Metody wytapiania magnezu: elektroliza i proces Pidgeona

Dwie główne drogi do magnezu metalicznego

Magnez jest najlżejszym metalem konstrukcyjnym, produkowanym na skalę przemysłową w dwóch zasadniczo różnych procesach: elektrolizie chlorku magnezu i termicznej redukcji tlenku magnezu. Droga elektrolityczna dominuje w Ameryce Północnej, na Bliskim Wschodzie i w niektórych częściach Europy, gdzie dostępna jest tania-elektryczność; krzemotermiczna trasa Pidgeon dominuje w produkcji w Chinach, które dostarczają większość światowego magnezu.

Elektrolityczne wytapianie magnezu

Proces elektrolityczny rozpoczyna się od chlorku magnezu z wody morskiej, solanki, magnezytu lub karnalitu. Chlorek oczyszcza się i odwadnia do bezwodnego MgCl2, który następnie poddaje się elektrolizie w stanie stopionym: metaliczny magnez osadza się na katodzie, a chlor gazowy na anodzie. Chlor jest wychwytywany i zawracany do etapu produkcji chlorku. Kluczowe technologie ogniw obejmują proces Dow (na bazie wody morskiej-), proces karnalitu i procesy chlorku{{5}magnezu (typu AMC-). Ponieważ proces ten odbywa się w sposób ciągły i umożliwia recykling chloru, zużycie energii na tonę jest konkurencyjne i wynosi zazwyczaj 13 000-18 000 kWh w zależności od rodzaju ogniwa i czystości surowca. Niezbędny jest bezwodny wsad o wysokiej czystości, ponieważ woda i tlenek w elektrolicie powodują straty i osad.

Proces Pidgeona (silikotermiczny).

Proces Pidgeona jest metodą okresowej redukcji termicznej. Dolomit kalcynowany (dolim, CaO.MgO) miesza się z żelazokrzemem, zazwyczaj FeSi75, i brykietuje. Brykiety ładuje się do retort wykonanych ze stali-odpornej na ciepło, podgrzewanych do temperatury około 1150–1200 stopni w wysokiej próżni. Krzem redukuje tlenek magnezu: wydzielają się pary magnezu, które skraplają się na schłodzonym końcu retorty w postaci krystalicznego magnezu, który następnie topi się i odlewa w postaci wlewków. Proces jest stosunkowo prosty i wymaga niewielkich inwestycji, dlatego też w Chinach jego skala została tak szybko skalowana. Jego wadami są wysoka energochłonność, praca wsadowa, duży nakład pracy i obciążenie środowiska ze strony stali stopowej retortowej oraz zużycie energii.

Porównanie procesów

Rola żelazokrzemu

Żelazokrzem, zwykle FeSi75, jest reduktorem w procesie Pidgeona: około 1,1–1,3 tony FeSi75 zużywa się na tonę magnezu, co sprawia, że ​​koszt żelazokrzemu stanowi główną część kosztów produkcji magnezu. Jego cena i dostępność mają zatem bezpośredni wpływ na globalną ekonomikę dostaw magnezu, a zawartość krzemu i poziomy zanieczyszczeń żelazokrzemu wpływają na skuteczność redukcji i żywotność retorty.

Czystość produktu i zastosowania

Obie metody po rafinacji dają magnez na poziomie 99,8% lub wyższym. Magnez jest stosowany w stopach aluminium (największy rynek), odlewach ciśnieniowych komponentów samochodowych, odsiarczaniu stali, redukcji tytanu i anodach protektorowych. Wybór metody wytapiania nie zmienia właściwości metalu, ale zmienia strukturę kosztów i położenie geograficzne dostaw, które mają znaczenie w przypadku-kontraktów długoterminowych.

Często zadawane pytania

1. Która metoda wytapiania magnezu jest lepsza?

Nie ma uniwersalnej odpowiedzi. Elektroliza jest bardziej-wydajna energetycznie i czystsza na skalę, ale wymaga dużego kapitału i taniej energii. Proces Pidgeon wymaga mniej inwestycji i jest odpowiedni dla regionów, w których występuje dolomit, węgiel i żelazokrzem, ale jest bardziej energochłonny- i-pracochłonny. Wybierz na podstawie lokalnych zasobów, kosztów energii i kapitału.

2. Ile żelazokrzemu zużywa się na tonę magnezu?

Typowe zużycie wynosi około 1,1-1,3 tony FeSi75 na tonę magnezu, w zależności od jakości reduktora, kontroli procesu i odzysku. Cena żelazokrzemu jest zatem kluczowym czynnikiem wpływającym na koszty produkcji na trasie Pidgeon.

3. Czy magnez Pidgeon jest gorszej jakości niż magnez elektrolityczny?

Nie. Po rafinacji obie metody dają komercyjny magnez o porównywalnej czystości, zazwyczaj 99,8–99,95%. Metoda ta wpływa na koszty i wpływ na środowisko, a nie na rzeczywistą jakość końcowego metalu.

4. Dlaczego Chiny dominują w produkcji magnezu?

Chiny dysponują dużymi zasobami dolomitu,-energii opartej na węglu i żelazokrzemie, co razem sprzyja procesowi Pidgeona. Krótki przebieg procesu i niższe inwestycje umożliwiły szybki wzrost wydajności. Inne regiony opierają się na elektrolizie tam, gdzie istnieje tania energia wodna lub jądrowa.

5. Jakie problemy środowiskowe wiążą się z wytapianiem magnezu?

Proces Pidgeona jest energochłonny-i powoduje powstawanie pyłu, zużytych retort i żużla; Energia oparta na węglu- powoduje pośrednie emisje. Zakłady elektrolityczne muszą ostrożnie gospodarować chlorem i odpadami chlorkowymi. Współcześni producenci poprawiają efektywność i utylizację odpadów na obu szlakach.