آنالیز فروسیلیس: روش‌ها و اهمیت

فروسیلیس یک فروآلیاژ یعنی آلیاژی از آهن و سیلیکون است. شماره CAS آن 8049-17-0 است. میانگین محتوای سیلیکون بین 15 تا 90 درصد وزنی متغیر است. حاوی نسبت بالایی از سیلیسیدهای آهن است. فروسیلیس از احیای سیلیس یا ماسه با کک در ترکیب با آهن تولید می‌شود.

فروسیلیس

فروسیلیس توسط ارتش برای تولید سریع هیدروژن برای بالون‌ها با استفاده از آن مصرف شده است. این روش از زمان جنگ جهانی اول مورد استفاده قرار گرفته است. در این روش، یک واکنش شیمیایی از هیدروکسید سدیم، فروسیلیس و آب استفاده می‌کند. ژنراتور مورد استفاده به اندازه کافی کوچک است که در یک کامیون جا شود و تنها به مقدار کمی نیروی الکتریکی نیاز دارد.

مزیت خوب این روش این است که مواد مورد استفاده پایدار هستند و قابل احتراق نیستند و تا زمانی که مخلوط نشوند هیدروژن تولید نمی‌کنند. قبل از این، بخار عبوری از آهن داغ در فرآیندی استفاده می‌شد، اما کنترل خلوص تولید هیدروژن دشوار بود.

در فرآیند "سیلیکول"، یک مخزن فشار فولاد سنگین با هیدروکسید سدیم و فروسیلیس پر می‌شود و پس از بسته شدن، مقداری کنترل شده، آب به آن اضافه می‌شود. انحلال هیدروکسید مخلوط را تا حدود 200 درجه فارنهایت (93 درجه سانتیگراد) گرم می‌کند و واکنش را آغاز می‌کند. سیلیکات سدیم، هیدروژن و بخار تولید می‌شود. در اینجا به ویژگی‌های زیر اشاره می‌کنیم.

• چگالی ذخیره گرانشی تئوری فروسیلیکون 75 10.5 درصد یا حدوداً این مقدار است. 75% سیلیکون خالص به تنهایی (14%)، بر اساس نسبت سیلیکون به آهن در فروسیلیکون 75 از 3:1. اگرچه این درصدها مانند آلومینیوم است (11%)،

• حمل و نقل آن آسان است و توسط پرسنل آموزش ندیده قابل حمل است.

• برای آزادسازی هیدروژن به پایه قوی نیاز است.

• به دلیل سابقه ایمنی خوب در این زمینه، پتانسیل استفاده در برنامه‌های موبایل را دارد.

• کالای ارزان‌تر: فروسیلیس 75 کالای بسیار ارزان‌تری است زیرا از زباله‌های معدن تهیه می‌شود. بنابراین، فروسیلیکون یک کامپوزیت دی سیلیسید سیلیکون/آهن مولد هیدروژن ارزان است. این یک ماده کم هزینه است که با کاهش ضایعات حاصل از فرآوری سنگ معدن، اکسید آهن با کک منجر به مخلوطی از فازهای سیلیسید آهن، سیلیکون و/یا آهن بسته به نسبت آهن به سیلیکون می‌شود.

• پتانسیل آن کامل باز نشده است و غلظت پایه مورد نیاز برای آزادسازی هیدروژن (40% وزنی NaOH) را می‌توان کاهش داد. با این حال، قابلیت تولید هیدروژن کاملاً مخلوط قابل دسترسی نیست، زیرا دو سوم سیلیکون موجود در فروسیلیکون در FeSi2 وجود دارد.

FeSi2 یک جزء بی اثر است که از سیلیکون فعال در برابر اکسیداسیون محافظت می‌کند و به عنوان یک گونه غیرفعال کننده عمل می‌کند به روشی مشابه که یک لایه سطحی اکسید سیلیکون فلز سیلیکون را غیرفعال می‌کند.

