คุณสมบัติทางเคมีของเฟอร์โรซิลิคอน

เฟอร์โรซิลิคอน (FeSi) แสดงคุณสมบัติทางเคมีต่างๆ เนื่องจากมีส่วนประกอบหลัก - ซิลิคอน(ศรี)และเหล็ก (เฟ)- และโครงสร้างของโลหะผสม ปฏิกิริยาของมันได้รับผลกระทบจากปริมาณซิลิคอน (โดยทั่วไปคือ 45-90% Si) สิ่งเจือปน (เช่น Al, C, Ca) และสภาพแวดล้อม ต่อไปนี้เป็นคุณสมบัติทางเคมีหลัก:

1. พฤติกรรมออกซิเดชัน

ปฏิกิริยากับออกซิเจน-

ซิลิคอนออกซิไดซ์ได้ดีกว่าเหล็กในอากาศหรือในสภาพแวดล้อมที่อุดมด้วยออกซิเจน:
ศรี+O2→SiO2 (∆H<0, экзотермическая реакция).

ทู่พื้นผิว: มีชั้นบาง ๆ เกิดขึ้นบนพื้นผิวSiO₂(ซิลิกา) ซึ่งช่วยปกป้องโลหะผสมจากการเกิดออกซิเดชันเพิ่มเติมที่อุณหภูมิปานกลาง

ออกซิเดชันที่อุณหภูมิสูง: ที่อุณหภูมิสูงกว่า 1,200 องศา จะเร่งปฏิกิริยาออกซิเดชั่น ทำให้เกิดส่วนผสมของ FeO และ SiO₂

2. ปฏิกิริยากับน้ำ/ความชื้น

การผลิตไฮโดรเจน-
เฟอร์โรซิลิคอนทำปฏิกิริยาช้าๆ กับน้ำหรือความชื้น โดยปล่อยก๊าซไฮโดรเจน (H₂) โดยเฉพาะภายใต้สภาวะที่เป็นด่าง:
FeSi+4H2​O→Fe(OH)3​+SiO2​+2H2​↑

อันตราย: การสะสมของไฮโดรเจนทำให้เกิดอันตรายจากการระเบิด; การจัดเก็บต้องใช้สภาพแวดล้อมที่แห้งและมีอากาศถ่ายเท

ปัจจัยความเร็ว: ปริมาณซิลิกอนที่สูงขึ้นและอนุภาคขนาดเล็กจะเพิ่มอัตราการเกิดปฏิกิริยา

3. ปฏิกิริยาของกรด

กรดแก่ (HCl, H₂SO₄)-
เฟอร์โรซิลิคอนถูกละลาย ปล่อยไฮโดรเจนออกมา เกิดเป็นซิลิเกตและเกลือของเหล็ก:
FeSi+6HCl→FeCl2+SiCl4+3H2↑

กรดไนตริก (HNO₃)-
ทะลุผ่านพื้นผิวเนื่องจากการก่อตัวของชั้นซิลิกา ซึ่งจะทำให้ปฏิกิริยาช้าลง

4. ปฏิกิริยาต่อด่าง

ด่างแก่ (NaOH, KOH)-
ทำปฏิกิริยากับซิลิคอนเพื่อสร้างซิลิเกตและไฮโดรเจน:
Si+2NaOH+H2​O→Na2​SiO3​+2H2​↑

เหล็กไม่ทำปฏิกิริยากับสารละลายอัลคาไลน์ในทางปฏิบัติ

5. คุณสมบัติของสารรีดิวซ์

กำลังลดสูง-
ซิลิคอนในเฟอร์โรซิลิคอนทำหน้าที่เป็นตัวรีดิวซ์ที่แข็งแกร่งในกระบวนการโลหะวิทยา:

