Editorii noștri vor examina ceea ce ați trimis și vor stabili dacă să revizuiți articolul.

Prelucrarea magneziului, prepararea minereului de magneziu pentru utilizare în diverse produse.

metode

Magneziul (Mg) este un metal alb argintiu, care are un aspect similar cu aluminiul, dar cântărește cu o treime mai puțin. Cu o densitate de doar 1.738 grame pe centimetru cub, este cel mai ușor metal structural cunoscut. Are o structură cristalină hexagonală strânsă (hcp), astfel încât, la fel ca majoritatea metalelor din această structură, îi lipsește ductilitatea atunci când se lucrează la temperaturi mai scăzute. În plus, în forma sa pură, îi lipsește rezistența suficientă pentru majoritatea aplicațiilor structurale. Cu toate acestea, adăugarea de elemente de aliere îmbunătățește proprietățile sale într-o asemenea măsură încât atât aliajele de magneziu turnate, cât și cele forjate sunt utilizate pe scară largă, în special în cazul în care greutatea redusă și rezistența ridicată sunt importante.

Magneziul este puternic reactiv cu oxigenul la temperaturi ridicate; peste 645 ° C (1.190 ° F) în aer uscat, arde cu o lumină albă strălucitoare și căldură intensă. Din acest motiv, pulberile de magneziu sunt utilizate în pirotehnie. La temperatura camerei, pe suprafața metalului se formează un film stabil de hidroxid de magneziu insolubil în apă, protejându-l de coroziune în majoritatea atmosferelor. Fiind un reactant puternic care formează compuși stabili cu clor, oxigen și sulf, magneziul are mai multe aplicații metalurgice, cum ar fi în producția de titan din tetraclorură de titan și în desulfurarea fierului de furnal. Reactivitatea sa chimică este evidentă și în compușii de magneziu care au o largă aplicare în industrie, medicină și agricultură.

Istorie

Magneziul își trage numele de la magnezit, un mineral carbonat de magneziu, iar la rândul său se spune că acest mineral își datorează numele depozitelor de magnezit găsite în Magnesia, un district din regiunea antică greacă din Tesalia. Chimistul britanic Humphry Davy ar fi produs un amalgam de magneziu în 1808 prin electrolizarea sulfatului de magneziu umed, folosind mercurul ca catod. Cu toate acestea, primul magneziu metalic a fost produs în 1828 de către omul de știință francez A.-A.-B. Ocupat. Munca sa a implicat reducerea clorurii de magneziu topit de potasiu metalic. În 1833, omul de știință englez Michael Faraday a fost primul care a produs magneziu prin electroliza clorurii de magneziu topit. Experimentele sale au fost repetate de chimistul german Robert Bunsen.

Prima producție industrială de succes a fugit în Germania în 1886 de aluminiu și magneziu fabricat Hemelingen, bazată pe electroliza carnalitului topit. Hemelingen a devenit ulterior parte a complexului industrial IG Farbenindustrie, care, în anii 1920 și 1930, a dezvoltat un proces pentru producerea unor cantități mari de clorură de magneziu topită și esențial lipsită de apă (cunoscută acum sub numele de procesul IG Farben), precum și tehnologia pentru electrolizarea acestui produs în magneziu metalic și clor. Alte contribuții ale IG Farben au fost dezvoltarea de numeroase aliaje turnate și maleabile, fluxuri de rafinare și protecție, produse de magneziu forjat și un număr mare de aplicații pentru avioane și automobile. În timpul celui de-al Doilea Război Mondial, Compania Dow Chemical din Statele Unite și Magnesium Electron Limited din Marea Britanie au început reducerea electrolitică a magneziului din apa de mare pompată din Golful Galveston, Texas și Marea Nordului la Hartlepool, Anglia. În același timp, în Ontario, Canada, L.M. A fost introdus procesul Pidgeon de reducere termică a oxidului de magneziu cu siliciu în retortele arse extern.

După război, aplicațiile militare și-au pierdut importanța. Dow Chemical a extins piețele civile prin dezvoltarea de produse forjate, tehnologie de fotogravură și sisteme de tratare a suprafeței. Extracția a rămas bazată pe electroliză și reducere termică. La aceste procese s-au făcut rafinări precum încălzirea internă a retortelor (procesul Magnetherm, introdus în Franța în 1961), extracția din pastile de clorură de magneziu deshidratate (introdusă de compania norvegiană Norsk Hydro în 1974) și îmbunătățirea tehnologiei celulelor electrolitice de la aproximativ 1970.

