Le ferrosilicium (FeSi) présente diverses propriétés chimiques en raison de ses principaux composants - silicium(Si)Etfer (Fe)- et la structure de l'alliage. Sa réactivité est affectée par la teneur en silicium (généralement 45 à 90 % de Si), les impuretés (par exemple Al, C, Ca) et les conditions environnementales. Voici les principales propriétés chimiques :
1. Comportement à l'oxydation
Réactivité avec l'oxygène:
Le silicium s'oxyde mieux que le fer dans l'air ou dans un environnement riche en oxygène :
Si+O2→SiO2 (ΔH<0, экзотермическая реакция).
Passivation superficielle: Une fine couche se forme à la surfaceSiO₂(silice), qui protège l'alliage d'une oxydation supplémentaire à des températures modérées.
Oxydation à haute température: À des températures supérieures à 1200 degrés, l'oxydation s'accélère, formant des mélanges de FeO et SiO₂.
2. Réaction avec l'eau/l'humidité
Production d'hydrogène:
Le ferrosilicium réagit lentement avec l'eau ou l'humidité, libérant de l'hydrogène gazeux (H₂), en particulier dans des conditions alcalines :
FeSi+4H2O→Fe(OH)3+SiO2+2H2↑
Danger: L'accumulation d'hydrogène présente un risque d'explosion ; Le stockage nécessite un environnement sec et aéré.
Facteurs de vitesse: Une teneur plus élevée en silicium et des particules plus petites augmentent la vitesse de réaction.
3. Réactivité acide
Acides forts (HCl, H₂SO₄):
Le ferrosilicium se dissout, libérant de l'hydrogène et formant des silicates et des sels de fer :
FeSi+6HCl→FeCl2+SiCl4+3H2↑
Acide nitrique (HNO₃):
Passive la surface en raison de la formation d'une couche de silice, ralentissant la réaction ultérieure.
4. Réactivité aux alcalis
Alcalis forts (NaOH, KOH):
Réagir avec le silicium pour former des silicates et de l'hydrogène :
Si+2NaOH+H2O→Na2SiO3+2H2↑
Le fer ne réagit pratiquement pas dans les solutions alcalines.
5. Propriétés des agents réducteurs
Pouvoir réducteur élevé:
Le silicium présent dans le ferrosilicium agit comme un puissant agent réducteur dans les procédés métallurgiques :
Production de magnésium (procédé Pidgeon):
2MgO (dolomite calcinée)+FeSi→2Mg↑+Ca2SiO4+Fe
Sidérurgie: Réduit l'oxyde de fer (FeO) et d'autres impuretés dans l'acier en fusion.
6. Interaction avec les scories
Formation de scories:
Au cours du processus de fabrication de l'acier, le ferrosilicium réagit avec l'oxygène et les composants des scories (par exemple CaO, Al₂O₃) pour former des silicates complexes :
SiO2+CaO→CaSiO3 (composant laitier).
Liquide de laitier: Régule la viscosité des scories pour éliminer efficacement les impuretés.
7. Effet du carbone et des impuretés
Teneur en carbone:
Les nuances à faible teneur en carbone (C inférieur ou égal à 0,2 %) minimisent la carburation involontaire de l'acier.
Une teneur élevée en carbone peut conduire à la formation de carbures (par exemple SiC) à des températures élevées.
Aluminium (Al):
Augmente la désoxydation mais peut former des inclusions indésirables d'alumine (Al₂O₃) dans l'acier.
Phosphore (P) et soufre (S):
Strictement contrôlé (<0,04% P, <0,02% S) во избежание охрупчивания конечной продукции.
8. Stabilité thermique
Décomposition:
Стабилен в стандартных условиях, но разлагается при очень высоких температурах (>1600 degrés) avec dégagement de vapeur de silicium.
Réaction avec les réfractaires:
Le ferrosilicium fondu peut corroder les réfractaires basiques (par exemple les revêtements à base de MgO).
9. Comportement dopant
Compatibilité métal:
Forme des mélanges eutectiques avec le fer, abaissant le point de fusion.
Facilement allié avec des métaux de transition (par exemple Mn, Cr) pour produire des aciers spéciaux.
Brève description des principales réactions
Type de réaction Équation chimique Application/risque
OxydationSi + O₂ → SiO₂ Passivation, formation de scories
Réaction avec l'eauFeSi + H₂O → SiO₂ + Fe(OH)ₓ + H₂↑ Risque d'explosion d'hydrogène
Dissolution acideFeSi + HCl → FeCl₂ + SiCl₄ + H₂↑ Dissolution analytique, libération de H₂
Réduction (MgO)2MgO + FeSi → 2Mg↑ + Ca₂SiO₄ + Fe Production de magnésium (Pidgeon)
Implications pratiques
Stockage: Doit être sec pour éviter la formation de H₂.
Sidérurgie: La forte capacité désoxydante du silicium améliore la qualité de l’acier.
Sécurité: La poussière de ferrosilicium broyé est hautement inflammable ; Son travail sous forme de poudre fine nécessite une atmosphère inerte.