فرهنگ
مدیر بازنشسته
در حال حاضر دو نوع فرآیند الکترولیز جهت تولید منیزیم مورد استفاده قرار می گیرد که اختلاف عمده آنها در درجۀ هیدراسیون mgcl2 و طراحی سلول الکترولیز می باشد.یکی از پیشگامان ایجاد و توسعه این فرآیند آی – جی فاربن اینداستری در آلمان بود و روش ابداعی این شرکت هم اکنون مبنای فرآیند مورد استفاده به وسیله شرکت نروژی نرسک هیدرو که تولید کنندگان عمده این فلز در اروپا می باشد ،قرار دارد.در این فرآیند که مشهور به فرآیند IG است MGO حاصله از مینرال های آب دریا را خشک کرده و همراه با یک ماده احیاء کننده مانند احیاء کننده مانند پودر زغال و محلولMgcl2 به صورت بریکت در می آورند.بریکت حاصله را بطور جزئی کلسینه کرده و در دمای حدود Ċ1100 جهت تولید کلرید منیزیم مذاب بدون آب کلرینه می کنند آنگاه mgcl2 به دست آمده مستقیماً به داخل سلول الکترولیز که در دمای Ċ740 کار می کند شارژ می شود.سایر ترکیبات کلریدی مانند nacl وcacl2 را جهت بهبود هدایت حرارتی و تغییر ویسکوزیته و چگالی الکترولیت اضافه می کنند.آندهای مورد استفاده در هر سلول از نوع گرافیتی مصرف شونده و کاتدها از جنس فولاد ریختگی بوده که به صورت معلق مقابل یکدیگر قرار گرفته اند.سلولها نوعاً در محدودۀ 5 الی 7 ولت و جریان متجاوز200000 آمپر کار می کنند.منیزیم به صورت قطراتی روی کاتد رسوب کرده و به طرف سطح الکترولیت رشد می کند،در حالیکه کلر در آند متصاعد می گردد و جهت تولید کلرید منیزیم بازیافت می شود.دومین فرآیند الکترولیز تولید منیزیم،به وسیله شرکت شیمیایی DOWتوسعه یافت و در بزرگترین واحد جهانی تولید منیزیم واقع در بندر آزاد تگزاس که mgCl2 از آب دریا استخراج می کند،مورد استفاده قرار گرفته است.منیزیم به صورت هیدروکسید در اثر افزودن آهک رسوب کرده و سپس در اسید کلریدریک حل می گردد.محلول به دست آمده متعاقباً تغلیظ و خشک شده و mgCl2 هیدراته شده آماده شارژ به سلول الکترولیز می شود.بر خلاف فرآیندIG سلولهای الکترولیز از جنس فولاد ساخته شده که به عنوان کاتد عمل کرده و از بیرون حرارت داده می شود. این سلولها در محدوده 7-6ولت و جریان 90000 آمپر کار می کنند.
انرژی مصرف شده به ازاء یک کیلوگرم منیزیم تولید شده حدود 5/12 کیلو وات ساعت در فرآیندIG و 5/17 کیلو وات ساعت در مورد سلول مربوط به شرکتDOW می باشد و لیکن هر کدام از فرآیندها نیاز به حدود 15کیلو وات ساعت انرژی اضافه جهت آماده سازی کلریدمنیزیم بدون آب برای شارژ به داخل سلول دارد که در این قسمت امکان صرفه جویی قابل ملاحظه وجود دارد.
تولید منیزیم با استفاده از فرآیندهای حرارتی
تولید منیزیم با استفاده از احیایی حرارتی مستقیم دولومیت کلسینه شده با فروسیلیکون مطابق واکنش ساده زیر صورت می گیرد.
2CAO.Mgo+Si→2mg+(cao)2sio2
در فرآیند پیچن بریکت های متشکل از مواد واکنش کننده در اندازه های 150 کیلوگرمی به داخل راکتورهای استوانه ای شکل فولادی که تحت خلاءtorr 1/0 قرار دارد و از بیرون تا دمای 1200 درجه سانتی گراد گرم می شوند،شارژ می گردد.منیزیم تولید شده که به صورت بخار می باشد در انتهای اکتور قرع که خارج از کوره قرار دارد و به وسیله آب خنک می شود،تقطیر می گردد.از مزایای فرآیند پیجن هزینه سرمایه گذاری نسبتاً پایین و حساس نبودن به خلوص مواد خام می باشد ولیکن محدودیت عمدۀ آن طولانی بودن زمان فرآیند می باشد به طوری که تقریباً 8 ساعت وقت لازم است تا حدود 20 کیلوگرم منیزیم در هر راکتور تولید گردد.
