Magnesiummetalli on kevyin yleisessä teollisessa käytössä oleva rakennemetalli ja kahdeksanneksi runsain alkuaine maankuoressa. Sen yhdistelmä matalaa tiheyttä, suotuisaa lujuus-painosuhdetta, hyvää lämmön- ja sähkönjohtavuutta ja hyödyllistä suolaveden hyökkäyksenkestävyyttä selittää, miksi kysyntä kasvaa jatkuvasti liikenteen, ilmailun, lääketieteen ja elektroniikan sovelluksissa. Kaupallinen kysymys ei yleensä ole, saadaanko magnesiumia, vaan se, mikä vahvistetuista uuttoreiteistä sopii käytettävissä olevaan raaka-aineeseen, energian hinta- ja puhtausvaatimuksiin.
Magnesiumin raaka-aineet ja lähteet
Magnesiumia ei koskaan löydy metallisessa tilassa, joten jokainen reitti alkaa yhdisteestä. Kolme pääraaka-ainetta ovat dolomiitti, magnesiitti ja magnesiumia sisältävät suolavedet tai merivesi. Dolomiitti toimittaa magnesiumia sekoitettuna kalsiummagnesiumkarbonaattina ja on klassinen rehu silikotermiseen pelkistykseen. Magnesiitti kalsinoidaan magnesiumoksidiksi pelkistämistä tai kloorausta varten. Meriveden ja suolajärven suolavedet sekä kaivo- ja potaskasuolaliuokset sisältävät magnesiumkloridia ja ovat suositeltavin rehu silloin, kun kloorialkali- tai suolakemiallinen kompleksi on jo olemassa, koska tiivistysvaiheessa voidaan jakaa infrastruktuuri olemassa olevan laitoksen kanssa.
| Raaka-aine | Magnesiumia sisältävä seos | Suosittu reitti |
|---|---|---|
| Dolomiitti | Kalsiummagnesiumkarbonaatti, kalsinoitu oksidiksi | Silikoterminen lämpöpelkistys |
| Magnesiitti | Magnesiumoksidi kalsinoinnin jälkeen | Lämpöpelkistys tai klooraus |
| Merivesi ja suolajärven suolavesi | Magnesiumkloridi | Sulan suolan elektrolyysi |
Ensimmäinen reitti: Sulan suolan elektrolyysi
Magnesiumkloridin elektrolyysi on vakioreitti erittäin puhtaaseen metalliin, jossa on saatavilla kloridisyöttöä. Vedetön magnesiumkloridi sulatetaan kantajasuolan kanssa ja sähkövirta johdetaan kylvyn läpi. Magnesiumionit kulkeutuvat katodille, jossa ne pelkistyvät sulaksi metalliksi, joka kelluu elektrolyytissä sen pienemmän tiheyden vuoksi, ja klooria vapautuu anodilla. Metallia koputetaan tai nostetaan ajoittain kennosta, ja kloorisivutuote kierrätetään normaalisti klooraukseen tai suolaliuoskiertoon. Reitti erottuu metallista ja kaasusta puhtaasti ja sopii suureen jatkuvaan tuotantoon, mutta se on herkkä rehun vedelle ja oksideille, minkä vuoksi rehun kuivaus ja sulatteen puhdistus ovat kriittisiä ohjauspisteitä.
Reitti kaksi: lämmön vähentäminen
Lämpöpelkistys välttää elektrolyysin sähköenergian ja käyttää sen sijaan kemiallista pelkistysvoimaa. Silikotermisessä prosessissa kalsinoitu dolomiitti sekoitetaan ferrosipiin ja pieneen määrään fluoriittia, briketoidaan ja panostetaan retortteihin. Retortit kuumennetaan noin 1150-1200 C:een ja pidetään noin 10-100 Pa:n tyhjiössä, mikä siirtää reaktion kohti metallista magnesiumia. Magnesiumhöyry poistuu panoksesta ja tiivistyy kiteinä retortin viileämmässä osassa, ja jäännös poistuu kalsiumsilikaattikuonana. Aluminotermiset ja karbotermiset variantit käyttävät alumiinia tai hiiltä pelkistimenä ja saavuttavat korkeammat lämpötilat; ne voivat tuottaa erittäin suuren tehon, mutta ovat vaativampia uunin suunnittelussa ja lauhteen hallinnassa.
