Методы плавки магния: электролиз и процесс Пиджена

Два основных пути к металлическому магнию

Магний — самый легкий конструкционный металл, который в промышленных масштабах производят двумя принципиально разными процессами: электролизом хлорида магния и термическим восстановлением оксида магния. Электролитический путь преобладает в Северной Америке, на Ближнем Востоке и в некоторых частях Европы, где доступна дешевая-электричество; Силикотермический маршрут Пиджена доминирует в производстве в Китае, который поставляет большую часть мирового магния.

Электролитическая плавка магния

Электролитический процесс начинается с хлорида магния из морской воды, рассола, магнезита или карналлита. Хлорид очищается и обезвоживается до безводного MgCl2, который затем подвергается электролизу в расплавленном состоянии: металлический магний осаждается на катоде, а газообразный хлор - на аноде. Хлор улавливается и перерабатывается на этапе производства хлорида. Ключевые клеточные технологии включают процесс Доу (на основе морской воды-), карналлитовый процесс и магнезиальный-хлоридный процесс (тип AMC-). Поскольку процесс работает непрерывно и перерабатывает хлор, потребление энергии на тонну является конкурентоспособным, обычно 13 000-18 000 кВтч в зависимости от типа клеток и чистоты сырья. Безводное сырье высокой чистоты имеет важное значение, поскольку вода и оксиды в электролите вызывают потери и образование осадка.

Пиджоновский (силикотермический) процесс

Процесс Пиджена представляет собой периодический метод термического восстановления. Обожженный доломит (долим, CaO.MgO) смешивают с ферросилицием, обычно FeSi75, и брикетируют. Брикеты загружают в реторты из жаропрочной стали, нагреваемые примерно до 1150-1200 градусов в условиях высокого вакуума. Кремний восстанавливает оксид магния: пары магния выделяются и конденсируются в охлаждаемом конце реторты в виде кристаллического магния, который затем плавится и отливается в слитки. Этот процесс относительно прост и требует скромных инвестиций, поэтому в Китае он быстро получил распространение. Его недостатками являются высокая энергоемкость, периодичность работы, высокая трудоемкость, экологическая нагрузка от ретортной легированной стали и энергозатраты.

Сравнение процессов

Роль ферросилиция

Ферросилиций, обычно FeSi75, является восстановителем в процессе Пиджена: на тонну магния расходуется примерно 1,1-1,3 тонны FeSi75, в результате чего стоимость ферросилиция составляет основную часть себестоимости производства магния. Таким образом, его цена и доступность напрямую влияют на глобальную экономику поставок магния, а содержание кремния и уровень примесей в ферросилиции влияют на эффективность восстановления и срок службы реторты.

Чистота продукта и его применение

Оба маршрута после очистки производят магний с содержанием магния 99,8% или выше. Магний используется в алюминиевых сплавах (крупнейший рынок), литье под давлением автомобильных компонентов, десульфурации стали, восстановлении титана и жертвенных анодах. Выбор маршрута выплавки не меняет свойств металла, но меняет структуру затрат и географию поставок, которые имеют значение для долгосрочных-контрактов.

Часто задаваемые вопросы

1. Какой метод выплавки магния лучше?

Универсального ответа не существует. Электролиз более энергоэффективен-и более экологичен в масштабе, но требует больших капиталовложений и дешевой электроэнергии. Процесс Пиджена требует меньших инвестиций и подходит для регионов, где есть доломит, уголь и ферросилиций, но он требует больше энергии- и трудозатрат-. Выбирайте, исходя из местных ресурсов, стоимости электроэнергии и капитала.

2. Сколько ферросилиция используется на тонну магния?

Типичный расход составляет около 1,1-1,3 тонны FeSi75 на тонну магния, в зависимости от качества восстановителя, управления процессом и степени извлечения. Таким образом, цена на ферросилиций является ключевым фактором себестоимости производства на маршруте Пиджон.

3. Является ли магний Pidgeon более низким качеством, чем электролитический магний?

Нет. После переработки оба маршрута производят коммерческий магний сопоставимой чистоты, обычно 99,8-99,95%. Маршрут влияет на стоимость и воздействие на окружающую среду, а не на качество конечного металла.

4. Почему Китай доминирует в производстве магния?

Китай располагает обильными запасами доломита, энергии на основе угля-и производства ферросилиция, что в совокупности благоприятствует процессу Пиджена. Короткий технологический процесс и меньшие инвестиции позволили быстро нарастить мощности. Другие регионы полагаются на электролиз там, где существует дешевая гидро- или атомная энергия.

5. Какие экологические проблемы связаны с выплавкой магния?

Процесс Пиджена-энергоемок и приводит к образованию пыли, отработанных реторт и шлака; Угольная-энергетика увеличивает косвенные выбросы. Электролитические заводы должны тщательно обращаться с хлором и хлоридными отходами. Современные производители повышают эффективность и очистку отходов на обоих маршрутах.