فلز منیزیم (Mg)، به دلیل وزن سبک، مقاومت بالا و خواص ریختهگری عالی، یک ماده حیاتی در صنایع پیشرفته نظیر هوافضا، خودروسازی و الکترونیک است. در میان روشهای مختلف تولید این فلز، «فرآیند پیدجن» (The Pidgeon Process) که بر پایه احیای حرارتی دولومیت بنا شده است، جایگاه ویژهای در تولید منیزیم با خلوص بالا دارد. این مقاله به عنوان یک طرح توجیهی عملی، به بررسی دقیق فرآیند پیدجن و الزامات صنعتی آن میپردازد.
منیزیم سبکترین فلز ساختاری موجود است و استفاده از آن در آلیاژها به کاهش چشمگیر وزن خودروها و هواپیماها کمک میکند؛ این امر مستقیماً در کاهش مصرف سوخت و آلایندگی مؤثر است. منبع اصلی برای تولید منیزیم در فرآیند پیدجن، سنگ دولومیت است که فرمول شیمیایی آن CaMg(CO3)2 است. دولومیت به دلیل در دسترس بودن و سهولت نسبی استخراج، به عنوان یک ماده اولیه اقتصادی در نظر گرفته میشود. کاربردهای دولومیت در صنایع مختلف، از جمله متالورژی، اهمیت این ماده معدنی را دوچندان کرده است.
شرکتهای تولیدی صنعتی، مانند توما، با فراهم آوردن دولومیت با خلوص و مشخصات فنی دقیق، نقشی کلیدی در زنجیره تأمین فرآیند پیدجن ایفا میکنند. ما در تولیدی صنعتی توما، متعهد به ارائه مواد معدنی مرغوب، از جمله دولومیت و محصولات دولومیت، هستیم که استانداردهای لازم برای فرآیندهای حساس متالورژیکی مانند تولید منیزیم را دارا باشند.
فرآیند پیدجن که در دهه ۱۹۴۰ توسط لوید ام. پیدجن کانادایی توسعه یافت، یک فرآیند تولید ناپیوسته (Batch Process) است که در آن اکسید منیزیم موجود در دولومیت کلسینه شده (دولیم) توسط فروسیلیسیم (FeSi) در دمای بالا و تحت خلاء احیا میشود. معادله کلی واکنش به شرح زیر است:
$$2(MgO \cdot CaO) + FeSi \to 2Mg_{(g)} + Ca_2SiO_4 + Fe$$
این فرآیند به سه مرحله اصلی تقسیم میشود:
دولومیت خام ابتدا در کورههای دوار یا شفت در دمایی بین ۱۰۰۰ تا ۱۲۰۰ درجه سانتیگراد کلسینه میشود. در این مرحله، کربناتها تجزیه شده و دولومیت به دولیم (MgO.CaO) تبدیل میشود. هدف اصلی حذف دیاکسید کربن (CO2) و افزایش خلوص اکسید منیزیم فعال برای مرحله بعدی است.
دولیم کلسینه شده با فروسیلیسیم پودر شده و یک کاتالیست (معمولاً فلوراید کلسیم) مخلوط میشود و این مخلوط به صورت پِرِسشده (Briquetts) وارد ریتورتهای استیل مقاوم در برابر حرارت میشود. ریتورتها به صورت افقی یا عمودی در کورههای گازی یا الکتریکی تا دمای حدود ۱۱۵۰ درجه سانتیگراد گرم میشوند. حیاتیترین بخش این مرحله، اعمال خلاء شدید (حدود ۰.۱ میلیمتر جیوه) است. خلاء باعث میشود که تعادل واکنش به سمت تولید منیزیم گازی جابجا شود و از واکنش مجدد منیزیم با سایر اجزا جلوگیری گردد.
بیشتر بخوانید انواع مواد اولیه معدنی در لقمه ساب و پولیش سنگ
بخار منیزیم تولید شده در انتهای سرد ریتورت (کندانسور) که دمای آن نسبتاً پایینتر است، متراکم میشود. منیزیم جامد شده به صورت ساختارهای بلوری شکل میگیرد که اصطلاحاً «تاج منیزیم» (Magnesium Crowns) نامیده میشوند. این تاجها دارای خلوص بسیار بالایی (معمولاً بالای ۹۹.۸%) هستند. در نهایت، تاجها استخراج شده و برای حذف ناخالصیهای سطحی و ریختهگری به شمش، در کورههای القایی تحت خلاء ذوب و تصفیه نهایی میشوند.
فرآیند پیدجن اگرچه منجر به تولید منیزیم با خلوص بالا میشود، اما به لحاظ اقتصادی دارای چالشهایی است که باید در طرح توجیهی مدنظر قرار گیرند. این چالشها عمدتاً شامل مصرف بالای انرژی و ماهیت ناپیوسته فرآیند است.
بزرگترین هزینه عملیاتی در فرآیند پیدجن، مربوط به تأمین انرژی حرارتی مورد نیاز برای نگهداری دما در ریتورتها و همچنین هزینه ماده احیاکننده (فروسیلیسیم) است. تأمین دولومیت با خلوص بالا و کم بودن ناخالصیهایی مانند Fe2O3 و SiO2، مستقیماً بر بازدهی فرآیند تأثیر میگذارد.
تولید فلز منیزیم از دولومیت در فرآیند پیدجن، نسبت به روشهای الکترولیتی مبتنی بر کلرید، اثرات محیط زیستی متفاوتی دارد. تولید پسماند اصلی شامل سرباره سیلیکات کلسیم (Ca2SiO4) است که در برخی موارد میتواند در صنعت سیمان یا مصالح ساختمانی بازیافت شود. کنترل انتشار گازهای گلخانهای (عمدتاً CO2 حاصل از کلسیناسیون اولیه) نیازمند فناوریهای جذب کربن است تا پایداری فرآیند تضمین گردد.
منبع: تولید فلز منیزیم از دولومیت: طرح توجیهی و فرآیند صنعتی
در آیدت،
فایلهای
خود را به فروش بگذارید و یا
مقالاتتان
را منتشر کنید👋
پاسخ ها