El ferrosilicio es una aleación de hierro y silicio con un contenido típico de silicio en peso del 15 al 90%. Contiene una elevada proporción de siliciuros de hierro . [1]
El ferrosilicio se produce por reducción de sílice o arena con coque en presencia de hierro. Las fuentes típicas de hierro son la chatarra o las cascarillas de laminación . Los ferrosilicios con un contenido de silicio de hasta aproximadamente el 15% se fabrican en altos hornos revestidos con ladrillos refractarios ácidos . [2]
Los ferrosilicios con mayor contenido de silicio se fabrican en hornos de arco eléctrico . [2] Las formulaciones habituales en el mercado son ferrosilicios con 15%, 45%, 75% y 90% de silicio. El resto es hierro, y alrededor del 2% está compuesto por otros elementos como aluminio y calcio. Se utiliza un exceso de sílice para evitar la formación de carburo de silicio . La microsílice es un subproducto útil.
Un mineral perryita es similar al ferrosilicio, con su composición Fe 5 Si 2 . En contacto con el agua, el ferrosilicio puede producir hidrógeno lentamente . La reacción, que se acelera en presencia de una base, se utiliza para la producción de hidrógeno . El punto de fusión y la densidad del ferrosilicio dependen de su contenido de silicio, con dos áreas casi eutécticas, una cerca de Fe 2 Si y la segunda que abarca el rango de composición de FeSi 2 -FeSi 3 .
El ferrosilicio se utiliza como fuente de silicio para reducir los metales de sus óxidos y para desoxidar el acero y otras aleaciones ferrosas. Esto evita la pérdida de carbono del acero fundido (lo que se denomina bloqueo del calor ); Para el mismo fin se utilizan ferromanganeso , spiegeleisen , siliciuros de calcio y muchos otros materiales. [5] Puede utilizarse para fabricar otras ferroaleaciones. El ferrosilicio también se utiliza para la fabricación de silicio, aleaciones de silicio ferroso resistentes a la corrosión y a las altas temperaturas, y acero al silicio para motores eléctricos y núcleos de transformadores . En la fabricación de hierro fundido , se utiliza ferrosilicio para la inoculación del hierro para acelerar la grafitización . En la soldadura por arco , el ferrosilicio se puede encontrar en algunos recubrimientos de electrodos.
El ferrosilicio es una base para la fabricación de prealeaciones como el ferrosilicio de magnesio (MgFeSi), utilizado para la producción de hierro dúctil . MgFeSi contiene entre un 3% y un 42% de magnesio y pequeñas cantidades de metales de tierras raras . El ferrosilicio también es importante como aditivo en las fundiciones para controlar el contenido inicial de silicio.
El ferrosilicio de magnesio juega un papel decisivo en la formación de nódulos, que dan al hierro dúctil su propiedad flexible. A diferencia del hierro fundido gris, que forma escamas de grafito , el hierro dúctil contiene nódulos o poros de grafito que dificultan el agrietamiento.
El ferrosilicio también se utiliza en el proceso Pidgeon para producir magnesio a partir de dolomita .
El tratamiento del ferrosilicio con alto contenido de silicio con cloruro de hidrógeno es la base de la síntesis industrial del triclorosilano .
El ferrosilicio también se utiliza en una proporción del 3 al 3,5% en la fabricación de láminas para el circuito magnético de transformadores eléctricos .
El método se ha utilizado desde la Primera Guerra Mundial . Antes de esto, el proceso y la pureza de la generación de hidrógeno mediante el paso de vapor sobre hierro caliente eran difíciles de controlar. [6] La reacción química utiliza hidróxido de sodio (NaOH), ferrosilicio y agua (H 2 O). Mientras que en el proceso de "silicio", un recipiente a presión de acero pesado se llena con hidróxido de sodio y ferrosilicio y, al cerrarlo, se agrega una cantidad controlada de agua; la disolución del hidróxido calienta la mezcla a aproximadamente 200 °F (93 °C) e inicia la reacción; Se producen silicato de sodio , hidrógeno y vapor. [7] Se cree que la reacción general del proceso es: [2] [nota 1]
Los militares utilizan el ferrosilicio para producir rápidamente hidrógeno para globos mediante el método del ferrosilicio. El generador puede ser lo suficientemente pequeño como para caber en un camión y requiere sólo una pequeña cantidad de energía eléctrica, los materiales son estables y no combustibles, y no generan hidrógeno hasta que se mezclan. [8]
Un informe señala que este método de producción de hidrógeno no fue investigado a fondo durante aproximadamente un siglo, a pesar de haber sido informado por el ejército estadounidense a principios del siglo XX. [2]