El ferrovanadio (FeV) es una aleación formada mediante la combinación de hierro y vanadio con un rango de contenido de vanadio de 35-85%. La producción de esta aleación da como resultado un sólido cristalino plateado grisáceo que se puede triturar en un polvo llamado "polvo de ferrovanadio". [2] El ferrovanadio es un endurecedor, fortalecedor y aditivo anticorrosivo universal para aceros como el acero de baja aleación de alta resistencia , aceros para herramientas , así como otros productos de base ferrosa. Tiene ventajas significativas sobre el hierro y el vanadio individualmente. El ferrovanadio se utiliza como aditivo para mejorar las cualidades de las aleaciones ferrosas. Uno de estos usos es mejorar la resistencia a la corrosión de los reactivos alcalinos , así como de los ácidos sulfúrico y clorhídrico . También se utiliza para mejorar la relación entre la resistencia a la tracción y el peso del material. Una aplicación de estos aceros es en la industria de procesamiento químico para sistemas de manipulación de fluidos de alto rendimiento y alta presión que se ocupan de la producción de ácido sulfúrico a escala industrial. También se utiliza comúnmente para herramientas manuales, por ejemplo, llaves inglesas , destornilladores , trinquetes , etc.
El contenido de vanadio en el ferrovanadio varía entre el 35% y el 85%. FeV80 (80% de vanadio) es la composición más común del ferrovanadio. [3] Además de hierro y vanadio, en el ferrovanadio se encuentran pequeñas cantidades de silicio , aluminio , carbono , azufre , fósforo , arsénico , cobre y manganeso . Las impurezas pueden representar hasta el 11% en peso de la aleación. Las concentraciones de estas impurezas determinan el grado del ferrovanadio. [4]
El ochenta y cinco por ciento de todo el vanadio extraído de la Tierra se utiliza para crear aleaciones como el ferrovanadio. [3] Hay dos formas comunes en las que se produce el ferrovanadio: reducción de silicio y reducción de aluminio.
El pentóxido de vanadio (V 2 O 5 ), el ferrosilicio (FeSi75), la cal (CaO) y la escoria (residuos reciclados que contienen vanadio) se combinan en un horno de arco eléctrico calentado a 1850 °C. [3] [5] El silicio en el ferrosilicio reduce el vanadio en V 2 O 5 a vanadio metálico. Luego, el vanadio interactúa con el hierro para formar ferrovanadio. [5] Se agrega un exceso de cal y V 2 O 5 para utilizar el silicio y refinar el metal. Este proceso produce concentraciones de vanadio entre el treinta y cinco y el sesenta por ciento. [4]
Aleación 2 V 2 O 5 + 5 (Fe y/5 Si) + 10 CaO → Aleación 4 (Fe y/4 V) + 5 Ca 2 SiO 4 [5]
El hierro, el V 2 O 5 , el aluminio y la cal se combinan en un horno de arco eléctrico. Al igual que el silicio, el aluminio reduce el vanadio del V 2 O 5 a vanadio metálico. El vanadio se disuelve en el hierro y forma la aleación de ferrovanadio. [6] El ferrovanadio resultante tiene una concentración de vanadio de entre el setenta y el ochenta y cinco por ciento. [4]
3 V 2 O 5 + 10 Al → 6 V + 5 Al 2 O 3 [5]
V x + Fe 1−x → (Fe 1−x V x ) aleación
El polvo de ferrovanadio es un irritante leve que afecta los ojos cuando entra en contacto con la piel contaminada y las vías respiratorias cuando se inhala. El polvo causó bronquitis crónica y neumonitis en animales expuestos a altas concentraciones (1000–2000 mg/m3 ) a intervalos de dos meses. Sin embargo, no se han observado efectos a largo plazo en humanos. [2]
La Conferencia Americana de Higienistas Industriales Gubernamentales (ACGIH) establece que un empleado que trabaja ocho horas al día, cinco días a la semana, puede estar expuesto a polvo de ferrovanadio en su lugar de trabajo en concentraciones de hasta 1,0 mg/m 3 sin efectos adversos. [7] Las exposiciones a corto plazo deben mantenerse por debajo de 3,0 mg/m 3 . [2] Se sugiere que quienes trabajen con altas concentraciones de polvo de ferrovanadio usen un respirador para prevenir la inhalación y la irritación del tracto respiratorio. [1]
El uso más común del ferrovanadio es en la producción de acero. En 2017, el 94 % del consumo de vanadio en los EE. UU. se destinó a la producción de aleaciones de hierro y acero. [8] El ferrovanadio y otras aleaciones de vanadio se utilizan en acero al carbono, acero de aleación de alta resistencia y acero HSLA (High Strength Low Alloy). [9] Estos aceros se utilizan luego para fabricar piezas de automóviles, tuberías, herramientas y más. [6]
La adición de ferrovanadio endurece el acero, haciéndolo más resistente a la temperatura y a la torsión. [2] Este aumento de la resistencia es el resultado de la formación de carburos de vanadio, que tienen una estructura cristalina rígida y un tamaño de grano más fino, lo que reduce la ductilidad del acero. [10] Además de añadirse a la composición del acero, el ferrovanadio también se puede utilizar como revestimiento sobre el acero. Cuando se recubre con ferrovanadio nitrado, la resistencia a la abrasión del acero aumenta entre un 30 y un 50 %. [11]
Entre 2013 y 2017, Estados Unidos importó 13.510 toneladas de ferrovanadio, la mayoría de las cuales procedían de Chequia, Austria, Canadá y Corea del Sur. [8] El precio del ferrovanadio ha fluctuado drásticamente desde 1996, alcanzando un máximo histórico en 2008 de 76.041,61 dólares por tonelada de FeV80. [12] En años más recientes, ha vuelto a experimentar un aumento de precio a medida que las normas ambientales cerraron algunas de las productoras de vanadio en China. Estos cierres, así como el cierre de una mina de vanadio sudafricana, crearon una escasez de vanadio, lo que obligó a las fábricas de ferrovanadio a reducir su producción de ferrovanadio, lo que disminuyó su oferta y aumentó el precio. [8]