Pagproseso ng magnesiyo, paghahanda ng magnesium ore para magamit sa iba't ibang mga produkto.
Ang Magnesium (Mg) ay isang kulay-pilak na puting metal na katulad sa hitsura sa aluminyo ngunit may timbang na isang-ikatlo mas kaunti. Sa isang density lamang ng 1.738 gramo bawat kubiko sentimetro, ito ang magaan na istrukturang metal na kilala. Mayroon itong isang hexagonal na malapit-nakaimpake (hcp) mala-kristal na istraktura, kaya, tulad ng karamihan sa mga riles ng istraktura na ito, kulang ito ng pag-agaw kapag nagtrabaho sa mas mababang temperatura. Bilang karagdagan, sa dalisay nitong anyo, kulang ito ng sapat na lakas para sa karamihan sa mga istrukturang aplikasyon. Gayunpaman, ang pagdaragdag ng mga elemento ng pag-alloy ay nagpapabuti sa mga katangian nito sa parehong lawak na ang parehong cast at nilalang mga magnesiyo na haluang metal ay malawakang ginagamit, lalo na kung saan ang magaan na timbang at mataas na lakas ay mahalaga.
Malakas na reaktibo ang Magnesium na may oxygen sa mataas na temperatura; sa itaas 645 ° C (1,190 ° F) sa tuyong hangin, nasusunog ito ng isang maliwanag na puting ilaw at matinding init. Para sa kadahilanang ito, ang mga pulbos ng magnesiyo ay ginagamit sa pyrotechnics. Sa temperatura ng silid, ang isang matatag na pelikula ng mga tubig na hindi matutunaw na magnesium hydroxide ay bumubuo sa ibabaw ng metal, na pinoprotektahan ito mula sa kaagnasan sa karamihan sa mga atmospheres. Ang pagiging isang malakas na reaksyon na bumubuo ng mga matatag na compound na may murang luntian, oxygen, at asupre, ang magnesiyo ay may ilang mga aplikasyon ng metalurhiko, tulad ng sa paggawa ng titanium mula sa titanium tetrachloride at sa desulfurization ng putok na pugon-pugon. Ang kemikal na pagiging aktibo nito ay maliwanag din sa mga magnesium compound na may malawak na aplikasyon sa industriya, gamot, at agrikultura
Kasaysayan
Kinukuha ng Magnesium ang pangalan nito mula sa magnesite, isang magnesium carbonate mineral, at ang mineral na ito naman ay sinasabing utang sa pangalan nito sa mga magnesite deposit na matatagpuan sa Magnesia, isang distrito sa sinaunang rehiyon ng Greece ng Thessaly. Ang British chemist na si Humphry Davy ay sinasabing gumawa ng isang amalgam ng magnesiyo noong 1808 sa pamamagitan ng electrolyzing moist magnesium sulfate, gamit ang mercury bilang isang katod. Gayunman, ang unang metalikang magnesiyo, gayunpaman, ay ginawa noong 1828 ng siyentipikong Pranses na si A.-A.-B. Bussy. Ang kanyang trabaho ay kasangkot sa pagbawas ng tinunaw na magnesiyo klorido sa pamamagitan ng metal na potasa. Noong 1833, ang siyentipiko ng Ingles na si Michael Faraday ang unang gumawa ng magnesiyo sa pamamagitan ng electrolysis ng tinunaw na magnesium chloride. Ang kanyang mga eksperimento ay inulit ng kemikal na Aleman na si Robert Bunsen.
