Pidgeon process

Ångavsatta magnesiumkristaller från Pidgeon-processen

Pidgeon -processen är en av metoderna för produktion av magnesiummetall , via en silikotermisk reduktion. Den praktiska produktionen kräver ungefär 35–40 MWh/ton producerad metall, vilket är i nivå med de elektrolytiska metoderna för smältsalt, dock över det teoretiska minimum på 7 MWh/ton.

Kemi

Den grundläggande kemiska ekvationen för denna process är:

Si ( s ) + 2 MgO (s) → SiO 2(s) + 2 Mg (g) (hög temperatur, destillationskokningszon)

Kisel och magnesia reagerar för att producera kiseldioxid och magnesium.

denna reaktion enligt Ellingham-diagram är termodynamiskt ogynnsam, kan den i enlighet med Le Chateliers jämviktsprincip fortfarande drivas åt höger genom kontinuerlig tillförsel av värme och genom att ta bort en av produkterna, nämligen destillering av magnesiumångan. Atmosfärstryckets kokpunkt för magnesiummetall är relativt låg, endast 1090 °C, och ännu lägre i vakuum. Vakuum är att föredra, eftersom det tillåter lägre temperaturer.

Den vanligaste och billigaste formen av kisel är som en ferrokisellegering . Järnet från legeringen är bara en åskådare i reaktionerna.

Magnesiumråvaran i denna reaktion är magnesiumoxid, som kan erhållas på flera sätt. I alla fall måste råvarorna kalcineras för att avlägsna både vatten och koldioxid, som skulle vara gasformigt vid reaktionstemperaturer, och följa magnesiumångan runt och återställa reaktionen.

Ett sätt är till havs eller sjövatten magnesiumklorid hydrolyseras till hydroxid , som sedan kalcineras till magnesiumoxid genom att vattnet avlägsnas. Ett annat sätt är att använda utvunnen magnesit ( MgCO 3 ) som har kalcinerats till magnesiumoxid genom avlägsnande av koldioxid .

Den i särklass mest använda råvaran är utvunnen dolomit , en blandad (Ca,Mg)CO 3 , där kalciumoxiden som finns i reaktionszonen avlägsnar den bildade kiseldioxiden, frigör värme och förbrukar en av produkterna, vilket hjälper till att driva jämvikten till den rätta.

(Ca,Mg)CO 3(s) → CaO.MgO (s) + CO 2(g) (dolomitkalcinering)
(Fe,Si) (s) + 2 MgO (s) ↔ Fe (s) + SiO 2( s) + 2 Mg (g)
CaO + SiO2 → CaSiO3

Pidgeon-processen är en satsvis process där finpulveriserad kalcinerad dolomit och ferrokisel blandas, briketteras och laddas i retorter gjorda av nickel-krom-stållegering . Den varma reaktionszondelen av retorten är antingen gaseldad, koleldad eller elektriskt uppvärmd i en ugn, medan kondenseringssektionen utrustad med borttagbara bafflar sträcker sig från ugnen och är vattenkyld. På grund av destillation produceras magnesiumkronor med mycket hög renhet, som sedan smälts om och gjuts till göt .

Karbotermisk väg

Den karbotermiska vägen till magnesium har länge varit erkänd som en lågenergiväg till magnesiumextraktion. Det skapades först på 1920-talet av Fritz Johann Hansgirg , och förbättringar har gjorts sedan dess. Lösningar måste hantera återgångsfrekvensen. Kemin är som följer:

C (s) + MgO (s) → CO (g) + Mg (g)

Historisk bakgrund

Denna process uppfanns i början av 1940-talet av Lloyd Montgomery Pidgeon från Canadian National Research Council ( NRC). Den första anläggningen byggdes 1941 och drivs av Dominion Magnesium i Haley Station, Ontario . Denna fabrik drevs i 63 år, senast av Timminco Metals. [ citat behövs ]

Den silikotermiska reduktionen av dolomit utvecklades först av Amati 1938 vid University of Padua , där hans avhandling är arkiverad. Omedelbart därefter etablerades en industriell produktion i Bolzano , med hjälp av vad som nu är känt som Bolzano-processen . Processen använder externt uppvärmda retorter liknande i konceptet de som används av Pidgeon två år senare.

