Ferosilicij (FeSi) pokazuje različita hemijska svojstva zbog svojih glavnih komponenti - silicija(Si)Iželjezo (Fe)- i strukturu legure. Na njegovu reaktivnost utiču sadržaj silicijuma (obično 45-90% Si), nečistoće (npr. Al, C, Ca) i uslovi okoline. Ovo su glavna hemijska svojstva:
1. Oksidacijsko ponašanje
Reaktivnost sa kiseonikom:
Silicijum oksidira poželjnije od željeza na zraku ili u okruženju bogatom kisikom:
Si+O2→SiO2 (ΔH<0, экзотермическая реакция).
Površinska pasivizacija: Na površini se formira tanak slojSiO₂(silicijum), koji štiti leguru od dalje oksidacije na umjerenim temperaturama.
Visokotemperaturna oksidacija: Na temperaturama iznad 1200 stepeni, oksidacija se ubrzava, formirajući mešavine FeO i SiO₂.
2. Reakcija sa vodom/vlagom
Proizvodnja vodonika:
Ferosilicijum sporo reaguje sa vodom ili vlagom, oslobađajući gas vodonik (H₂), posebno u alkalnim uslovima:
FeSi+4H2O→Fe(OH)3+SiO2+2H2↑
Opasnost: Akumulacija vodonika predstavlja opasnost od eksplozije; Za skladištenje je potrebno suvo, provetreno okruženje.
Faktori brzine: Veći sadržaj silicija i manje čestice povećavaju brzinu reakcije.
3. Reaktivnost kiseline
Jake kiseline (HCl, H₂SO₄):
Ferosilicij se otapa, oslobađajući vodik i formirajući silikate i soli željeza:
FeSi+6HCl→FeCl2+SiCl4+3H2↑
Dušična kiselina (HNO₃):
Pasivira površinu zbog stvaranja sloja silicijum dioksida, usporavajući dalju reakciju.
4. Reaktivnost na alkalije
Jake alkalije (NaOH, KOH):
Reaguje sa silicijumom da nastane silikate i vodonik:
Si+2NaOH+H2O→Na2SiO3+2H2↑
Gvožđe praktično ne reaguje u alkalnim rastvorima.
5. Svojstva redukcionih agenasa
Visoka redukciona snaga:
Silicijum u ferosilicijumu deluje kao jako redukciono sredstvo u metalurškim procesima:
Proizvodnja magnezija (proces golubova):
2MgO (kalcinirani dolomit)+FeSi→2Mg↑+Ca2SiO4+Fe
Proizvodnja čelika: Smanjuje okside željeza (FeO) i druge nečistoće u rastopljenom čeliku.
6. Interakcija sa šljakom
Formiranje šljake:
Tokom procesa proizvodnje čelika, ferosilicij reagira s kisikom i komponentama šljake (npr. CaO, Al₂O₃) kako bi formirao složene silikate:
SiO2+CaO→CaSiO3 (komponenta šljake).
Tečnost od šljake: Reguliše viskozitet šljake za efikasno uklanjanje nečistoća.
7. Utjecaj ugljika i nečistoća
Sadržaj ugljika:
Niskougljični razredi (C manji ili jednaki 0,2%) minimiziraju nenamjerno naugljičenje čelika.
Visok sadržaj ugljika može dovesti do stvaranja karbida (npr. SiC) na povišenim temperaturama.
aluminijum (Al):
Povećava deoksidaciju, ali može stvoriti neželjene inkluzije glinice (Al₂O₃) u čeliku.
Fosfor (P) i sumpor (S):
Strogo kontrolisano (<0,04% P, <0,02% S) во избежание охрупчивания конечной продукции.
8. Termička stabilnost
Raspadanje:
Стабилен в стандартных условиях, но разлагается при очень высоких температурах (>1600 stepeni) sa oslobađanjem silicijumske pare.
Reakcija sa vatrostalnim materijalima:
Rastopljeni ferosilicij može korodirati osnovne vatrostalne materijale (npr. obloge na bazi MgO).
9. Doping ponašanje
Kompatibilnost metala:
Formira eutektičke mešavine sa gvožđem, snižavajući tačku topljenja.
Lako se legira sa prelaznim metalima (npr. Mn, Cr) za proizvodnju specijalnih čelika.
Kratak opis ključnih reakcija
Vrsta reakcije Hemijska jednačina Primjena/rizik
OksidacijaSi + O₂ → SiO₂ Pasivacija, formiranje šljake
Reakcija sa vodomFeSi + H₂O → SiO₂ + Fe(OH)ₓ + H₂↑ Opasnost od eksplozije vodika
Otapanje kiselineFeSi + HCl → FeCl₂ + SiCl₄ + H₂↑ Analitičko otapanje, oslobađanje H₂
redukcija (MgO)2MgO + FeSi → 2Mg↑ + Ca₂SiO₄ + Fe Proizvodnja magnezija (Pidgeon)
Praktične implikacije
Skladištenje: Mora biti suh kako bi se spriječilo stvaranje H₂.
Proizvodnja čelika: Snažna deoksidirajuća sposobnost silicija poboljšava kvalitet čelika.
Sigurnost: Prašina od usitnjenog ferosilicijuma je lako zapaljiva; Za rad s njim u obliku finog praha potrebna je inertna atmosfera.