Ferrosilicium

Ferrosilicium (FeSi) ist eine Eisen-Silicium-Legierung, also ein Gemisch aus Metallen bzw. eine feste Metallverbindung. Es zählt zu den Ferrolegierungen, also Mischungen aus Eisen und einem hohen Anteil anderer Elemente. Weitere Ferrolegierungen sind Mischungen mit Mangan oder Aluminium.

FeSi ist eine Vorlegierung bzw. Vorprodukt für die Stahlindustrie zur Herstellung von speziellen Stählen und Gusseisen. Es wird von Siliciumherstellern produziert und dient zur Desoxidation und als Legierungsbestandteil. Es ist außerdem ein Ausgangsstoff für Silicastaub bzw. Microsilica, das beispielsweise als Zusatzstoff für hochfesten Beton verwendet wird.

Binärsystem FeSi

Die Zweistoffmischung Fe_xSi_y – manchmal auch Fe-Si oder Si-Fe geschrieben – enthält Silicium mit typischen Gewichtsanteilen von 15–90 %, z. B. 75 % Silicium oder auch FeSi75 abgekürzt. Marktübliche Ferrosilicium-Sorten enthalten annähernd 15 %, 45 %, 75 % oder 90 % Silicium, der Rest ist jeweils Eisen. Je nach Anforderung an das FeSi werden auch weitere Elemente im einstelligen Prozentbereich zugemischt.

Herstellung

Ferrosilicium wird durch carbothermische Reduktion von Siliciumdioxid SiO₂ und Eisenoxid in Lichtbogenöfen mit verdecktem Lichtbogen hergestellt.

Ferrosilicium mit einem Siliciumgehalt von 9 % bis 16 % wird im Hochofen aus Eisenerz und Quarz hergestellt. Ferrosilicium mit höherem Siliciumgehalt wird aus Quarz, Stahlschrott und Koks bzw. Holzkohle im Elektroniederschachtofen gewonnen.

Verwendung

Ferrosilicium findet eine breite Verwendung in der Eisenmetallurgie bzw. Herstellung von speziellen Stählen. Bei der Stahlherstellung wird es wie Calciumsilicid wegen der hohen Affinität des Silicium zum Sauerstoff als Desoxidationsmittel (Reduktionsmittel) eingesetzt. Ferrosilicium reduziert die Oxidation wertvoller Elemente wie Chrom bei der Herstellung von Edelstahl.

Es dient außerdem zur Metallgewinnung (z. B. für Ferrochrom) und für silicothermische Prozesse. Weiterhin wird es zur Legierung für die Erzeugung von Elektroblechen und hitzebeständigem Stahl verwendet.

Noch wichtiger ist Ferrosilicium in der Gusseisenmetallurgie. Hier wird es zur Herstellung von Vorlegierungen für die Behandlung (Modifizierung) von Schmelzen für Gusseisen mit Kugelgraphit benutzt. Diese Vorlegierungen enthalten 3 bis 40 % Magnesium und weitere Zusätze aus der Familie der Metalle der Seltenen Erden. Ferrosilicium ist auch die Basis für Herstellung von Impfmitteln, welche zur Steuerung des Erstarrungsprozesses durch Erhöhung der Keimzahl in der Schmelze dienen.

Des Weiteren können siliciumhaltige Legierungen als Reduktionsmittel in bestimmten metallurgischen Prozessen zur Reduktion von Metalloxiden eingesetzt werden.

Eigenschaften

Die Dichte und der Schmelzpunkt von Ferrosilicium sind stark vom Siliciumgehalt abhängig. Je höher der Si-Gehalt ist, desto niedriger sind Schmelzpunkt und Dichte der Legierung.

Literatur

Siehe Siliciumhersteller
Earl S. Greiner (Hrsg.): The Alloys of Iron and Silicon. McGraw-Hill Book Company, New York 1933 (englisch, hathitrust.org).
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Einzelnachweise

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↑ J. R. Lampman, A. T. Peters: Ferroalloys and Other Additives to Liquid Iron and Steel: A Symposium. ASTM International, 1981, S. 139 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
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[1] Merete Tangstad: Ferrosilicon and Silicon Technology. In: Handbook of Ferroalloys. Elsevier, 2013, ISBN 978-0-08-097753-9, S. 179–220, doi:10.1016/b978-0-08-097753-9.00006-x (englisch, elsevier.com [abgerufen am 3. August 2026]).