Jalostus, valu ja toimituslaadut
Retortista tai kennosta peräisin oleva raakamagnesium sisältää suolaa, oksideja ja metallisia epäpuhtauksia, joten se sulatetaan uudelleen suojakaasussa ja puhdistetaan juoksutuksella tai kaasusumutuksella ennen valanteen valua. Harkot valetaan standardimuotoihin uudelleensulatusta varten, ja puhtaus on ilmoitettu primäärimagnesiumharkon, GB/T 3499, kansallisen spesifikaation mukaan, joka määrittelee laadut, kuten Mg9999, jossa on vähintään 99,99 % magnesiumista Mg9995:een 99,95 %:iin ja Mg9990:een 99,90 %. Ostajat valitsevat lajikkeen lejeeringille tai rikinpoistoreagenssille tärkeiden jäännösepäpuhtausrajojen mukaan, ja toimittajat yleensä lisäävät analyysitodistuksen rauta-, pii-, nikkeli-, kupari- ja kloridipitoisuuksista.
Pääsovellukset ja käsittelyturvallisuus
Alumiiniseokset: magnesium on vakiokovetin ja vahvistaa 5xxx- ja 7xxx-perheitä.
Painevalu- ja rakenneosat: magnesiumseokset muodostavat ohutseinäisiä, kevyitä komponentteja ajoneuvoihin ja kannettaviin laitteisiin.
Ilmailu ja liikenne: painonpudotus parantaa hyötykuormaa ja polttoainetehokkuutta lentokoneiden rungoissa ja sisärakenteissa.
Lääketieteelliset laitteet: magnesiumseokset ovat biologisesti yhteensopivia ja bioabsorboituvia, joten niitä käytetään ortopedisessa kiinnityksessä.
Elektroniikka: jäähdytyslevyt ja kevyet kotelot hyötyvät hyvästä lämmön- ja sähkönjohtavuudesta.
Teräksen ja raudan käsittely: magnesiumia käytetään kuuman metallin rikinpoistoon ennen teräksen valmistusta.
Katodinen suojaus: magnesiumanodit suojaavat haudattuja putkistoja ja säiliöitä uhrautuvilla toimilla.
Magnesium on syttyvää hienona sorvina ja jauheena, reagoi veden ja happojen kanssa ja palaa erittäin kirkkaalla liekillä, joten varastointi ja sulatus on pidettävä kuivana ja poissa sytytyslähteistä. Hyvä ilmanvaihto, suojavaatetus, kuivat sammutusaineet ja oikealla räjähdyskelpoisella ilmaseoksella varustettu varastointi ovat osa normaalia laitoksen käytäntöä, ja sulan metallin käsittely vaatii aina juoksutetta tai suojakaasua.
Usein kysytyt kysymykset
K: Voiko magnesiummetallia saada merivedestä?
Kyllä. Merivesi ja suolajärven suolavedet väkevöidään magnesiumkloridiksi, vesi poistetaan ja vedetön suola syötetään elektrolyysikennoon.
K: Mikä on yleisin lämpövähennysreitti?
Silikoterminen prosessi, jossa kalsinoitu dolomiitti pelkistetään ferrosipillä tyhjiössä ulkoisesti lämmitetyissä retorteissa, jolloin magnesium tiivistyy kiteinä.
K: Miksi pelkistykseen käytetään tyhjiötä?
Paineen alentaminen poistaa reaktiovyöhykkeeltä magnesiumhöyryä, mikä ajaa pelkistystä eteenpäin ja estää metallia uudelleenhapettumasta.
K: Miten puhtaus määritellään?
Ensisijainen magnesiumharkko luokitellaan GB/T 3499:n mukaan, ja laatu vaihtelee Mg9999:stä 99,99 % magnesiumia standardilaatuiseen Mg9990:een 99,90 %:iin.
K: Onko magnesiummetalli turvallista varastoida?
Kiinteät harkot ovat stabiileja kuivana, mutta sorvat ja jauhe ovat syttyviä ja ne on eristettävä vedestä, hapoista ja sytytyslähteistä.
K: Mihin magnesiumia käytetään seosten lisäksi?
Sitä käytetään suoja-anodina katodisuojaukseen, rikinpoistoreagenssina raudan ja teräksen valmistuksessa sekä muiden metallien pelkistysaineina.
