Войти
Осажденные из пара кристаллы магния из процесса Пиджона Процесс Пиджон является одним из способов производства металла магния посредством силикотермического восстановления. Практическое производство требует примерно 35–40 МВтч / т произведенного металла, что соответствует методам производства с использованием расплавленных солей электролитическим, хотя и превышает теоретический минимум 7 МВтч / т.
Основное химическое уравнение этого процесс:
Кремний и магнезия реагируют с образованием кремнезема и магния.
Хотя, согласно диаграммам Эллингема, эта реакция термодинамически неблагоприятна, в соответствии с принципом Ле Шателье равновесия, она все же может двигаться вправо за счет непрерывной подачи тепла и удаления одного из продуктов, а именно отгонки паров магния. точка кипения металлического магния при атмосферном давлении очень низкая, всего 1090 ° C, а в вакууме даже ниже. Вакуум предпочтительнее, потому что он позволяет снизить температуру.
Наиболее часто используемая и дешевая форма кремния представляет собой сплав ферросилиций. Железо из сплава - всего лишь наблюдатель за реакциями.
Магниевым сырьем для этой реакции является оксид магния, который можно получить несколькими способами. Во всех случаях сырье должно быть кальцинировано для удаления как воды, так и диоксида углерода, который будет газообразным при температурах реакции, и следовать за парами магния вокруг, и обратить реакцию вспять.
Один из способов - морским путем или водой из озера хлорид магния гидролизуют до гидроксида, который затем прокаливают до оксида магния путем удаления воды. Другой способ заключается в использовании добытого магнезита (MgCO 3), который был прокален до оксида магния путем удаления диоксида углерода. Безусловно, наиболее используемым сырьем является добыча доломита, смешанного (Ca, Mg) CO 3, где оксид кальция, присутствующий в зоне реакции, улавливает образовавшийся кремнезем, выделяя тепло и потребляя один из продуктов, помогая тем самым сдвинуть равновесие вправо.
Процесс Pidgeon представляет собой периодический процесс, в котором мелкодисперсный кальцинированный доломит и ферросилиций смешиваются, брикетируются и загружаются в реторты, изготовленные из никель-хрома. -сталь сплав. Часть горячей реакционной зоны реторты работает либо на газе, либо на угле, либо нагревается электрическим током в печи, в то время как конденсационная секция, оснащенная съемными перегородками, выходит из печи и охлаждается водой. Из-за перегонки получают коронки из магния очень высокой чистоты, которые затем переплавляют и отливают в слитки.
Обычное металлургическое использование углерода в качестве восстановителя вместо кремния невозможно. Используется, потому что диоксид кремния является твердым веществом, тогда как диоксид углерода и моноксид углерода оба являются газообразными и будут следовать за магнием в зону конденсации, обращая реакцию следующим образом.
В этом случае карботермическая реакция не будет давать выхода, когда пары перемещаются в более холодные зоны конденсации внутри реактора, даже если они временно будет промежуточным монооксидом углерода и действительными парами магния. До сих пор существует осуществимый процесс с использованием угля, в котором используется шоковая заморозка паров, чтобы исключить время для обратной реакции, хотя такое шоковое охлаждение далеко не является экономичным промышленным процессом.
При температурах, когда магний все еще находится в жидком или твердом состоянии (скажем, 600-700 ° C), но оксиды углерода являются газообразными, огромный термодинамический противодействующий привод делает реакции непрактичными, даже если оксид углерода был удален аргон, например. Теоретически равновесие может быть достигнуто любым путем, но это непрактично медленно, если скорости прямой и обратной реакции мизерны.
При низких температурах энергия реакции преобладает над всем остальным, и в этом смысле кремний превосходит углерод, потому что диоксид кремния имеет гораздо большую теплоту образования, чем оксиды углерода, как лучше всего видно на диаграммах Эллингема.
Этот процесс был изобретен в начале 1940-х доктором Ллойдом Монтгомери Пиджоном из Канадского национального исследовательского совета (NRC). Первый завод был построен в 1941 году и эксплуатировался компанией Dominion Magnesium в Хейли, Онтарио, Канада. Этот завод проработал 63 года, последний раз - Timminco Metals. За последние 10 лет процесс Pidgeon стал доминирующим в мировом производстве магния. Китай является доминирующим поставщиком металлического магния, полагаясь почти исключительно на этот метод.
Силикотермическое восстановление доломита было впервые разработано доктором Амати в 1938 году в Падуанском университете, где хранится его диссертация. Сразу после этого в Больцано было налажено промышленное производство. В процессе использовались реторты с внешним нагревом, идентичные по концепции тем, которые использовал доктор Пиджон два года спустя.
До середины 1990-х годов на мировом рынке производства металлического магния доминировали электролитические процессы, а США как доминирующий поставщик. Более 80 лет Dow Chemical эксплуатировала завод мощностью 65 тыс. Тонн в год около Фрипорта, штат Техас, на основе электролиза извлеченного из морской воды хлорида магния, который был основным магнием. поставщик металла до его закрытия в 1998 году. По состоянию на 2005 год в США есть единственный производитель в Юте, US Magnesium, компания, возникшая из ныне не существующей. В настоящее время в отношении китайского импорта вводятся очень жесткие антидемпинговые пошлины. По состоянию на 2005 год в США было произведено около 45 из 615 тыс. Тонн в год (7%) по сравнению со 140 из 311 тыс. Тонн в год (45%) в 1995 году. Напротив, в 2005 году Китай произвел 400 из 615 тыс. Тонн. / год (65%), по сравнению с 12 из 311 тыс. тонн / год (4%) в 1995 году.
Цена на металлический магний упала с 2300 долларов за тонну в 1995 году до 1300 долларов за тонну к 2001 году, но недавно (2004) поднялись выше $ 2300 за тонну из-за увеличения затрат на ферросилиций, энергию и транспортировку, а также в ожидании жестких антидемпинговых пошлин во всем мире.
Как указано выше, энергетическая эффективность тепловых процессов сравнима с электролитическими процессами, для которых требуется примерно 35-40 МВтч / т. Метод Пиджена менее сложен технологически, и из-за условий перегонки / осаждения из паровой фазы легко получить продукт высокой чистоты. В прошлом, помимо США, к другим крупным производителям магния традиционно относились Norsk Hydro из Норвегии / Канады и, в меньшей степени, страны бывшего Советского Союза, Бразилия и Франция, все они обладают дешевыми и многочисленными гидроэлектростанциями или атомной энергией. На мировой рынок недавно вышел Израиль, а австралийская компания Magnesium International планирует запустить плавильную печь мощностью 100 тыс. Тонн в год в Сохна в Египте, используя электролитический процесс Dow.