การผลิตแมกนีเซียม (กระบวนการ Pidgeon)-
2MgO (โดโลไมต์เผา)+FeSi→2Mg↑+Ca2SiO4+Fe

การทำเหล็ก: ลดเหล็กออกไซด์ (FeO) และสิ่งสกปรกอื่น ๆ ในเหล็กหลอมเหลว

6. ปฏิสัมพันธ์กับตะกรัน

การก่อตัวของตะกรัน-
ในระหว่างกระบวนการผลิตเหล็ก เฟอร์โรซิลิกอนจะทำปฏิกิริยากับส่วนประกอบของออกซิเจนและตะกรัน (เช่น CaO, Al₂O₃) เพื่อสร้างซิลิเกตที่ซับซ้อน:
SiO2+CaO→CaSiO3 (ส่วนประกอบของตะกรัน)

ของเหลวตะกรัน: ควบคุมความหนืดของตะกรันเพื่อขจัดสิ่งสกปรกได้อย่างมีประสิทธิภาพ

7. ผลกระทบของคาร์บอนและสิ่งสกปรก

ปริมาณคาร์บอน-

เกรดคาร์บอนต่ำ (C น้อยกว่าหรือเท่ากับ 0.2%) ช่วยลดการเกิดคาร์บูไรเซชันของเหล็กโดยไม่ได้ตั้งใจ

ปริมาณคาร์บอนสูงอาจทำให้เกิดการก่อตัวของคาร์ไบด์ (เช่น SiC) ที่อุณหภูมิสูงได้

อะลูมิเนียม (อัล)-

เพิ่มการเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันแต่อาจก่อให้เกิดการรวมตัวของอลูมินา (Al₂O₃) ที่ไม่ต้องการในเหล็ก

ฟอสฟอรัส (P) และซัลเฟอร์ (S)-

มีการควบคุมอย่างเข้มงวด (<0,04% P, <0,02% S) во избежание охрупчивания конечной продукции.

8. เสถียรภาพทางความร้อน

การสลายตัว-

Стабилен в стандартных условиях, но разлагается при очень высоких температурах (>1600 องศา) โดยมีการปล่อยไอซิลิคอนออกมา

ปฏิกิริยากับวัสดุทนไฟ-

เฟอร์โรซิลิคอนหลอมเหลวสามารถกัดกร่อนวัสดุทนไฟพื้นฐานได้ (เช่น วัสดุบุผิวที่มี MgO)

9. พฤติกรรมการใช้สารต้องห้าม

ความเข้ากันได้ของโลหะ-

ก่อให้เกิดสารผสมยูเทคติกกับเหล็ก ส่งผลให้จุดหลอมเหลวลดลง

ผสมกับโลหะทรานซิชันได้อย่างง่ายดาย (เช่น Mn, Cr) เพื่อผลิตเหล็กพิเศษ

คำอธิบายโดยย่อของปฏิกิริยาสำคัญ

ประเภทของปฏิกิริยา สมการทางเคมี การใช้งาน/ความเสี่ยง
ออกซิเดชันSi + O₂ → SiO₂ ทู่, การเกิดตะกรัน
ปฏิกิริยากับน้ำFeSi + H₂O → SiO₂ + Fe(OH)ₓ + H₂↑ อันตรายจากการระเบิดของไฮโดรเจน
การละลายของกรดFeSi + HCl → FeCl₂ + SiCl₄ + H₂↑ การละลายเชิงวิเคราะห์ การปลดปล่อย H₂
ลด (MgO)2MgO + FeSi → 2Mg↑ + Ca₂SiO₄ + Fe การผลิตแมกนีเซียม (Pidgeon)

ผลกระทบในทางปฏิบัติ

พื้นที่จัดเก็บ: ต้องแห้งเพื่อป้องกันการเกิด H₂

การทำเหล็ก: ความสามารถในการกำจัดออกซิไดซ์ที่แข็งแกร่งของซิลิคอนช่วยปรับปรุงคุณภาพของเหล็ก

ความปลอดภัย: ฝุ่นจากเฟอร์โรซิลิคอนที่ถูกบดเป็นสารไวไฟสูง การทำงานในรูปแบบผงละเอียดต้องใช้บรรยากาศเฉื่อย