Ang unang matagumpay na pang-industriya na produksyon ay sinimulan sa Alemanya noong 1886 sa pamamagitan ng Aluminum und Magnesiumfabrik Hemelingen, batay sa electrolysis ng tinunaw na carnallite. Nang maglaon ay naging bahagi ng pang-industriya complex na si IG Farbenindustrie, si Hemelingen, na, noong mga 1920 at '30s, ay gumawa ng isang proseso para sa paggawa ng malalaking dami ng tinunaw at mahalagang tubig na walang tubig na magnesium klorida (na kilala ngayon bilang proseso ng IG Farben) pati na rin ang teknolohiya para sa electrolyzing ng produktong ito sa magnesium metal at chlorine. Ang iba pang mga kontribusyon sa pamamagitan ng IG Farben ay ang pagbuo ng maraming mga cast at magagawang haluang metal, pagpipino at proteksiyon na mga flux, mga produktong magnesiyo, at isang malawak na bilang ng mga aplikasyon ng sasakyang panghimpapawid at sasakyan. Sa panahon ng World War II, ang Dow Chemical Company ng Estados Unidos at Magnesium Elektron Limited ng United Kingdom ay nagsimula ang pagbawas ng electrolytic ng magnesium mula sa dagat na ibinomba mula sa Galveston Bay, Texas, at North Sea sa Hartlepool, England. Kasabay nito sa Ontario, Canada, ang proseso ng LM Pidgeon ng thermally pagbabawas ng magnesium oxide na may silikon sa mga externally fired retorts ay ipinakilala.
Pagkaraan ng digmaan, nawalan ng katanyagan ang mga aplikasyon ng militar. Ang Dow Chemical ay pinalawak na mga sibilyan na pamilihan sa pamamagitan ng pagbuo ng mga produktong gawa, teknolohiya sa pagkuha ng litrato, at mga sistema ng paggamot sa ibabaw. Ang Extraction ay nanatili batay sa electrolysis at pagbabawas ng thermal. Sa mga prosesong ito ay ginawa ang gayong mga pagpipino tulad ng panloob na pagpainit ng mga retorts (ang proseso ng Magnetherm, na ipinakilala sa Pransya noong 1961), pagkuha mula sa mga nag-aalis na magnesium chloride prills (ipinakilala ng kumpanya ng Norwegian Norsk Hydro noong 1974), at mga pagpapabuti sa electrolytic cell teknolohiya mula sa mga 1970.
Hanggang sa 2019, ang Tsina ay gumawa ng halos 85 porsyento ng magnesiyo sa buong mundo, at Russia, Kazakhstan, Israel, at Brazil ay nakagawa ng halos lahat.
Mga ores at hilaw na materyales
Ang ikawalong pinaka masaganang elemento sa likas na katangian, ang magnesiyo ay bumubuo ng 2.4 porsyento ng crust ng Earth. Dahil sa malakas na reaktibo nito, hindi ito nangyayari sa katutubong estado, ngunit sa halip ay matatagpuan ito sa isang malawak na iba't ibang mga compound sa dagat, brines, at bato.
Kabilang sa mineral mineral, ang pinaka-karaniwang ay ang carbonates dolomite (isang tambalan ng magnesiyo at calcium carbonates, MgCO 3 · CaCO 3) at magnesite (magnesium carbonate, MgCO 3). Ang hindi gaanong karaniwan ay ang hydroxide mineral brucite, Mg (OH) 2, at ang halide mineral karnallite (isang tambalan ng magnesium at potassium chlorides at tubig, MgCl 2 · KCl · 6H 2 O).
Ang magnesium chloride ay mababawi mula sa natural na nagaganap na mga brines tulad ng Great Salt Lake (karaniwang naglalaman ng 1.1 porsyento ng timbang na magnesiyo) at ang Dead Sea (3.4 porsyento), ngunit sa pinakamalawak na mapagkukunan ay ang mga karagatan ng mundo. Bagaman ang tubig sa dagat ay humigit-kumulang na lamang sa 0.13 porsyento na magnesiyo, kumakatawan ito sa halos hindi masasayang mapagkukunan.
Pagmimina at pag-concentrate
Ang parehong dolomite at magnesite ay mined at puro sa maginoo na mga pamamaraan. Ang Carnallite ay hinukay bilang ore o hiwalay mula sa iba pang mga compound ng asin na dinadala sa ibabaw sa pamamagitan ng solusyon sa pagmimina. Ang natural na nagaganap na magnesiyo na naglalaman ng mga brines ay puro sa malalaking lawa sa pamamagitan ng pagsingaw ng solar.
