Ferrovanadium

Le ferrovanadium (FeV) est un alliage formé en combinant du fer et du vanadium avec une teneur en vanadium comprise entre 35 et 85 %. La production de cet alliage donne un solide cristallin argenté grisâtre qui peut être broyé en une poudre appelée « poussière de ferrovanadium ». Le ferrovanadium est un durcisseur, un renforçateur et un additif anticorrosion universel pour les aciers tels que l'acier faiblement allié à haute résistance , les aciers à outils , ainsi que d'autres produits à base de fer. Il présente des avantages significatifs par rapport au fer et au vanadium pris individuellement. Le ferrovanadium est utilisé comme additif pour améliorer les qualités des alliages ferreux. L'une de ces utilisations est d'améliorer la résistance à la corrosion aux réactifs alcalins ainsi qu'aux acides sulfurique et chlorhydrique . Il est également utilisé pour améliorer le rapport résistance à la traction/poids du matériau. L'une des applications de ces aciers est dans l'industrie de transformation chimique pour les systèmes de manipulation de fluides à haute pression et à haut débit traitant de la production d'acide sulfurique à l'échelle industrielle. Il est également couramment utilisé pour les outils à main, par exemple les clés , les tournevis , les cliquets , etc.

La teneur en vanadium du ferrovanadium varie de 35 % à 85 %. FeV80 (80 % de vanadium) est la composition de ferrovanadium la plus courante. En plus du fer et du vanadium, on trouve de petites quantités de silicium , d'aluminium , de carbone , de soufre , de phosphore , d'arsenic , de cuivre et de manganèse dans le ferrovanadium. Les impuretés peuvent représenter jusqu'à 11 % en poids de l'alliage. Les concentrations de ces impuretés déterminent la qualité du ferrovanadium.

Quatre-vingt-cinq pour cent de tout le vanadium extrait de la Terre est utilisé pour créer des alliages tels que le ferrovanadium. Il existe deux méthodes courantes de production du ferrovanadium : la réduction du silicium et la réduction de l'aluminium.

Le pentoxyde de vanadium (V2O5 _{) ,} le ferrosilicium (FeSi75), la chaux (CaO) et les scories (déchets recyclés contenant du vanadium) sont combinés dans un four à arc électrique chauffé à 1850 °C. [ Le silicium contenu dans le ferrosilicium réduit le vanadium contenu dans V2O5 _{en métal vanadium} . Le vanadium interagit ensuite avec le fer pour former du ferrovanadium. Un excès de chaux et de V2O5 _est ajouté _pour utiliser le silicium et affiner le métal. Ce processus produit des concentrations de vanadium comprises entre trente-cinq et soixante pour cent. [

_Alliage 2 V ₂ O ₅ + 5 (Fe _y/5 Si) + 10 CaO → Alliage 4 (Fe _y/4 V) ₊ 5 Ca ₂ SiO ₄

Le fer , le V2O5 _, l'aluminium et la chaux sont combinés dans un four à arc électrique. Comme le silicium, l'aluminium réduit le vanadium contenu dans le V2O5 _{en métal vanadium} . Le vanadium se dissout dans le fer et forme l'alliage de ferrovanadium. Le ferrovanadium obtenu a une concentration en vanadium comprise entre soixante-dix et quatre-vingt-cinq pour cent.

3 V ₂ O ₅ + 10 Al → 6 V + 5 Al ₂ O ₃

_Alliage V _x + Fe _1−x → (Fe _1−x V _x )

La poussière de ferrovanadium est un irritant léger qui affecte les yeux lorsqu'elle est touchée par une peau contaminée et les voies respiratoires lorsqu'elle est inhalée. La poussière a provoqué une bronchite chronique et une pneumopathie chez les animaux exposés à une concentration élevée (1000–2000 mg/m3 ⁾ à intervalles de deux mois. Cependant, aucun effet à long terme de ce type n'a été observé chez l'homme.

L'American Conference of Governmental Industrial Hygienists (ACGIH) indique qu'un employé qui travaille huit heures par jour, cinq jours par semaine, peut être exposé à la poussière de ferrovanadium sur son lieu de travail à des concentrations allant jusqu'à 1,0 mg/m3 ^sans effets indésirables. Les expositions à court terme doivent être maintenues en dessous de 3,0 mg/m3 ^. [ Il est suggéré que les personnes travaillant avec de fortes concentrations de poussière de ferrovanadium portent un respirateur pour éviter l'inhalation et l'irritation des voies respiratoires.

L'utilisation la plus courante du ferrovanadium est dans la production d'acier. En 2017, 94 % de la consommation de vanadium aux États-Unis était destinée à la production d'alliages de fer et d'acier. Le ferrovanadium et d'autres alliages de vanadium sont utilisés dans l'acier au carbone, l'acier allié, l'acier à haute résistance et l'acier HSLA (High Strength Low Alloy). Ces aciers sont ensuite utilisés pour fabriquer des pièces automobiles, des tuyaux, des outils, etc.

L'ajout de ferrovanadium durcit l'acier, le rendant plus résistant à la température et à la torsion. Cette augmentation de la résistance résulte de la formation de carbures de vanadium qui ont une structure cristalline rigide ainsi qu'une granulométrie plus fine qui diminue la ductilité de l'acier. En plus d'ajouter à la composition de l'acier, le ferrovanadium peut également être utilisé comme revêtement sur l'acier. Lorsqu'il est recouvert de ferrovanadium nitré, la résistance à l'abrasion de l'acier augmente de 30 à 50 %.

Entre 2013 et 2017, les États-Unis ont importé 13 510 tonnes de ferrovanadium, dont la majorité provenait de Tchéquie, d’Autriche, du Canada et de Corée du Sud. Le prix du ferrovanadium a fluctué de manière spectaculaire depuis 1996, atteignant un sommet historique en 2008 à 76 041,61 $/tonne de FeV80. Ces dernières années, le prix a de nouveau augmenté, car les normes environnementales ont entraîné la fermeture de certains producteurs de vanadium en Chine. Ces fermetures, ainsi que la fermeture d’une mine de vanadium en Afrique du Sud, ont créé une pénurie de vanadium, forçant les usines de ferrovanadium à réduire leur production, diminuant ainsi son approvisionnement et faisant grimper son prix.