تولید شمش منیزیم : کاربرد منیزیت و اكسيد منيزيم (DBM-CCM)

تولید شمش منیزیم

تولید شمش منیزیم - تولید شمش منیزیم ، انواع تولید شمش منیزیم

تولید شمش منیزیم - منیزیم فلزی است به رنگ سفید یا نقره‌ای با نماد Mg، عدد اتمی ۱۲، وزن اتمی ۲۴٫۳۰۵۰ و ساختار بلور آن شش گوش یا هگزاگونال متراکم است. نام منیزیم از واژه ی یونانی Magnesia حوضه‌ای در Thessaly یا از نام شهر قدیمی Magnesia در آسیای صغیر گرفته شده‌است. منیزیم هشتمین عنصر فراوان در پوسته زمین و سومین عنصر فراوان و محلول در آب دریاست.
منیزیم در گروه دو (IIA) جدول تناوبی به عنوان فلز قلیایی خاکی قرار دارد.
منیزیم به عنوان سبک‌ترین فلز صنعتی با ویژگی‌های منحصر به فرد متالورژیکی، کاربردهای وسیعی در صنایع مختلف یافته‌است. علی‌رغم وجود محدودیت‌های ذاتی در تولید و استفاده از منیزیم به دلیل این ویژگی‌ها روز به روز به کاربرد این فلز در صنایع مختلف افزوده می‌شود. می‌توان از ویژگی‌های منحصر به فرد منیزیم موارد زیر را برشمرد:

منیزیم با چگالی ۱٫۷ گرم بر سانتی‌متر مکعب، سبک‌ترین فلز با قابلیت تولید قطعات صنعتی می‌باشد. چگالی منیزیم ۳۰ درصد از آلومینیوم کمتر (چگالی آلومینیوم ۲٫۷ گرم بر سانتی‌متر مکعب) و تنها ۲۰ درصد چگالی آهن است (چگالی آهن ۷٫۸ گرم بر سانتی‌متر مکعب). این ویژگی منحصر به فرد جذابیت فراوانی برای استفاده از این فلز در تولید قطعات متحرک و صنعت حمل و نقل ایجاد کرده‌است.
همراه با چگالی پایین، آلیاژهای منیزیم استحکام قابل توجهی از خود نشان می‌دهند. این ویژگی سبب افزایش نسبت استحکام به وزن این فلز شده‌است. به عنوان مثال جهت تغییر جنس تیری ۱۰ کیلویی از فولاد، می‌توان بدون تغییر چقرمگی از تیری منیزیمی با وزن ۳٫۸ کیلوگرم استفاده کرد. نسبت بالای استحکام به وزن سبب شده در بسیاری از قطعات مختلف صنایع هوایی و خودروسازی از منیزیم استفاده شود. نمونه چنین قطعاتی پوسته جعبه دنده هلیکوپتر می‌باشد.
از ویژگی‌های دیگر آلیاژهای منیزیم می‌توان به قابلیت جذب ارتعاشات توسط این فلز اشاره کرد. این ویژگی سبب شده استفاده از آلیاژهای منیزیم برای مدیریت ارتعاشات مخصوصاً در صنعت خودرو بسیار مورد توجه قرار گیرد. در مقایسه با آلیاژ آلومینیوم A356 با ضریب میرایی ۱٪ در تنش ۱ مگا پاسکال، برای آلیاژ AZ91 منیزیم این ضریب ۲۵٪ می‌باشد. در تنش ۱۰۰ مگا پاسکال این ضریب برای آلومینیوم A356 %4 و برای منیزیم AZ91 %54 می‌باشد.
علاوه بر قابلیت میرایی ارتعاشات، منیزیم سپری قوی در برابر امواج الکترو مغناطیس نیز می‌باشد. دیواره‌ای ۱ میلی‌متری از منیزیم به راحتی می‌تواند امواجی با شدت‌های بالاتر از ۸۵ دسی بل را سد کند. از این ویژگی منیزیم برای تولید بدنه تلفن‌های همراه، تجهیزات الکترونیکی، نظامی و تولید سیم‌های انتقال اطلاعات پرتوان استفاده می‌شود.
یکی دیگر از خصوصیات آلیاژهای منیزیم در مقایسه با آلومینیوم پایداری ابعادی در برابر تغییرات حرارتی می‌باشد. در منیزیم، پارامترهای مختلف خواص حرارتی مانند رسانایی پایین‌تر و گرمای ویژه بالاتر از آلومینیوم می‌باشد. از جمله فرایندهای تحت تأثیر خواص حرارتی ماشین کاری دقیق می‌باشد. آلیاژهای منیزیم حین گرم و سرد شدن سریع در فرایند ماشین کاری، تغییرات ابعادی کمی دارند. این ویژگی ماشین کاری دقیق این آلیاژها را ساده‌تر می‌سازد.
منیزیم در مقایسه با آلومینیوم، سیالیت بالا در ریخته‌گری، نیاز به فشار کمتر در دایکست و عدم واکنش با فولاد در بوته و قالب می‌باشد. با در نظر گرفتن این مزایا می‌توان برای دایکست قطعه‌ای منیزیمی از دستگاه‌های دایکست با ظرفیت کمتر استفاده نموده و تعداد به مراتب بیشتری قطعه در قالب‌های مشابه فولادی تولید کرد.
تولید منیزیم از آب دریا
در روش تولید منیزیم از آب دریا، منیزیم به صورت هیدروکسید رسوب کرده و بوسیله واکنش با اسید کلریدریک، به کلرید منیزیم تبدیل می‌شود. کلرید منیزیم بوسیله تبخیر محلول، بازیافت شده و فلز منیزیم بوسیله الکترولیز نمک مذاب بدست می‌آید.

