Ферросилиций
Ферросилиций — сплав железа и кремния с типичным содержанием кремния по массе 15–90%. Он содержит высокую долю силицидов железа . [1]
Производство и реакции
[ редактировать ]получают восстановлением кремнезема или песка коксом Ферросилиций 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 FeSi 2 -FeSi 3 диапазон составов .
Физические свойства ферросилиция [3] [4] Si Массовая доля (%) 0 20 35 50 60 80 100 Точка солидуса (°C) 1538 1200 1203 1212 1207 1207 1414 Точка жидкости (°C) 1538 1212 1410 1220 1230 1360 1414 Плотность (г/см 3 ) 7.87 6.76 5.65 5.1 4.27 3.44 2.33
Использование
[ редактировать ]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 ); ферромарганец , шпигеляйзен , силициды кальция и многие другие материалы. С этой же целью применяют [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 .
Силаны
[ редактировать ]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 .
Производство водорода
[ редактировать ]Этот метод использовался со времен Первой мировой войны . процесс и чистоту получения водорода при прохождении пара через горячее железо. До этого было трудно контролировать [6] В химической реакции используются гидроксид натрия (NaOH), ферросилиций и вода (H 2 O). В «силиконовом» процессе 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; силикат натрия , водород и пар. производятся [7] Считается, что общая реакция процесса такова: [2] [примечание 1]
- 2NaOH + Si + H 2 O → Na 2 SiO 3 + 2H 2
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]
Сноски
[ редактировать ]- ^ Утюг намеренно опущен.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Рудольф Фихте. «Ферросплавы». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайнхайм: Wiley-VCH. дои : 10.1002/14356007.a10_305 . ISBN 978-3527306732 .
- ^ Jump up to: а б с д Брэк, Пол; Данн, Сэнди Э.; Виджаянта, К.Г. Упул; Адкок, Пол; Фостер, Саймон (ноябрь 2015 г.). «Старое решение новой проблемы? Генерация водорода реакцией ферросилиция с водными растворами гидроксида натрия» . Энергетические науки и инженерия . 3 (6): 535–540. Бибкод : 2015EneSE...3..535B . дои : 10.1002/ese3.94 . S2CID 54929253 .
- ^ Материаловедение и международная группа (2008). Избранные системы от C-Cr-Fe до Co-Fe-S . Спрингер. п. 22 (Рис. 2 – Фазовая диаграмма системы Fe-Si). дои : 10.1007/978-3-540-74196-1_12 . ISBN 978-3-540-74193-0 . Проверено 25 декабря 2011 г.
- ^ Юань, WJ; Ли, Р.; Шен, Кью; Чжан, LM (апрель 2007 г.). «Характеристика оценки растворимости кремния в твердом состоянии в спеченных сплавах Fe – Si с использованием метода ДСК». Характеристика материалов . 58 (4): 376–379. дои : 10.1016/j.matchar.2006.06.003 .
- ^ Рамеш Сингх (3 октября 2011 г.). Прикладная сварка: процессы, нормы и стандарты . Эльзевир. стр. 38–. ISBN 978-0-12-391916-8 . Проверено 25 декабря 2011 г.
- ^ Водород для дирижаблей, AM Берджесс и Кливлендское общество промышленной археологии
- ^ Кандидатская наука: беседы с известными химиками , Иштван Харгиттай, Магдолна Харгиттай, с. 261, издательство Имперского колледжа (2000) ISBN 1-86094-228-8
- ^ Отчет № 40: Ферросиликоновый процесс получения водорода.
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Йоргенсон, Джон Д.; Коратерс, Лиза А.; Гамбоги, Джозеф; Кук, Питер Х.; Мадьяр, Майкл Дж.; Папп, Джон Ф.; Шедд, Ким Б. «Ежегодник минералов, 2006 г.: ферросплавы» (PDF) . Геологическая служба США . Проверено 24 апреля 2009 г.