Ferrovanadio
Il ferrovanadio (FeV) è una lega madre costituita principalmente da ferro e vanadio, con un contenuto di vanadio di almeno il 50% in peso. Questa lega viene prodotta mediante riduzione delle corrispondenti materie prime o dei loro concentrati.[1] Il prodotto si presenta come un solido cristallino argenteo grigiastro che può essere frantumato ottenendo la cosiddetta "polvere di ferrovanadio" che viene addizionata agli acciai per ottenere grana fina, durezza e resistenza alla torsione e alle alte temperature.[2]
Composizione
Il ferrovanadio ha in genere un contenuto di vanadio compreso nell'intervallo 35-85%; il ferrovanadio più comune è il FeV80 che ne contiene 80%.[3] Oltre a ferro e vanadio, nel ferrovanadio sono contenute piccole percentuali di silicio, alluminio, carbonio, zolfo, fosforo, arsenico, rame e manganese. Queste componenti minori possono arrivare fino all'11% in peso della lega. La composizione specifica determina il tipo particolare di ferrovanadio, come illustrato nella tabella successiva.[4]
| Tipo di ferrovanadio | V | Si | Al | C | S | P | As | Cu | Mn |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| FeV75C0.1 | 70-85 | 0,8 | 2,0 | 0,1 | 0,05 | 0,05 | 0,05 | 0,1 | 0,4 |
| FeV75C0.15 | 70-85 | 1,0 | 2,5 | 0,15 | 0,1 | 0,1 | 0,05 | 0,1 | 0,6 |
| FeV50C0.4 | 48-60 | 1,8 | 0,2 | 0,4 | 0,02 | 0,07 | 0,01 | 0,2 | 2,7 |
| FeV50C0.5 | 48-60 | 2,0 | 0,3 | 0,5 | 0,02 | 0,07 | 0,01 | 0,2 | 4,0 |
| FeV50C0.6 | 48-60 | 2,0 | 0,3 | 0,6 | 0,03 | 0,07 | 0,02 | 0,2 | 5,0 |
| FeV50C0.3 | >50 | 2,0 | 2,5 | 0,3 | 0,1 | 0,1 | 0,05 | 0,2 | 0,2 |
| FeV50C0.75 | >50 | 2,0 | 2,5 | 0,75 | 0,1 | 0,1 | 0,05 | 0,2 | 0,2 |
| FeV40C0.5 | 35-48 | 2,0 | 0,5 | 0,5 | 0,05 | 0,08 | 0,03 | 0,2 | 2,0 |
| FeV40C0.75 | 35-48 | 2,0 | 0,5 | 0,75 | 0,05 | 0,08 | 0,03 | 0,4 | 4,0 |
| FeV40C1 | 35-48 | 2,0 | 0,5 | 1,0 | 0,05 | 0,1 | 0,03 | 0,4 | 6,0 |
Sintesi
Circa 85% del vanadio estratto dai minerali presenti sulla crosta terrestre è ridotto producendo leghe come il ferrovanadio. Nel passato la riduzione era condotta con carbone, ma inevitabilmente si formavano carburi di vanadio intrattabili. Per aggirare questo inconveniente la riduzione è ora effettuata con ferrosilicio (una lega ferrosa contenente il 15-90% di silicio) o con alluminio.[1][5]
Riduzione con ferrosilicio
Pentossido di vanadio (V2O5), ferrosilicio (FeSi75), calce (CaO) e le scorie (gli scarti riciclati contenenti vanadio) sono trattati in un forno elettrico ad arco a 1850 ºC. Il silicio contenuto nel ferrosilicio riduce il vanadio da V2O5 a vanadio metallico; quest'ultimo si lega al ferro formando il ferrovanadio. In una seconda fase si aggiungono anidride vanadica e calce in eccesso per esaurire il silicio e affinare la lega. Con questa procedura si ottiene ferrovanadio contenente 35-60% di vanadio.[4][6]
Riduzione con alluminio
Ferro, pentossido di vanadio, alluminio in polvere e calce sono trattati in un forno elettrico ad arco. Il processo è fortemente esotermico e una volta iniziato si autoalimenta. Analogamente al caso del silicio, l'alluminio riduce il vanadio da V2O5 a vanadio metallico, che si scioglie nel ferro formando il ferrovanadio. Con questa procedura si ottengono leghe ad alto tenore di vanadio; si può arrivare al 90%.[1][4][7]
Applicazioni
Il ferrovanadio è usato principalmente come lega madre per la produzione di acciai quali acciaio al carbonio, acciaio legato, acciaio rapido e super rapido e acciaio debolmente legato ad alta resistenza (HSLA). Questi acciai sono utilizzati per produrre componenti automobilistiche, tubi, utensili e altri oggetti.[7]
L'aggiunta di vanadio indurisce l'acciaio rendendolo più resistente alla temperatura e alla torsione.[2] La maggior robustezza è il risultato della formazione di carburi di vanadio con una struttura cristallina rigida e una granulometria più fine, in modo da diminuire la duttilità dell'acciaio.[7] Oltre che per modificare la composizione dell'acciaio, il ferrovanadio può anche essere usato per rivestirlo. Un rivestimento di ferrovanadio nitrurato fa crescere del 30-50% la resistenza all'abrasione dell'acciaio.[8]
Tossicologia
Il ferrovanadio in forma massiva non è pericoloso. La polvere di ferrovanadio è irritante per contatto con gli occhi e per inalazione. La polvere ha provocato bronchite e polmonite cronica in animali esposti per due mesi ad intervalli ad alta concentrazione (1000-2000 mg/m3) di polvere. Questi effetti a lungo termine non sono stati però osservati nell'uomo.[2]
Curiosità
- Il ferrovanadio venne realizzato massicciamente in Unione Sovietica, a Tula, nel consorzio tecnico-produttivo Tulacernet. Venne prodotto in un ciclo chiuso, senza immissione di sostante nocive nell'atmosfera. A questo lavoro, visto che era un'innovazione nella scienza, venne dato il Premio Lenin[9].
Note
- ↑ 1,0 1,1 1,2 Template:Cita
- ↑ 2,0 2,1 2,2 Template:Cita
- ↑ Template:Cita
- ↑ 4,0 4,1 4,2 4,3 Template:Cita
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- ↑ Template:Cita
- ↑ 7,0 7,1 7,2 Template:Cita
- ↑ Template:Cita
- ↑ Cfr. A. Guber, Made in Urss, Casa Editrice Roberto Napoleone, Roma, 1982, pp. 78-79.