페로 실리콘(Ferrosilicon)

페로실리콘은 철과 실리콘의 합금으로 15-90 중량 %(wt. %)의 실리콘 함량을 가진다.

 

페로실리콘은 철의 존재 하에서 코크스로 실리카 또는 모래를 환원시켜 생산되는데, 철은 고철 등을 이용한다. 실리콘 함량 약 15%까지의 페로실리콘은 산성 내화 벽돌이 늘어선 용광로에서 만들어지며, 실리콘 함량이 더 높은 페로실리콘은 전기로에서 만들어진다. 일반적인 페로실로콘의 실리콘 함량은 15%, 45%, 75%, 90% 이다. 철을 제외하고, 약 2%는 일반적으로 알루미늄 및 칼슘과 같은 다른 원소로 구성된다.

페로실리콘은 물과 접촉하여 천천히 수소를 생산할 수 있으며, 염기가 있는 상태에서 가속되는 반응은 수소 생산에 사용된다. 페로실리콘의 융점과 밀도는 실리콘 함량에 따라 달라진다. 2개의 물질의 합쳐진 물질이므로 고상 및 액상이 혼재하는 온도대가 존재한다.

용도

페로실리콘은 다음의 용도로 사용된다.

1. 녹은철에 남아있는 산소를 제거한다. : 철에 산소가 남아있으면 취성(brittleness)이 높아지고 품질이 낮아지므로 실리콘이 산소와 반응해 실리카(SiO2)를 형성하면서 제거하게 된다. 이것은 철에서 탄소가 소실되는 것을 방지하며, 페로망간, 슈피겔라이젠, 칼슘 실리사이드 및 기타 여러 재료가 동일한 목적으로 사용된다.

2. 강철에 일정량의 실리콘을 넣어 강의 경도와 탄성, 전기적특성을 조절한다. 스프링강에 사용된다.

3. 주물(주조)에서 흑연화와 결정립 미세화에 도움을 준다. 회주철(Gray Cast Iron)이나 구상흑연주철(Ductile Cast Iron)에서 흑연의 핵생성을 촉진해 기계적 성질과 가공성을 향상시킨다.

4. 환원제(Reducing Agent) : 금속 제련에서 산화물의 산소를 제거하여 금속을 얻을 때 사용된다. 백운석에서 마그네슘을 만들기 위해 Pidgeon 공정이 주요한 예이다.

 

수소생산 : 수산화나트륨과 물, 페로실리콘은 다음의 반응식을 통해 수소를 생산한다. 이 때 200 ℃까지 온도가 상승할 수 있다.

 

2NaOH + Si + H2O → Na2SiO3 + 2H2

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