Pagpapawi at pagpipino
Isang malakas na kemikal na reagent, ang magnesiyo ay bumubuo ng mga matatag na compound at reaksyon na may oxygen at klorin sa parehong mga likido at gas na estado. Nangangahulugan ito na ang pagkuha ng metal mula sa mga hilaw na materyales ay isang proseso na masigasig sa enerhiya na nangangailangan ng mga mahusay na tono na teknolohiya. Ang komersyal na produksiyon ay sumusunod sa dalawang ganap na magkakaibang pamamaraan: electrolysis ng magnesium chloride o thermal pagbawas ng magnesium oxide sa pamamagitan ng proseso ng Pidgeon. Ang elektrolisis ay isang beses na nagkakaisa sa humigit-kumulang na 75 porsyento ng paggawa ng magnesiyo sa mundo. Sa unang bahagi ng ika-21 siglo, gayunpaman, nang lumitaw ang Tsina bilang nangungunang tagagawa ng magnesiyo sa buong mundo, ang mababang gastos sa paggawa at enerhiya doon ay pinahintulutan ang proseso ng Pidgeon na maging matipid sa kabila kahit na hindi gaanong mahusay kaysa sa electrolysis.
Elektrolisis
Ang mga proseso ng elektrolisis ay binubuo ng dalawang hakbang: ang paghahanda ng isang feedstock na naglalaman ng magnesium chloride at ang dissociation ng tambalang ito sa magnesium metal at chlorine gas sa mga electrolytic cells.
Sa mga pang-industriya na proseso, ang mga cell feed ay binubuo ng iba't ibang mga tinunaw na asing na naglalaman ng anhydrous (mahalagang walang tubig) na magnesium chloride, na bahagyang nalulunod na magnesium chloride, o anhydrous carnallite. Upang maiwasan ang mga dumi na naroroon sa mga carnallite ores, ang dehydrated na artipisyal na carnallite ay ginawa ng kinokontrol na crystallization mula sa pinainit na magnesiyo - at mga solusyon na naglalaman ng potasa. Ang bahagyang nakatuyot na magnesium chloride ay maaaring makuha ng proseso ng Dow, kung saan ang tubig sa dagat ay halo-halong sa isang flocculator na may gaanong sinunog na reaktibong dolomite. Ang isang hindi malulutas na magnesium hydroxide ay umuusok sa ilalim ng isang pag-aayos ng tangke, kung saan ito ay pumped bilang isang slurry, sinala, na-convert sa magnesium chloride sa pamamagitan ng reaksyon na may hydrochloric acid, at pinatuyo sa isang serye ng mga hakbang sa pagsingaw sa 25 porsiyento na nilalaman ng tubig. Ang huling pag-aalis ng tubig ay nagaganap sa panahon ng smelting.
Ang anhydrous magnesium chloride ay ginawa ng dalawang pangunahing pamamaraan: pag-aalis ng tubig ng magnesium chloride brines o chlorination ng magnesium oxide. Sa huli na pamamaraan, na ipinakita ng proseso ng IG Farben, ang maramihang sinunog na dolomite ay halo-halong may tubig sa dagat sa isang flocculator, kung saan ang magnesium hydroxide ay pinalabas, sinala, at i-calcined sa magnesium oxide. Ito ay halo-halong may uling, na nabuo sa mga globule na may pagdaragdag ng solusyon ng magnesiyo klorido, at tuyo. Ang mga globule ay sisingilin sa isang klorinator, isang hurno na may linya ng ladrilyo kung saan sila ay pinainit ng mga electrodes ng carbon sa humigit-kumulang na 1,000-100,200 ° C (1,800-2002 F200). Ang gasolina ng kloro na ipinakilala sa pamamagitan ng mga porthole sa hurno ay tumutugon sa magnesium oxide upang makagawa ng tinunaw na magnesium chloride, na tinapik sa pagitan at ipinadala sa mga electrolytic cells.
Ang pag-aalis ng tubig ng magnesium brines ay isinasagawa sa mga yugto. Sa proseso ng Norsk Hydro, ang mga impurities ay unang tinanggal sa pamamagitan ng pag-ulan at pag-filter. Ang purified brine, na naglalaman ng humigit-kumulang na 8.5 porsyento na magnesiyo, ay puro sa pagsingaw sa 14 porsyento at na-convert sa mga particulate sa isang prilling tower. Ang produktong ito ay karagdagang pinatuyong sa mga particle na walang tubig at ipinadala sa mga electrolytic cells.
