stringtranslate.com

Ферросилиций

Ферросилициевый сплав

Ферросилиций — сплав железа и кремния с типичным содержанием кремния по массе 15–90%. Он содержит высокую долю силицидов железа . [1]

Производство и реакции

Ферросилиций получают путем восстановления кремнезема или песка коксом в присутствии железа. Типичными источниками железа являются железный лом или окалина . Ферросилиций с содержанием кремния до 15% производится в доменных печах, футерованных кислым огнеупорным кирпичом . [2]

Ферросилиции с более высоким содержанием кремния производятся в электродуговых печах . [2] Обычные формулы на рынке — это ферросилиции с 15%, 45%, 75% и 90% кремния. Остальное — железо, около 2% — другие элементы, такие как алюминий и кальций. Избыток кремния используется для предотвращения образования карбида кремния . Микрокремнезем — полезный побочный продукт.

Минерал перриит похож на ферросилиций, его состав Fe 5 Si 2 . При контакте с водой ферросилиций может медленно выделять водород . Реакция, которая ускоряется в присутствии основания, используется для получения водорода . Температура плавления и плотность ферросилиция зависят от содержания в нем кремния, с двумя почти эвтектическими областями, одна около Fe 2 Si, а вторая охватывает диапазон составов FeSi 2 -FeSi 3 .

Использует

Ферросилиций используется как источник кремния для восстановления металлов из их оксидов и для раскисления стали и других ферросплавов. Это предотвращает потерю углерода из расплавленной стали (так называемое блокирование тепла ); ферромарганец , шпигелейзен , силициды кальция и многие другие материалы используются для той же цели. [5] Его можно использовать для изготовления других ферросплавов. Ферросилиций также используется для производства кремния, коррозионно-стойких и жаропрочных ферросилицийовых сплавов и кремнистой стали для электродвигателей и сердечников трансформаторов . При производстве чугуна ферросилиций используется для модифицирования железа с целью ускорения графитизации . При дуговой сварке ферросилиций можно найти в некоторых покрытиях электродов.

Ферросилиций является основой для производства пресплавов , таких как ферросилиций магния (MgFeSi), используемый для производства ковкого чугуна . MgFeSi содержит 3–42% магния и небольшое количество редкоземельных металлов . Ферросилиций также важен как добавка к чугунам для контроля начального содержания кремния.

Ферросилиций магния играет важную роль в образовании узелков, которые придают ковкому чугуну его гибкие свойства. В отличие от серого чугуна, который образует графитовые хлопья, ковкий чугун содержит графитовые узелки или поры, которые затрудняют растрескивание.

Ферросилиций также используется в процессе Пиджена для производства магния из доломита .

Силаны

Обработка высококремнистого ферросилиция хлористым водородом лежит в основе промышленного синтеза трихлорсилана .

Ферросилиций также применяется в количестве 3–3,5% при изготовлении листов для магнитопровода электрических трансформаторов .

Производство водорода

Метод используется со времен Первой мировой войны . До этого процесс и чистоту получения водорода, основанные на прохождении пара над горячим железом, было трудно контролировать. [6] В химической реакции используются гидроксид натрия (NaOH), ферросилиций и вода (H 2 O). В то время как в процессе «силикол» тяжелый стальной сосуд под давлением заполняется гидроксидом натрия и ферросилицием, и после закрытия добавляется контролируемое количество воды; растворение гидроксида нагревает смесь примерно до 200 °F (93 °C) и начинается реакция; образуются силикат натрия , водород и пар. [7] Считается, что общая реакция процесса выглядит следующим образом: [2] [примечание 1]

2NaOH + Si + H 2 O → Na 2 SiO 3 + 2H 2

Ферросилиций используется военными для быстрого получения водорода для воздушных шаров методом ферросилиция. Генератор может быть достаточно маленьким, чтобы поместиться в грузовике, и требует лишь небольшого количества электроэнергии, материалы стабильны и не горючи, и они не генерируют водород, пока не смешаны. [8]

В одном из отчетов отмечается, что этот метод производства водорода не был тщательно исследован в течение примерно столетия, несмотря на то, что о нем сообщили военные США в начале 20-го века. [2]

Сноски

  1. ^ Железо намеренно опущено.

Ссылки

  1. ^ Рудольф Фихте. «Ферросплавы». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайнхайм: Wiley-VCH. дои : 10.1002/14356007.a10_305. ISBN 978-3527306732.
  2. ^ abcd Брак, Пол; Данн, Сэнди Э.; Виджаянта, К. Г. Упул; Эдкок, Пол; Фостер, Саймон (ноябрь 2015 г.). «Старое решение новой проблемы? Получение водорода реакцией ферросилиция с водными растворами гидроксида натрия». Energy Science & Engineering . 3 (6): 535–540. Bibcode :2015EneSE...3..535B. doi : 10.1002/ese3.94 . S2CID  54929253.
  3. ^ Materials Science and International Team (2008). Selected Systems from C-Cr-Fe to Co-Fe-S. Springer. стр. 22 (рис. 2 – Фазовая диаграмма системы Fe-Si). doi :10.1007/978-3-540-74196-1_12. ISBN 978-3-540-74193-0. Получено 25 декабря 2011 г.
  4. ^ Юань, В. Дж.; Ли, Р.; Шэнь, Ц.; Чжан, Л. М. (апрель 2007 г.). «Характеристика оценки твердой растворимости Si в спеченных сплавах Fe–Si с использованием техники ДСК». Характеристика материалов . 58 (4): 376–379. doi :10.1016/j.matchar.2006.06.003.
  5. ^ Рамеш Сингх (3 октября 2011 г.). Прикладная сварка: процессы, коды и стандарты. Elsevier. стр. 38–. ISBN 978-0-12-391916-8. Получено 25 декабря 2011 г.
  6. ^ Водород для дирижаблей, AM Burgess и Кливлендское индустриальное археологическое общество
  7. ^ Кандидатская наука: беседы с известными химиками Иштваном Харгиттай, Магдолной Харгиттай, с. 261, Imperial College Press (2000) ISBN 1-86094-228-8 
  8. ^ Отчет № 40: Ферросилициевый процесс получения водорода

Дальнейшее чтение