فرایند الکترولیت

اولین مرحله از این فرایند فراهم کردن کلرید منیزیم-که بطور جزئی دهیدراته شده- یا کارنالیت دهیدراته می‌باشد. تغذیه‌های سلول صنعتی شامل مخلوطی از کلرید منیزیم دهیدراته، کلرید منیزیم جزئی دهیدراته شده یا کارنالیت دهیدراته می‌باشد.

کلرید منیزیم دهیدراته شده بوسیله یکی از این دو روش فراهم می‌شود: کلریده کردن اکسید منیزیم یا دهیدراته کردن آب نمک کلرید منیزیم.

سلول الکترولیتی شامل مخزن آجر کاری شده‌است که به محفظه‌های کاتد و آند تقسیم می‌شود. آند گرافیتی هوا- خنک شونده یا آب- خنک شونده و کاتد فولادی در الکترولیت متشکل از کلریدهای قلیایی با افزودنی کلرید منیزیم، غوطه ور می‌شوند. دمای کاری بین ۷۵۰–۶۸۰ درجه سانتی گراد است. کلرید منیزیم در سلول الکترولیتی مطابق واکنش زیر تجزیه می‌شود:[۳]

MgCl_2→Mg+Cl_2

منیزیم فلزی در کاتد تشکیل شده (روشن‌تر از الکترولیت است) و شناور می‌شود تا در قسمت کاتد جمع شود. کلر که محصول فرعی این فرایند است در آند جمع می‌شود.

در کشورهایی که انرژی الکتریکی ارزان است و بازار مصرف پایداری وجود دارد، تولید به روش الکترولیز به صرفه است. این مقرون به صرفه بودن زمانی بیشتر است که کلرید منیزیم مورد نیاز از منبعی مثل آب دریا تأمین شود.[۴]

فرایند احیای سیلیکوترمی

منیزیم طی فرایند سیلیکوترمی در دماهای بالا با فروسیلیسیم کاهش یافته و کریستال‌های منیزیم تشکیل می‌شوند. این فرایند شامل احیای اکسید منیزیم مذاب بوسیله فروسیلیسیم تحت فشار گاز در دمای حدود ۱۴۰۰ درجه سانتی گراد می‌باشد. منیزیم فلزی در این فرایند تشکیل شده، تبخیر می‌شود و سپس دور از منطقه گرم تقطیر می‌گردد. منیزیم تقطیر شده دارای خلوص ۹۹٫۸٪ است و سپس مجدداً ذوب و ریخته‌گری می‌شود.[۵]

حال در انتهای این بخش به دلیل موضوعیت این فرایند در گزارش تهیه شده و استفاده از این روش به عنوان تنها روش تولید منیزیم در کشور، لازم دیده می‌شود که این فرایند را به‌طور خلاصه شرح دهیم.

به صورت کلی این فرایند از ۴مرحله اصلی و چندین مرحله کنترلی تشکیل شده‌است که در ادامه به آن‌ها پرداخته می‌شود.