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[3] Mikhail Gasik, Viktor Dashevskii, Aitber Bizhanov: Metallurgy of Ferrosilicon. In: Ferroalloys. Springer International Publishing, Cham 2020, ISBN 978-3-030-57501-4, S. 57–92, doi:10.1007/978-3-030-57502-1_5 (englisch, springer.com [abgerufen am 3. August 2026]).

[Arnold_F._Holleman-4] 1 2 A. F. Holleman, E. Wiberg, N. Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie. 101. Auflage. Walter de Gruyter, Berlin 1995, ISBN 3-11-012641-9, S. 880.

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[6] Mikhail Gasik, Viktor Dashevskii, Aitber Bizhanov: Ferroalloys: Theory and Practice (= Topics in Mining, Metallurgy and Materials Engineering). Springer International Publishing, Cham 2020, ISBN 978-3-030-57501-4, doi:10.1007/978-3-030-57502-1 (englisch, springer.com [abgerufen am 3. August 2026]).

[7] Vishu Dosaj, Halvard Tveit: Silicon and Silicon Alloys, Production and Uses. In: Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology. Wiley, 2001, ISBN 978-0-471-48494-3, doi:10.1002/0471238961.0308051304151901.a01.pub3 (englisch, wiley.com [abgerufen am 3. August 2026]).

[8] What is ferrosilicon? In: Elkem. 2026, abgerufen am 3. August 2026 (englisch).

[baustoffkreislauf-silicastaub.pdf-9] Universität München: PowerPoint-Präsentation - Baustoffe aus Recyclaten und Nebenprodukten (Memento vom 15. Mai 2014 im Internet Archive), abgerufen am 14. Mai 2014

[10] Scientific Group Thermodata Europe (SGTE): Binary System Fe-Si. In: Ternary Steel Systems: Phase Diagrams and Phase Transition Data. Springer Berlin Heidelberg, Berlin, Heidelberg 2012, ISBN 978-3-540-88141-4, S. 33–33, doi:10.1007/978-3-540-88142-1_24 (englisch, springer.com [abgerufen am 3. August 2026]).

[11] B. Predel: Fe-Si (Iron-Silicon). In: Dy-Er – Fr-Mo. e. Springer-Verlag, Berlin/Heidelberg 1995, ISBN 978-3-540-58428-5, S. 1–6, doi:10.1007/10474837_1340 (englisch, springer.com [abgerufen am 3. August 2026]).

[ABC_Chemie-12] Brockhaus ABC Chemie, VEB F. A. Brockhaus Verlag Leipzig 1965, S. 404.

[13] F. Kaess: Die technische Herstellung des Ferrosiliziums. In: Elektrothermie. Springer Berlin Heidelberg, Berlin, Heidelberg 1960, ISBN 978-3-642-92779-9, S. 205–215, doi:10.1007/978-3-642-92778-2_9 (springer.com [abgerufen am 4. August 2026]).

[Bernhard_Osann-14] Bernhard Osann: Lehrbuch der Eisen- und Stahlgiesserei: Für den Gebrauch beim Unterricht ... BoD – Books on Demand, 2013, ISBN 3-8457-0213-3, S. 138 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).

[Alfred_Böge,_Rainer_Ahrberg,_Klaus-Dieter_Arndt,_Werner_Bahmann,_Lutz_Barfels,_Jürgen_Bauer,_Ulrich_Borutzki,_Gert_Böge,_Wolfgang_Böge-15] Alfred Böge, Rainer Ahrberg, Klaus-Dieter Arndt, Werner Bahmann, Lutz Barfels, Jürgen Bauer, Ulrich Borutzki, Gert Böge, Wolfgang Böge: Handbuch Maschinenbau: Grundlagen und Anwendungen der Maschinenbau-Technik - Alfred Böge, Rainer Ahrberg, Klaus-Dieter Arndt, Werner Bahmann, Lutz Barfels, Jürgen Bauer, Ulrich Borutzki, Gert Böge, Wolfgang Böge. Springer DE, 2013, ISBN 3-8348-2479-8, S. M-5 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).

[John_R._Brown-16] John R. Brown: Foseco Foundryman's Handbook. Butterworth-Heinemann, 1994, ISBN 0-7506-1939-2, S. 222 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).

[J._R._Lampman,_A._T._Peters-17] J. R. Lampman, A. T. Peters: Ferroalloys and Other Additives to Liquid Iron and Steel: A Symposium. ASTM International, 1981, S. 139 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).

[Stephan_Hasse-18] Stephan Hasse: Giesserei Lexikon. Fachverlag Schiele & Schoen, 2001, ISBN 3-7949-0655-1, S. 618 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).