Ferrovanadio

Ferrovanadio (FeV) es una aleación formada combinando hierro y vanadio con un rango de contenido de vanadio del 35 al 85%. La producción de esta aleación da como resultado un sólido cristalino de plata grisácea que puede triturarse hasta obtener un polvo llamado "polvo de ferrovanadio". El ferrovanadio es un endurecedor, fortalecedor y aditivo anticorrosivo universal para aceros como aceros de alta resistencia y baja aleación, aceros para herramientas y otros productos a base de hierro. Tiene importantes ventajas sobre el hierro y el vanadio individualmente. El ferrovanadio se utiliza como aditivo para mejorar las cualidades de las aleaciones ferrosas. Uno de esos usos es mejorar la resistencia a la corrosión de reactivos alcalinos, así como de ácidos sulfúrico y clorhídrico. También se utiliza para mejorar la relación resistencia a la tracción y peso del material. Una aplicación de dichos aceros es en la industria de procesamiento químico para sistemas de manipulación de fluidos de alto rendimiento y alta presión que se ocupan de la producción de ácido sulfúrico a escala industrial. También se usa comúnmente para herramientas manuales, p. llaves inglesas, destornilladores, trinquetes, etc.

Composición

El contenido de vanadio en el ferrovanadio oscila entre el 35% y el 85%. FeV80 (80% vanadio) es la composición de ferrovanadio más común. Además del hierro y el vanadio, en el ferrovanadio se encuentran pequeñas cantidades de silicio, aluminio, carbono, azufre, fósforo, arsénico, cobre y manganeso. Las impurezas pueden constituir hasta un 11% en peso de la aleación. Las concentraciones de estas impurezas determinan el grado de ferrovanadio.

Síntesis

El ochenta y cinco por ciento de todo el vanadio extraído de la Tierra se utiliza para crear aleaciones como el ferrovanadio. Hay dos formas comunes en las que se produce ferrovanadio: reducción de silicio y reducción de aluminio.

Reducción por silicio

Pentóxido de vanadio (V₂O₅), ferrosilicio (FeSi75), cal (CaO) y escoria (residuos reciclados que contienen vanadio) y se combinan en un arco eléctrico. Horno calentado a 1850 °C. El silicio en el ferrosilicio reduce el vanadio en V₂O₅ a vanadio metálico. Luego, el vanadio interactúa con el hierro para formar ferrovanadio. Se añade exceso de cal y V₂O₅ para consumir el silicio y refinar el metal. Este proceso produce concentraciones de vanadio entre el treinta y cinco y el sesenta por ciento.

2 V₂O₅ + 5 (Fe_y/5Si)_aleación + 10 CaO → 4 (Fe_y/4V)_aleación + 5 Ca₂SiO₄

Reducción por Aluminio

En un horno de arco eléctrico se combinan hierro, V₂O₅, aluminio y cal. Al igual que el silicio, el aluminio reduce el vanadio del V₂O₅ a vanadio metálico. El metal vanadio se disuelve en el hierro y forma la aleación de ferrovanadio. El ferrovanadio resultante tiene una concentración de vanadio entre setenta y ochenta y cinco por ciento.

3 V₂O₅ + 10 Al → 6 V + 5 Al₂O₃

V_x + Fe_1−x → (Fe_1−xV_x) _aleación

Toxicología

El polvo de ferrovanadio es un irritante leve que afecta los ojos cuando entra en contacto con la piel contaminada y el tracto respiratorio cuando se inhala. El polvo provocó bronquitis crónica y neumonitis en animales expuestos a altas concentraciones (1000-2000 mg/m³) a intervalos durante dos meses. Sin embargo, no se han observado efectos a largo plazo en humanos.

Exposición ocupacional

La Conferencia Americana de Higienistas Industriales Gubernamentales (ACGIH) afirma que un empleado que trabaja ocho horas al día, cinco días a la semana, puede estar expuesto al polvo de ferrovanadio en su lugar de trabajo en concentraciones de hasta 1,0 mg/m3. ³ sin efectos adversos. Las exposiciones a corto plazo deben mantenerse por debajo de 3,0 mg/m³. Se sugiere que quienes trabajan con altas concentraciones de polvo de ferrovanadio usen un respirador para evitar la inhalación y la irritación del tracto respiratorio.

Acero

El uso más común del ferrovanadio es en la producción de acero. En 2017, el 94% del consumo interno de vanadio se destinó a la producción de aleaciones de hierro y acero. El ferrovanadio y otras aleaciones de vanadio se utilizan en acero al carbono, acero aleado de alta resistencia y acero HSLA (alta resistencia y baja aleación). Estos aceros luego se utilizan para fabricar piezas de automóviles, tuberías, herramientas y más.

La adición de ferrovanadio endurece el acero haciéndolo más resistente a la temperatura y la torsión. Este aumento de resistencia es el resultado de la formación de carburos de vanadio que tienen una estructura cristalina rígida y un tamaño de grano más fino que disminuye la ductilidad del acero. Además de añadirse a la composición del acero, el ferrovanadio también se puede utilizar como revestimiento del acero. Cuando se recubre con ferrovanadio nitrado, la resistencia a la abrasión del acero aumenta entre un 30 y un 50%.

Mercado

Entre 2013 y 2017, Estados Unidos importó 13.510 toneladas de ferrovanadio, la mayoría de las cuales procedieron de Chequia, Austria, Canadá y la República de Corea. El precio del ferrovanadio ha fluctuado drásticamente desde 1996, alcanzando un máximo histórico en 2008 de 76.041,61 dólares por tonelada de FeV80. En años más recientes, ha vuelto a ver un aumento en el precio a medida que las normas ambientales cerraron algunos de los productores de vanadio en China. Estos cierres, así como el cierre de una mina de vanadio en Sudáfrica, crearon una escasez de vanadio, lo que obligó a las fábricas de ferrovanadio a reducir su producción, disminuyendo su oferta y elevando el precio.