واحد کلسیناسیون

در ابتدای این بخش سنگ‌های دولومیت استخراج شده پس از دپوسازی به واحد کنترل منتقل شده و میزان خلوص منیزیم در آن مورد بررسی قرار می‌گیرید، پس از تأیید شدن سنگ‌های استخراجی، این سنگ‌ها را غربال کرده و از لحاظ ابعادی بهینه می‌گردند. سپس به منظور افزایش خلوص منیزیم موجود در دولومیت‌های استخراجی و آماده‌سازی برای تحویل به بخش احیا، سنگ‌ها را وارد کورهٔ دوار می‌کنند، در این بخش سنگ‌های موجود در دمای ۱۲۰۰درجه سلسیوس قرار گرفته و گاز دی‌اکسید کربن خود را همان‌طور که در معادله زیر به آن اشاره شده‌است از دست می‌دهند.

(MgCO_3.CaCO_3 (solid)+Q→MgO.CaO(solid)+2CO_2+O_2(g

پس از گذر سنگ‌های مورد نظر از این بخش، سنگ‌های خاکستری اولیه به رنگ سفید درآمده و به بخش بعدی منتقل می‌گردد. لازم است ذکر شود که گاز خروجی از این کوره حاوی مقادیر قابل توجهی از آب و دی‌اکسید کربن می‌باشد که بررسی چگونگی استفاده از ضایعات تولیدی خود می‌تواند مفصلاً مورد بررسی قرار گیرد.

واحدآسیا و بریکت سازی

در این بخش دولومیت‌های کلسینه شده به منظور آماده‌سازی برای تحویل به بخش احیا به نسبت‌های مشخصی با فروسیلیس(۷۵درصدکربن) و فلورین مخلوط می‌گردد، این مواد مخلوط شده سپس وارد آسیا گشته و در چندین مرحله پودر می‌شوند.

پس از مراحل فوق موادآسیا شده به منظور بهینه‌سازی شکلی و ابعادی، به شکل بریکت درآورده شده و در محفظه‌هایی برای انتقال به مرحله بعد نگهداری می‌شوند.


ریتورت واحد احیاء منیزیم
واحد احیاء منیزیم
در این مرحله بریکت‌ها را درون محفظه‌ای استوانه‌ای شکل که ریتورت نام دارد، شارژ می‌کنند. پس شارژ ریتورت‌ها، داخل محفظه ریتورت‌ها توسط دو پمپ خلأ در دو مرحله تخلیه می‌شود، اولین پمپ فشار داخل ریتورت را به فشاری در حدود ۱۱۰ پاسکال رسانده و پمپ دیگر این فشار را به حدود ۱۰الی ۵ پاسکال می‌رساند. ابن فرایند احیاء حدود ۱۰ ساعت به طول می‌انجامد که در طی آن منیزیم موجود در بریکت‌ها توسط فروسیلیس احیاء شده و به سمت دیگر ریتورت که کندانسور تعبیه شده و فشار کمتری دارد منتقل می‌شود. سپس منیزیم در محفظهٔ ابتدایی ریتورت که محفظه چگالش نام دارد از گاز به جامد تبدیل می‌شود که به اصطلاح آن را کرون یا تاج منیزیم می‌نامند. بقیه مواد داخل ریتورت که بریکت سوخته نام دارند نیز از ریتورت‌ها تخلیه و در به عنوان دور ریخت جمع‌آوری می‌شود. فرایند گفته شده در بالا در معادله زیر خلاصه می‌شود.


کرون‌های تولید شده در واحد احیاء
(2MgO.CaO(s)+Si(Fe)(s) →2Mg(g) +CaO.SiO_2(s) +Fe(s

واحد ریخته‌گری
کرون‌های تولید شده در مرحله قبل، به خلوص مورد نظر رسیده‌اند ولی به دلیل اشکال و اندازه غیر استاندارد و بد کرون‌های سرد شده نیاز است که این کرون‌ها در کوره‌ها دوباره ذوب شده و برای بسته‌بندی و فروش به شمش تبدیل شوند.

تولید منیزیم در ایران منحصر به کارخانه منیزیم فردوس می شود که با ظرفیت اسمی 6 هزار تن در سال و از دلومیت به روش احیای سیلیکوترمی صورت می گیرد.