Ferrovanadio

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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]

Campioni di ferrovanadio

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]

Composizione elementare (massimo % in peso)[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

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

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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

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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]

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]

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]

  • 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].
  1. ^ a b c Bauer et al. 2002
  2. ^ a b c Hathaway e Proctor 2004
  3. ^ Swinbourne et al. 2016
  4. ^ a b c d Gasik 2013
  5. ^ Greenwood e Earnshaw 1997
  6. ^ Vermaak 2007
  7. ^ a b c Wang e Sutulov 2016
  8. ^ Ivanova e Narkevich 2008
  9. ^ Cfr. A. Guber, Made in Urss, Casa Editrice Roberto Napoleone, Roma, 1982, pp. 78-79.
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