در فرآیند مگنترم،از کوره قوس الکتریک که در دمای حدود Ċ1550 و فشار داخلیtorr(15 -10)کار می کند،استفاده می شود.چون واکنش در فاز مذاب اتفاق می افتد زمان لازم برای تکمیل آن کمتر از فرآیند پیچن خواهد بود.عمل شارژ کوره ممکن به صورت پیوسته و تخلیه در فواصل زمانی منظم صورت گیرد.آلومینا با باکسیت به مخلوط شارژی اضافه می شود.تا سیلیکات کلسیم محصول جدا شده و به صورت سرباره خارج گردد.در این حالت هم منیزیم به صورت بخار تولید شده و در یک کندانسور مجزا جامد می گردد.واحدهای تولید منیزیم به این روش در فرانسه ،ژاپن،امریکا و یوگسلاوی سابق قرار داشته و ظرفیت کوره به 11 تن بالغ می گردد.
در مجموع هزینه عملیاتی روش های سیلیکوترمی بیشتر از فرآیندهای الکترولیز استخراج منیزیم می باشد.با این حال استفاده از روش های حرارتی به دلیل هزینه سرمایه گذاری کمتر و امکان اجرا در مقیاس کوچک ادامه دارد.تکنیک های حرارتی به دلیل هزینه سرمایه گذاری کمتر و امکان اجرا در مقیاس کوچک ادامه دارد.تکنیک های حرارتی مختلفی تاکنون جهت استخراج منیزیم ارائه شده است ولیکن هیچکدام در حال حاضر در مقیاس تجارتی به بهره برداری نرسیده است.به عنوان نمونه یکی از روشهای امیدبخش درآینده استفاده از کوره قوسی پلاسما است که در آن پلت های ساخته شده از مخلوط mgo و کک به داخل سرباره مذاب متشکل از mgo،cao ،Al2o3 شارژ می شود با توجه به چگالی انرژی بالای پلاسما و دماهای بالای حاصله در سطح سرباره در اثر واکنش های سیلیکوترمی (مثلاًĊ1500( امکان نگاهداشتن فشار بخار منیزیم در حد اتمسفر معمولی فراهم می گردد. این مزیت به همراه بازده تقریباً کامل مصرف سیلیسیم باعث افزایش امکان رقابت اقتصادی روش حرارتی تولید منیزیم خواهد شد.
حلالیت حالت جامد عناصر در آلومینیم
عنصر
دماĊ
ماکزیمم حلالیت حالت جامد
درصد وزنی
درصد اتمی
کادمیوم
649
4/0
09/0
کبالت
657
کمتراز2/0
کمتر از 01/0
مس
648
65/5
40/2
کروم
661
77/0
4/0
ژرمانیم
424
2/7
7/2
آهن
655
05/0
025/0
لیتیم
600
2/4
3/16
منیزیم
450
4/17
5/18
منگنز
658
82/1
9/0
نیکل
640
04/0
02/0
سیلیسم
577
65/1
59/1
نقره
566
6/55
8/13
قلع
228
06/0
01/0
تیتانیم
665
3/1
74/0
وانادیم
661
4/0
21/0
زیرکونیم
5/660
28/0
08/0
http://mhmetall.persianblog.ir/
انرژی مصرف شده به ازاء یک کیلوگرم منیزیم تولید شده حدود 5/12 کیلو وات ساعت در فرآیندIG و 5/17 کیلو وات ساعت در مورد سلول مربوط به شرکتDOW می باشد و لیکن هر کدام از فرآیندها نیاز به حدود 15کیلو وات ساعت انرژی اضافه جهت آماده سازی کلریدمنیزیم بدون آب برای شارژ به داخل سلول دارد که در این قسمت امکان صرفه جویی قابل ملاحظه وجود دارد.
تولید منیزیم با استفاده از فرآیندهای حرارتی
تولید منیزیم با استفاده از احیایی حرارتی مستقیم دولومیت کلسینه شده با فروسیلیکون مطابق واکنش ساده زیر صورت می گیرد.