Începând din 2019, China a produs aproximativ 85% din magneziul mondial, iar Rusia, Kazahstan, Israel și Brazilia au produs o mare parte din restul.

Minereuri și materii prime

Al optulea cel mai abundent element din natură, magneziul constituie 2,4% din scoarța Pământului. Datorită reactivității sale puternice, nu apare în starea nativă, ci mai degrabă se găsește într-o mare varietate de compuși din apa de mare, saramură și roci.

Dintre mineralele de minereu, cele mai frecvente sunt carbonații dolomitici (un compus din carbonați de magneziu și calciu, MgCO3 · CaCO3) și magnezitul (carbonat de magneziu, MgCO3). Mai puțin frecventă este brucita minerală hidroxid, Mg (OH) 2 și carnalitul mineral halogen (un compus din cloruri de magneziu și potasiu și apă, MgCl2 · KCl · 6H2O).

Clorura de magneziu este recuperabilă din saramuri naturale, cum ar fi Marele Lac Sărat (care conține de obicei 1,1% din greutate magneziu) și Marea Moartă (3,4%), dar de departe cea mai mare sursă este oceanele lumii. Deși apa de mare este doar aproximativ 0,13% magneziu, aceasta reprezintă o sursă aproape inepuizabilă.

Extractarea și concentrarea

Atât dolomita cât și magnezita sunt extrase și concentrate prin metode convenționale. Carnalitul este lung ca minereul sau separat de alți compuși de sare care sunt aduși la suprafață prin extracția soluției. Saramurile naturale care conțin magneziu sunt concentrate în iazuri mari prin evaporare solară.

Extracție și rafinare

Un reactiv chimic puternic, magneziul formează compuși stabili și reacționează cu oxigenul și clorul atât în ​​starea lichidă, cât și în cea gazoasă. Aceasta înseamnă că extracția metalului din materii prime este un proces care consumă multă energie și necesită tehnologii bine reglate. Producția comercială urmează două metode complet diferite: electroliza clorurii de magneziu sau reducerea termică a oxidului de magneziu prin procesul Pidgeon. Electroliza a reprezentat odată aproximativ 75% din producția mondială de magneziu. La începutul secolului al XXI-lea, totuși, când China a apărut drept principalul producător mondial de magneziu, costul redus al forței de muncă și al energiei de acolo a permis procesului Pidgeon să fie viabil din punct de vedere economic, în ciuda faptului că este mai puțin eficient decât electroliza.

Electroliză

Procesele electrolitice constau în două etape: prepararea unei materii prime care conține clorură de magneziu și disocierea acestui compus în magneziu metalic și clor gazos în celulele electrolitice.

În procesele industriale, furajele celulare constau din diverse săruri topite care conțin clorură de magneziu anhidră (în esență lipsită de apă), clorură de magneziu parțial deshidratată sau carnalit anhidru. Pentru a evita impuritățile prezente în minereurile de carnalit, carnalitul artificial deshidratat este produs prin cristalizare controlată din soluții încălzite care conțin magneziu și potasiu. Clorura de magneziu parțial deshidratată poate fi obținută prin procesul Dow, în care apa de mare este amestecată într-un floculator cu dolomit reactiv ușor ars. Un hidroxid de magneziu insolubil precipită în fundul unui rezervor de decantare, de unde este pompat sub formă de suspensie, filtrat, transformat în clorură de magneziu prin reacție cu acid clorhidric și uscat într-o serie de etape de evaporare până la un conținut de apă de 25%. Deshidratarea finală are loc în timpul topirii.

Clorura de magneziu anhidră este produsă prin două metode principale: deshidratarea saramurilor de clorură de magneziu sau clorurarea oxidului de magneziu. În această din urmă metodă, exemplificată prin procesul IG Farben, dolomita ușor arsă este amestecată cu apă de mare într-un floculator, unde hidroxidul de magneziu este precipitat, filtrat și calcinat în oxid de magneziu. Acesta se amestecă cu cărbune, se formează în globule cu adaos de soluție de clorură de magneziu și se usucă. Globulele sunt încărcate într-un clorinator, un cuptor cu arbore căptușit, unde sunt încălzite de electrozi de carbon la aproximativ 1.000-1.200 ° C (1.800-2.2200 ° F). Clorul gazos introdus prin hublouri în cuptor reacționează cu oxidul de magneziu pentru a produce clorură de magneziu topită, care este extrasă la intervale de timp și trimisă la celulele electrolitice.

