फेरोसिलिकॉन के रासायनिक गुण

फेरोसिलिकॉन (FeSi) अपने मुख्य घटक - सिलिकॉन के कारण विभिन्न रासायनिक गुण प्रदर्शित करता है(सी)औरलोहा (Fe)- और मिश्र धातु की संरचना। इसकी प्रतिक्रियाशीलता सिलिकॉन सामग्री (आमतौर पर 45-90% Si), अशुद्धियों (जैसे Al, C, Ca) और पर्यावरणीय स्थितियों से प्रभावित होती है। निम्नलिखित मुख्य रासायनिक गुण हैं:

1. ऑक्सीकरण व्यवहार

ऑक्सीजन के साथ प्रतिक्रियाशीलता:

सिलिकॉन हवा में या ऑक्सीजन युक्त वातावरण में लोहे की तुलना में अधिक आसानी से ऑक्सीकरण करता है:
Si+O2→SiO2 (ΔH<0, экзотермическая реакция).

सतह निष्क्रियता: सतह पर एक पतली परत बन जाती हैSiO₂(सिलिका), जो मध्यम तापमान पर मिश्र धातु को आगे ऑक्सीकरण से बचाता है।

उच्च तापमान ऑक्सीकरण: 1200 डिग्री से ऊपर के तापमान पर, ऑक्सीकरण तेज हो जाता है, जिससे FeO और SiO₂ का मिश्रण बनता है।

2. पानी/नमी के साथ प्रतिक्रिया

हाइड्रोजन उत्पादन:
फेरोसिलिकॉन पानी या नमी के साथ धीरे-धीरे प्रतिक्रिया करता है, जिससे हाइड्रोजन गैस (H₂) निकलती है, विशेष रूप से क्षारीय परिस्थितियों में:
FeSi+4H2​O→Fe(OH)3​+SiO2​+2H2​↑

खतरा: हाइड्रोजन संचय से विस्फोट का खतरा पैदा होता है; भंडारण के लिए शुष्क, हवादार वातावरण की आवश्यकता होती है।

गति कारक: उच्च सिलिकॉन सामग्री और छोटे कण प्रतिक्रिया दर को बढ़ाते हैं।

3. अम्ल प्रतिक्रियाशीलता

प्रबल अम्ल (HCl, H₂SO₄):
फेरोसिलिकॉन घुल जाता है, हाइड्रोजन छोड़ता है और सिलिकेट और लौह लवण बनाता है:
FeSi+6HCl→FeCl2+SiCl4+3H2↑

नाइट्रिक एसिड (HNO₃):
सिलिका की एक परत बनने के कारण सतह निष्क्रिय हो जाती है, जिससे आगे की प्रतिक्रिया धीमी हो जाती है।

4. क्षार के प्रति प्रतिक्रियाशीलता

प्रबल क्षार (NaOH, KOH):
सिलिकेट और हाइड्रोजन बनाने के लिए सिलिकॉन के साथ प्रतिक्रिया करें:
Si+2NaOH+H2​O→Na2​SiO3​+2H2​↑

आयरन व्यावहारिक रूप से क्षारीय समाधानों में प्रतिक्रिया नहीं करता है।

5. कम करने वाले एजेंटों के गुण

उच्च कम करने की शक्ति:
फेरोसिलिकॉन में मौजूद सिलिकॉन धातुकर्म प्रक्रियाओं में एक मजबूत कम करने वाले एजेंट के रूप में कार्य करता है:

मैग्नीशियम उत्पादन (पिजियन प्रक्रिया):
2MgO (कैल्सीनयुक्त डोलोमाइट)+FeSi→2Mg↑+Ca2SiO4+Fe

इस्पात निर्माण: पिघले हुए स्टील में आयरन ऑक्साइड (FeO) और अन्य अशुद्धियों को कम करता है।

6. स्लैग के साथ इंटरेक्शन

स्लैग निर्माण:
स्टील बनाने की प्रक्रिया के दौरान, फेरोसिलिकॉन ऑक्सीजन और स्लैग घटकों (उदाहरण के लिए, CaO, Al₂O₃) के साथ प्रतिक्रिया करके जटिल सिलिकेट बनाता है:
SiO2+CaO→CaSiO3 (स्लैग घटक)।

लावा तरल: अशुद्धियों को प्रभावी ढंग से हटाने के लिए स्लैग की चिपचिपाहट को नियंत्रित करता है।

7. कार्बन और अशुद्धियों का प्रभाव

कार्बन सामग्री:

निम्न कार्बन ग्रेड (सी 0.2% से कम या उसके बराबर) स्टील के अनजाने कार्बराइजेशन को कम करते हैं।

उच्च कार्बन सामग्री ऊंचे तापमान पर कार्बाइड (जैसे SiC) के निर्माण का कारण बन सकती है।

एल्यूमिनियम (अल):

डीऑक्सीडेशन को बढ़ाता है लेकिन स्टील में अवांछित एल्यूमिना (Al₂O₃) का समावेश हो सकता है।

फास्फोरस (पी) और सल्फर (एस):

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

8. तापीय स्थिरता

सड़न:

Стабилен в стандартных условиях, но разлагается при очень высоких температурах (>1600 डिग्री) सिलिकॉन वाष्प की रिहाई के साथ।

अपवर्तक के साथ प्रतिक्रिया:

पिघला हुआ फेरोसिलिकॉन बुनियादी अपवर्तक (उदाहरण के लिए एमजीओ-आधारित लाइनिंग) को खराब कर सकता है।

9. डोपिंग व्यवहार

धातु अनुकूलता:

लोहे के साथ गलनक्रांतिक मिश्रण बनाता है, जिससे गलनांक कम हो जाता है।

विशेष स्टील बनाने के लिए आसानी से संक्रमण धातुओं (जैसे एमएन, सीआर) के साथ मिश्रित किया जाता है।

प्रमुख प्रतिक्रियाओं का संक्षिप्त विवरण

प्रतिक्रिया प्रकार रासायनिक समीकरण अनुप्रयोग/जोखिम
ऑक्सीकरणSi + O₂ → SiO₂ निष्क्रियता, स्लैग निर्माण
पानी के साथ प्रतिक्रियाFeSi + H₂O → SiO₂ + Fe(OH)ₓ + H₂↑ हाइड्रोजन विस्फोट का खतरा
अम्ल विघटनFeSi + HCl → FeCl₂ + SiCl₄ + H₂↑ विश्लेषणात्मक विघटन, H₂ का विमोचन
कमी (एमजीओ)2MgO + FeSi → 2Mg↑ + Ca₂SiO₄ + Fe मैग्नीशियम का उत्पादन (पिजियन)

व्यवहारिक निहितार्थ

भंडारण: H₂ के गठन को रोकने के लिए सूखा होना चाहिए।

इस्पात निर्माण: सिलिकॉन की मजबूत डीऑक्सीडाइजिंग क्षमता स्टील की गुणवत्ता में सुधार करती है।

सुरक्षा: कुचले हुए फेरोसिलिकॉन से निकलने वाली धूल अत्यधिक ज्वलनशील होती है; बारीक पाउडर के रूप में इसके साथ काम करने के लिए निष्क्रिय वातावरण की आवश्यकता होती है।