2CAO.Mgo+Si→2mg+(cao)2sio2
در فرآیند پیچن بریکت های متشکل از مواد واکنش کننده در اندازه های 150 کیلوگرمی به داخل راکتورهای استوانه ای شکل فولادی که تحت خلاءtorr 1/0 قرار دارد و از بیرون تا دمای 1200 درجه سانتی گراد گرم می شوند،شارژ می گردد.منیزیم تولید شده که به صورت بخار می باشد در انتهای اکتور قرع که خارج از کوره قرار دارد و به وسیله آب خنک می شود،تقطیر می گردد.از مزایای فرآیند پیجن هزینه سرمایه گذاری نسبتاً پایین و حساس نبودن به خلوص مواد خام می باشد ولیکن محدودیت عمدۀ آن طولانی بودن زمان فرآیند می باشد به طوری که تقریباً 8 ساعت وقت لازم است تا حدود 20 کیلوگرم منیزیم در هر راکتور تولید گردد.
در فرآیند مگنترم،از کوره قوس الکتریک که در دمای حدود Ċ1550 و فشار داخلیtorr(15 -10)کار می کند،استفاده می شود.چون واکنش در فاز مذاب اتفاق می افتد زمان لازم برای تکمیل آن کمتر از فرآیند پیچن خواهد بود.عمل شارژ کوره ممکن به صورت پیوسته و تخلیه در فواصل زمانی منظم صورت گیرد.آلومینا با باکسیت به مخلوط شارژی اضافه می شود.تا سیلیکات کلسیم محصول جدا شده و به صورت سرباره خارج گردد.در این حالت هم منیزیم به صورت بخار تولید شده و در یک کندانسور مجزا جامد می گردد.واحدهای تولید منیزیم به این روش در فرانسه ،ژاپن،امریکا و یوگسلاوی سابق قرار داشته و ظرفیت کوره به 11 تن بالغ می گردد.
در مجموع هزینه عملیاتی روش های سیلیکوترمی بیشتر از فرآیندهای الکترولیز استخراج منیزیم می باشد.با این حال استفاده از روش های حرارتی به دلیل هزینه سرمایه گذاری کمتر و امکان اجرا در مقیاس کوچک ادامه دارد.تکنیک های حرارتی به دلیل هزینه سرمایه گذاری کمتر و امکان اجرا در مقیاس کوچک ادامه دارد.تکنیک های حرارتی مختلفی تاکنون جهت استخراج منیزیم ارائه شده است ولیکن هیچکدام در حال حاضر در مقیاس تجارتی به بهره برداری نرسیده است.به عنوان نمونه یکی از روشهای امیدبخش درآینده استفاده از کوره قوسی پلاسما است که در آن پلت های ساخته شده از مخلوط mgo و کک به داخل سرباره مذاب متشکل از mgo،cao ،Al2o3 شارژ می شود با توجه به چگالی انرژی بالای پلاسما و دماهای بالای حاصله در سطح سرباره در اثر واکنش های سیلیکوترمی (مثلاًĊ1500( امکان نگاهداشتن فشار بخار منیزیم در حد اتمسفر معمولی فراهم می گردد. این مزیت به همراه بازده تقریباً کامل مصرف سیلیسیم باعث افزایش امکان رقابت اقتصادی روش حرارتی تولید منیزیم خواهد شد.
حلالیت حالت جامد عناصر در آلومینیم
عنصر
دماĊ
ماکزیمم حلالیت حالت جامد
درصد وزنی
درصد اتمی
کادمیوم
649
4/0
09/0
کبالت
657
کمتراز2/0
کمتر از 01/0
مس
648
65/5
40/2
کروم
661
77/0
4/0
ژرمانیم
424
2/7
7/2
آهن
655
05/0
025/0
لیتیم
600
2/4
3/16
منیزیم
450
4/17
5/18
منگنز
658
82/1
9/0
نیکل
640
04/0
02/0
سیلیسم
577
65/1
59/1
نقره
566
6/55
8/13
قلع
228
06/0
01/0
تیتانیم
665
3/1
74/0
وانادیم
661
4/0
21/0
زیرکونیم
5/660
28/0
08/0
http://mhmetall.persianblog.ir/