این ترکیب به این معنی است که رفتار تولید هیدروژن فروسیلیس به طور قابل توجهی با سیلیکون به تنهایی متفاوت است. نقش تماشاگر (FeSi2) و گونه‌های فعال (Si) در این ماده با آزمایش تأیید شد و نشان داد که چگالی ذخیره‌سازی گرانشی برای هیدروژن فروسیلیکون 75 تنها 3.5٪ است. تقریباً یک سوم میزان مورد انتظار برای فروسیلیکون 75 (10.5 درصد) بر اساس نسبت سیلیکون به آهن 3:1 است زیرا بیشتر سیلیکون در FeSi2 موجود است و برای تولید هیدروژن در دسترس نیست.

برخلاف فروسیلیس، سیلیکون خالص در کاربردهای مقیاس بزرگ برای تولید هیدروژن استفاده نشده است. فروسیلیس در واقع در مقیاس عظیم برای ایجاد هیدروژن و نیرو دادن به زپلین ها در طول جنگ جهانی اول مورد استفاده قرار گرفت.

اما برای تحقق کامل برنامه‌های کاربردی تلفن همراه و یا دریافت پشتیبانی از تولید برق، راه‌ها و ابزارهایی برای دستیابی به چگالی ذخیره سازی گرانشی تئوری 10.5 درصد وجود دارد. علاقه زیاد و موارد نیاز فراوان این آلیاژ مهم و مورد توجه است زیرا فروسیلیکون 75 تولید ارزان، حمل و نقل آسان و استفاده ایمن خواهد داشت.

آنالیز فروسیلیس:

فروسیلیس دارای مقاومت خوبی در برابر سایش، خوردگی، وزن مخصوص بالا و مغناطیس بالا است که امکان بازیابی آسان مغناطیسی را فراهم می‌کند. نقطه ذوب و چگالی فروسیلیس به محتوای سیلیکون آن بستگی دارد و با هزینه کم در دسترس است.

روشی برای تجزیه و تحلیل طیف شناسی مواد متشکل از دو یا چند جزء اصلی ابداع شده است. یکی از مؤلفه‌ها به عنوان عنصر مرجع انتخاب می‌شود. نسبت غلظت عناصر اجزای مختلف به غلظت عنصر مرجع در مجموعه‌ای از نمونه‌های استاندارد محاسبه می‌شود. این نسبت‌های غلظت در برابر نسبت‌های شدت خط طیفی برای تشکیل منحنی‌های کاری رسم می‌شوند. پس از تعیین نسبت‌های شدت برای یک نمونه ناشناخته، ترکیب آن به راحتی از مجموعه‌ای از معادلات ساده محاسبه می‌شود.

ترکیب شیمیایی

جدول زیر ترکیب شیمیایی فروسیلیسیم کم آلکم FeSi را نشان می‌دهد.

مشخصات فیزیکی

جدول زیر خواص فیزیکی فروسیلیس را مورد بحث قرار می‌دهد.

استفاده‌های کاربردی فروسیلیس

موارد زیر کاربردهای متداول فروسیلیس هستند:

• به عنوان منبع سیلیکون برای کاهش فلزات از اکسیدهای آنها و اکسید زدایی فولاد و سایر آلیاژهای آهنی

• تولید فروآلیاژهای دیگر

• ساخت سیلیکون، آلیاژهای سیلیکون آهنی مقاوم در برابر خوردگی و مقاوم در برابر دمای بالا و فولاد سیلیکونی برای الکتروموتورها و هسته‌های ترانسفورماتور

• ساخت چدن، فروسیلیس برای تلقیح آهن برای تسریع گرافیت شدن

• ساخت پیش آلیاژهایی مانند فروسیلیس منیزیم که برای اصلاح آهن مذاب و گداخته استفاده می‌شود.