Ang mga cell na elektrolisis ay mahalagang mga vessel na may linya ng ladrilyo na nilagyan ng maraming mga cathode ng bakal at grapikong mga anod. Ang mga ito ay naka-mount patayo sa pamamagitan ng cell hood at bahagyang lumubog sa isang tinunaw na electrolyte ng asin na binubuo ng alkaline chlorides na kung saan ang magnesium chloride na ginawa sa mga proseso na inilarawan sa itaas ay idinagdag sa konsentrasyon ng 6 hanggang 18 porsyento. Ang pangunahing reaksyon ay:
Ang temperatura ng pagpapatakbo ay nag-iiba mula 680 hanggang 750 ° C (1,260 hanggang 1,380 ° F). Ang paggamit ng kuryente ay 12 hanggang 18 kilowatt-hour bawat kilo ng magnesiyong ginawa. Ang klorin at iba pang mga gas ay nabuo sa mga graphite anod, at ang tinunaw na metal na magnesiyo ay lumulutang sa tuktok ng bath ng asin, kung saan nakolekta. Ang murang luntian ay maaaring magamit muli sa proseso ng pag-aalis ng tubig.
Pagbawas ng thermal
Sa thermal production, ang dolomite ay kinakalkula sa magnesium oxide (MgO) at dayap (CaO), at ang mga ito ay nabawasan ng silikon (Si), nagbubunga ng magnesium gas at isang slag ng dicalcium silicate. Ang pangunahing reaksyon,
ay endothermic - iyon ay, ang init ay dapat mailapat upang simulan at mapanatili ito. Sa pag-abot ng magnesiyo ng isang singaw na presyon ng 100 kilopascals (1 na kapaligiran) sa 1,800 ° C (3,270 ° F), ang mga kinakailangan sa init ay maaaring medyo mataas. Upang mas mababa ang temperatura ng reaksyon, ang mga proseso ng pang-industriya ay nagpapatakbo sa ilalim ng vacuum. Mayroong tatlong pangunahing pamamaraan, na naiiba sa kanilang paraan ng pagbibigay ng init. Sa proseso ng Pidgeon, ang ground at calcined dolomite ay halo-halong may makinis na lupa ferrosilicon, briquetted, at sisingilin sa cylindrical nikel-chromium-steel retorts. Ang isang bilang ng mga retorts ay naka-install nang pahalang sa isang pugon ng gasolina o gas-fired, kasama ang kanilang mga lids at naka-attach na condenser system na lumalabas sa hurno. Matapos ang isang ikot ng reaksyon sa temperatura na 1,200 ° C (2,200 ° F) at sa ilalim ng isang nabawasan na presyon ng 13 pascals, ang magnesium crystals (tinatawag na mga korona) ay tinanggal mula sa mga condenser, ang slag ay inilikas bilang isang solidong, at ang retort ay na-recharged. Sa proseso ng Bolzano, ang mga dolomite-ferrosilicon briquette ay nakasalansan sa isang espesyal na sistema ng suporta sa singil kung saan isinasagawa ang panloob na pag-init ng kuryente. Ang isang kumpletong reaksyon ay tumatagal ng 20 hanggang 24 na oras sa 1,200 ° C sa ibaba 400 pascals.
Ang dicalcium silicate slag na ginawa ng mga proseso sa itaas ay may natutunaw na punto na halos 2,000 ° C (3,600 ° F) at samakatuwid ay naroroon bilang isang solidong, ngunit, sa pamamagitan ng pagdaragdag ng alumina (aluminyo oksido, Al 2 O 3) sa singil, ang pagkatunaw na point ay maaaring mabawasan sa 1,550-61,600 ° C (2,825–2,900 ° F). Ang pamamaraan na ito, na ginamit sa proseso ng Magnetherm, ay may kalamangan na ang likidong slag ay maaaring maiinitan nang direkta sa pamamagitan ng electric current sa pamamagitan ng isang elektrod na tanso na pinalamig ng tubig. Ang reaksyon ng pagbawas ay nangyayari sa 1,600 ° C at 400-66 pascals pressure. Ang mga singaw na magnesiyo ay condensado sa isang hiwalay na system na nakakabit sa reaktor, at ang tinunaw na slag at ferrosilicon ay tinapik sa pagitan.
