Ферросилиций — сплав железа и кремния с типичным содержанием кремния по массе 15–90%. Он содержит высокую долю силицидов железа . [1]
Ферросилиций получают восстановлением кремнезема или песка коксом в присутствии железа. Типичными источниками железа являются железный лом или окалина . Ферросилиций с содержанием кремния примерно до 15% производят в доменных печах, футерованных кислотным шамотным кирпичом . [2]
Ферросилиций с повышенным содержанием кремния производят в электродуговых печах . [2] Обычными составами на рынке являются ферросилиции с содержанием кремния 15%, 45%, 75% и 90%. Остальное — железо, причем около 2% состоит из других элементов, таких как алюминий и кальций. Избыток кремнезема используется для предотвращения образования карбида кремния . Микрокремнезем является полезным побочным продуктом.
Минерал перриит похож на ферросилиций по составу Fe 5 Si 2 . При контакте с водой ферросилиций может медленно выделять водород . Реакция, ускоряющаяся 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 .
Ферросилиций используется как источник кремния для восстановления металлов из их оксидов и раскисления стали и других ферросплавов. Это предотвращает потерю углерода из расплавленной стали (так называемое блокирование тепла ); С этой же целью применяют ферромарганец , шпигеляйзен , силициды кальция и многие другие материалы. [5] Его можно использовать для изготовления других ферросплавов. Ферросилиций также используется для производства кремния, коррозионностойких и жаропрочных ферросиликатных сплавов, кремниевой стали для электродвигателей и сердечников трансформаторов . При производстве чугуна ферросилиций применяют для модифицирования чугуна для ускорения графитации . При дуговой сварке ферросилиций можно найти в некоторых покрытиях электродов.
Ферросилиций является основой для производства предварительных сплавов , таких как ферросилиций магния (MgFeSi), используемых для производства ковкого чугуна . MgFeSi содержит 3–42% магния и небольшое количество редкоземельных металлов . Ферросилиций также важен в качестве добавки к чугунам для регулирования исходного содержания кремния.
Ферросилиций магния способствует образованию конкреций, которые придают ковкому чугуну гибкость. В отличие от серого чугуна, который образует чешуйки графита , ковкий чугун содержит графитовые узелки или поры, которые затрудняют растрескивание.
Ферросилиций также используется в процессе Пиджена для получения магния из доломита .
Обработка высококремнистого ферросилиция хлористым водородом лежит в основе промышленного синтеза трихлорсилана .
Ферросилиций применяют также в соотношении 3–3,5% при изготовлении листов магнитопровода электрических трансформаторов .
Этот метод использовался со времен Первой мировой войны . До этого было трудно контролировать процесс и чистоту получения водорода при прохождении пара через горячее железо. [6] В химической реакции используются гидроксид натрия (NaOH), ферросилиций и вода (H 2 O). В ходе «силиколевого» процесса тяжелый стальной сосуд под давлением наполняется гидроксидом натрия и ферросилицием, а после закрытия добавляется контролируемое количество воды; растворение гидроксида нагревает смесь примерно до 200 °F (93 °C) и запускает реакцию; производятся силикат натрия , водород и пар. [7] Предполагается, что общая реакция процесса будет следующей: [2] [примечание 1]
Ферросилиций используется военными для быстрого производства водорода для воздушных шаров методом ферросилиция. Генератор может быть достаточно маленьким, чтобы поместиться в грузовик, и требует лишь небольшого количества электроэнергии, материалы стабильны и негорючи, и они не выделяют водород до тех пор, пока не будут смешаны. [8]
В одном отчете отмечается, что этот метод производства водорода не был тщательно исследован в течение почти столетия, несмотря на то, что о нем сообщили военные США в начале 20-го века. [2]