Under de senaste 10 åren, [ när? ] Pidgeon-processen har kommit att dominera världens magnesiumproduktion. Kina är den dominerande leverantören av magnesiummetall och förlitar sig nästan uteslutande på denna metod. [ citat behövs ]

Före mitten av 1990-talet dominerades världsmarknaden för produktion av magnesiummetall av elektrolytiska processer , med USA som den dominerande leverantören. I över 80 år Dow Chemical via US Patent 2 888 389 en anläggning med en kapacitet på 65 kton/år nära Freeport, TX , baserad på elektrolys av havsvattenextraherad magnesiumklorid . Dow var den främsta leverantören av magnesiummetall fram till fabrikens stängning 1998. Från och med 2005 finns det en enda amerikansk tillverkare, i Utah, US Magnesium , ett företag som kommer från det nu nedlagda Magcorp. Antidumpningstullar på 111 % värdetullar infördes på kinesisk import tidigt under Obama-administrationen. År 2017 hade USA:s tullar på Tianjin Magnesium International och Tianjin Magnesium Metal stigit till 339,6 %.

Från och med 2005 producerade USA cirka 45 av 615 kton/år (7 %), jämfört med 140 av 311 kton/år (45 %) 1995. Däremot producerade Kina 2005 400 av 615 kton /år (65 %), jämfört med 12 av 311 kton/år (4 %) 1995. Priset på magnesiummetall sjönk från 2300 USD/ton 1995 till 1300 USD/t 2001, men 2004 klättrades tillbaka över 2300 USD/t t, på grund av ökade ferrokisel-, energi- och transportkostnader, och i väntan på stränga antidumpningstullar över hela världen. [ citat behövs ]

Som nämnts ovan är energieffektiviteten för termiska processer jämförbar med elektrolytiska, båda kräver ungefär 35-40 MWh/ton. . Pidgeon - metoden är tekniskt mindre komplex, och på grund av destillations-/ångavsättningsförhållanden är en produkt med hög renhet lätt att uppnå

Tidigare, förutom USA, har de andra stora magnesiumproducenterna traditionellt inkluderat Norsk Hydro i Norge/Kanada, och i mindre utsträckning, de före detta Sovjetunionens länder, Brasilien och Frankrike , som alla har billig och riklig vatten- eller kärnkraft. [ citat behövs ] Israel är hem för en ny marknadsaktör, [ hänvisning behövs ] medan det australiensiska företaget Magnesium International i juni 2004 planerade ett 100 kton/år smältverk i Sokhna i Egypten , med hjälp av Dows elektrolytiska process.

  1. ^ Weidenhammer, Erich (2018). "Utvecklingen av metallurgi i Kanada sedan 1900" (PDF) . Transformationsserien . Serien samling. Insamlings- och forskningsavdelningen vid Canada Science and Technology Museums Corporation. 20 (1).
  2. ^ Wulandari, Winny (2010-01-01). "Magnesium: nuvarande och alternativa produktionsvägar" . University of Wollongong Engineering – via University of Woolongong.
  3. ^ Prentice, Leon (2012). "Kolotermisk minskning av magnesium: CSIROs Magsonic-process" . Magnesiumteknik . 2012 – via Researchgate.
  4. ^ "Pidgeonprocessen i magnesiumproduktion" . National Research Council Kanada. 2004-02-16. Arkiverad från originalet den 23 februari 2005.
  5. ^   Friedrich, Horst E.; Mordike, Barry L. (2006). Magnesium teknologi . Springer Science & Business Media. doi : 10.1007/3-540-30812-1 . ISBN 3-540-20599-3 .
  6. ^ MagCorp Magnesium Chloride Plant
  7. ^ Forbes.com - Tidskriftsartikel
  8. ^ Kramer, Deborah A. (augusti 2011). "2009 Minerals Yearbook: Magnesium" (PDF) . USA:s inrikesdepartementet. US Geological Survey.
  9. ^ "Mineralårsbok 2017: Magnesium" (PDF) . USA:s inrikesdepartementet. US Geological Survey. april 2020.
  10. ^ "Magnesium International ser utanför Australien" . Euromoney Global Limited. metalbulletin.com. 10 juni 2004.

Externa källor

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Pidgeon_process&oldid=1118589158 "