Deshidratarea saramurilor de magneziu se realizează în etape. În procesul Norsk Hydro, impuritățile sunt mai întâi eliminate prin precipitare și filtrare. Saramura purificată, care conține aproximativ 8,5% magneziu, este concentrată prin evaporare la 14% și transformată în particule într-un turn de prelucrare. Acest produs este uscat în continuare până la particule fără apă și transportat către celulele electrolitice.

Celulele electrolitice sunt în esență vase căptușite cu cărămidă echipate cu catoduri multipli de oțel și anodi de grafit. Acestea sunt montate vertical prin capota celulei și parțial scufundate într-un electrolit de sare topită compus din cloruri alcaline la care se adaugă clorura de magneziu produsă în procesele descrise mai sus în concentrații de 6 până la 18 procente. Reacția de bază este:

Temperaturile de funcționare variază de la 680 la 750 ° C (1.260 la 1.380 ° F). Consumul de energie este de 12-18 kilowati-oră pe kilogram de magneziu produs. Clorul și alte gaze sunt generate la anodii de grafit, iar metalul de magneziu topit plutește în partea superioară a băii de sare, unde este colectat. Clorul poate fi reutilizat în procesul de deshidratare.

Reducerea termică

În producția termică, dolomita este calcinată la oxid de magneziu (MgO) și var (CaO), iar acestea sunt reduse de siliciu (Si), rezultând magneziu gazos și o zgură de silicat dicalcic. Reacția de bază,

este endoterm - adică căldura trebuie aplicată pentru ao iniția și a o susține. Când magneziul atinge o presiune de vapori de 100 kilopascali (1 atmosferă) la 1.800 ° C (3.270 ° F), necesarul de căldură poate fi destul de ridicat. Pentru a reduce temperaturile de reacție, procesele industriale funcționează sub vid. Există trei metode principale, care diferă prin mijloacele lor de furnizare a căldurii. În procesul Pidgeon, dolomita măcinată și calcinată este amestecată cu ferosilicon măcinat fin, brichetat și încărcat în retorte cilindrice de nichel-crom-oțel. O serie de replici sunt instalate orizontal într-un cuptor pe bază de petrol sau gaz, cu capacele și sistemele de condensare atașate care se extind în afara cuptorului. După un ciclu de reacție la o temperatură de 1.200 ° C (2.200 ° F) și sub o presiune redusă de 13 pascali, cristalele de magneziu (numite coroane) sunt îndepărtate din condensatoare, zgura este evacuată ca solid și retorta este reîncărcată. În procesul Bolzano, brichetele dolomit-ferosilicon sunt stivuite pe un sistem special de susținere a încărcăturii prin care încălzirea electrică internă este condusă la încărcare. O reacție completă durează 20 până la 24 de ore la 1.200 ° C sub 400 de pascali.

Zgura de silicat dicalcic produsă prin procesele de mai sus are un punct de topire de aproximativ 2.000 ° C (3.600 ° F) și, prin urmare, este prezentă ca un solid, dar prin adăugarea de alumină (oxid de aluminiu, Al2O3) la sarcină, punctul de topire poate fi să fie redus la 1.550-1.600 ° C (2.825-2.900 ° F). Această tehnică, utilizată în procesul Magnetherm, are avantajul că zgura lichidă poate fi încălzită direct prin curent electric printr-un electrod de cupru răcit cu apă. Reacția de reducere are loc la 1.600 ° C și 400-670 pascali presiune. Magneziul vaporizat este condensat într-un sistem separat atașat la reactor, iar zgura topită și ferosiliciul sunt exploatate la intervale.

Rafinare

După extracția prin procedeele descrise mai sus, magneziul brut este transportat la magazinele turnate pentru îndepărtarea impurităților, adăugarea elementelor de aliere și transformarea în lingouri, țevi și plăci. În timpul topirii și manipulării, metalul și aliajele de magneziu topite sunt protejate de arderea unui strat de flux sau a unui gaz, cum ar fi hexafluorura de sulf sau dioxidul de sulf. Pentru transport și manipulare în condiții climatice severe, sunt necesare ambalaje de plastic sau hârtie ventilate adecvate pentru a preveni coroziunea.