• به عنوان یک افزودنی به چدن‌ها برای کنترل محتوای اولیه سیلیکون

• در صنعت ذوب فولاد، ریخته گری، فرآوری مواد معدنی و میله‌های ذوب

• در فرآیند Pidgeon برای ساخت منیزیم از دولومیت استفاده می‌شود

• برای جداسازی و اتمیزه کردن رسانه‌های سنگین

• مورد استفاده در صنایع ریخته گری، ذوب و متالورژی مرتبط

• برای تولید سیلیکون خالص نیمه هادی در صنعت برق و سیلیکون مس در صنایع شیمی

سایر کاربردهای فروسیلیس

کاربردهای جالب دیگری برای فروسیلیکون وجود دارد. این‌ها شامل کاهش فلزات از اکسیدهای آنها و اکسید زدایی فولاد و سایر آلیاژهای آهنی است. این مورد از اتلاف کربن ناشی از فولاد مذاب (به اصطلاح مانع از گرما)، فرومنگنز، اسپیگلیزن و سیلیسید کلسیم می‌شود. می‌توان از آن برای ساخت فروآلیاژهای دیگر استفاده کرد.

 فروسیلیس همچنین برای ساخت سیلیکون، آلیاژهای سیلیکون آهنی مقاوم در برابر خوردگی و مقاوم در برابر درجه حرارت بالا و فولاد سیلیکونی برای الکتروموتورها و هسته‌های ترانسفورماتور استفاده می‌شود. در ساخت چدن از فروسیلیس برای تلقیح آهن برای تسریع گرافیت شدن استفاده می‌شود.

در جوشکاری قوس الکتریکی، فروسیلیس را می‌توان در برخی از پوشش‌های الکترود یافت. فروسیلیس پایه‌ای برای ساخت پیش آلیاژهایی مانند فروسیلیس منیزیم (MgFeSi) است که برای تولید آهن شکل پذیر استفاده می‌شود. MgFeSi حاوی 3 تا 42 درصد منیزیم و مقادیر کمی از فلزات کمیاب است.

فروسیلیس همچنین به عنوان یک افزودنی برای چدن‌ها برای کنترل محتوای اولیه سیلیکون مهم است. فروسیلیس منیزیم در تشکیل گره‌هایی که خاصیت انعطاف‌پذیری آن را به آهن شکل‌پذیر تغییر می‌دهند، نقش دارد. بر خلاف چدن خاکستری که ورقه‌های گرافیت را تشکیل می‌دهد، چدن داکتیل حاوی گره‌های گرافیت یا منافذ است که ترک خوردن را دشوارتر می‌کند.

فروسیلیس همچنین در فرآیند Pidgeon برای تولید منیزیم از دولومیت استفاده می‌شود. فروسیلیس همچنین به نسبت 3 تا 3.5 درصد در ساخت ورق‌های مدار مغناطیسی ترانسفورماتورهای الکتریکی استفاده می‌شود.

جمعبندی

فروسیلیس با توجه به فواید ذکر شده برای آن در صنایع بسیاری کاربرد دارد. هر نوع صنعت و تولید به شکل و ترکیب متفاوتی از این آلیاژ بسیار مفید نیازمند است. بنابراین آشنایی با ترکیب و فرایند آنالیز و روش آنالیز فروسیلیس می‌تواند در انتخاب مفید و مناسب و بالا بردن کیفیت تولید کمک کننده باشد.

در کل داشتن اطلاعات بیشتر و دقیق‌تر در مورد هر نیازی که داریم، باعث می‌شود از بروز خطا و خرید اشتباه و در نتیجه هدر رفت سرمایه جلوگیری شود. با استفاده از مناسب‌ترین متریال، کیفیت تولید نیز بالا می‌رود.

با دقت نظر و وسواس عاقلانه می‌توانیم برد تجاری خودمان را از دیگران متمایز کنیم. با توجه به حیطه کاری، در صورت نیاز به اطلاعات بیشتر و یا دریافت مشاوره و قیمت می‌توانید با کارشناسان مجرب تجارتگرام تماس بگیرید.