چگونه منیزیم فلزی تولید می شود؟ راهنمای جامع استخراج و تولید منیزیم
منیزیم، هشتمین عنصر فراوان در جهان و پوسته زمین، نقش حیاتی در صنایع و پزشکی ایفا می‌کند. این عنصر به دلیل خواص منحصر به فردش، کاربردهای گسترده‌ای دارد. از آلیاژ با آلومینیوم برای کاهش وزن و بهبود خواص مکانیکی گرفته تا استفاده در آتش‌بازی و داروهای ضد اسید معده، منیزیم عنصری پرکاربرد است.
با وجود فراوانی، منیزیم به صورت خالص در طبیعت یافت نمی‌شود. به همین دلیل، روش‌های مختلفی برای جداسازی آن از سایر مواد توسعه یافته است.
روش‌های تولید منیزیم
روش‌های متنوعی برای تولید منیزیم فلزی وجود دارد که بر اساس موقعیت جغرافیایی و نوع منبع مورد استفاده تعیین می‌شوند. دو عامل اصلی در این تنوع نقش دارند:
- فراوانی بالای منیزیم که امکان تولید آن را در مناطق مختلف فراهم می‌کند.
- حساسیت قیمت در کاربردهای نهایی منیزیم که خریداران را به دنبال ارزان‌ترین منابع سوق می‌دهد.
استخراج منیزیم از دولومیت و مگنزیتی
برای استخراج منیزیم از سنگ معدن دولومیت و مگنزیتی از فرآیندهای الکتروشیمیایی استفاده می‌شود. مراحل این فرآیند به شرح زیر است:
- سنگ دولومیت خرد و تفت داده می‌شود.
- سپس با آب دریا در مخازن بزرگ مخلوط می‌شود، که منجر به ته‌نشینی منیزیم هیدروکسید در کف مخزن می‌گردد.
- منیزیم هیدروکسید گرم شده و با کک مخلوط می‌شود و در واکنش با کلر، منیزیم کلرید مذاب تولید می‌شود.
- در نهایت، با الکترولیز منیزیم کلرید، منیزیم خالص آزاد شده و به سطح می‌آید.
استخراج منیزیم از نمک دریا
منیزیم همچنین از آب شور حاوی حدود 10 درصد منیزیم کلرید استخراج می‌شود. منیزیم کلرید موجود در این منابع، مقدار قابل توجهی آب دارد و قبل از الکترولیز برای تولید فلز، باید خشک شود تا منیزیم کلرید بدون آب (anhydrous) به دست آید.
آب دریا نیز می‌تواند غنی از منیزیم باشد. اولین منیزیم فلزی استخراج شده از آب دریا در سال 1948 توسط شرکت Dow Chemicals در کارخانه Freeport تگزاس تولید شد. این کارخانه تا سال 1998 فعالیت داشت. در حال حاضر، تنها تولید کننده منیزیم از آب دریا، شرکت Dead Sea Magnesium Ltd. (اسرائیل) است که یک سرمایه‌گذاری مشترک بین Israel Chemicals Ltd. و Volkswagen AG می‌باشد.
استخراج منیزیم از طریق فرآیند پیجون
عجیب است اما در 20 سال گذشته، یکی از ناکارآمدترین روش‌های تولید منیزیم، به رایج‌ترین روش تبدیل شده است. فرآیند پیجون که توسط دکتر لوید پیجون توسعه یافته، نوعی احیای حرارتی است که هم انرژی‌بر و هم نیازمند نیروی کار زیادی است.
در این فرآیند، رتورت‌های آلیاژی فولاد نیکل-کروم با انتهای بسته، با مخلوطی از سنگ معدن دولومیت کلسی‌نه شده و فروسیلیسیم پر می‌شوند. این مخلوط تا زمانی که تاج‌های منیزیم تشکیل شوند، حرارت داده می‌شود. هر چرخه حدود 11 ساعت طول می‌کشد، نیاز به پر و خالی کردن دستی لوله‌های خلاء دارد و به ازای هر یک تن منیزیم تولید شده، حدود 11 تن مواد اولیه مصرف می‌شود.
دلیل استفاده گسترده از فرآیند پیجون، انتقال تولید به استان‌های غنی از زغال سنگ در شمال مرکزی چین است، جایی که هزینه‌های نیروی کار و انرژی به طور قابل توجهی کمتر از سایر مناطق تولید کننده منیزیم است. بر اساس گزارش Magnesium.com، در سال 1992، چین تنها 7,388 تن منیزیم تولید کرد. تا سال 2010، این رقم به 800,000 تن یا بیش از 85 درصد از تولید جهانی تخمین زده شد.
بسیاری از کشورها به جز چین، هنوز منیزیم تولید می‌کنند، از جمله روسیه، اسرائیل، قزاقستان و کانادا. با این حال، تولید سالانه در هر یک از این کشورها کمتر از 40,000 تن است.
- شیمی
- علم
