マグネシウムはアルミニウムのように見える銀白色の金属ですが、密度が 1 立方センチメートルあたりわずか 1.738 グラムの「最も軽い構造金属」です。 645℃以上の温度では、マグネシウムは酸素と強く反応し、真っ白な炎で燃えます.マグネシウム抽出プロセスには、原料の調製と金属の解離、ドロマイトからの熱反応の 2 つのステップで構成される電気分解が含まれます。マグネシウムは、8 つの要素すべての中で、自然界で 2 番目に豊富な成分です。この金属は非常に反応性が高く、さまざまな塩水、岩石、海水に存在します。マグネシウムの塩とその酸化形態の「熱還元」を使用して、マグネシウムから多くの金属を形成することができます。マグネシウムの最も一般的な鉱石はドロマイトです。ドロマイトはマグネシウムと炭酸カルシウムでできています。他の鉱石鉱物マグネサイトは、炭酸マグネシウムと MgCO3 で構成されています。マグネシウムの最大の供給源は海水です。
マグネシウムの用途:
- マグネシウムは製薬部門で医薬品の製造に使用されています。
- フラッシュバルブはマグネシウムを使用して製造されています。マグネシウムが燃焼すると、暗闇で写真を撮るのに役立つ明るい白色光が生成されます。
- マグネシウムは、いくつかの軟膏や錠剤の製造に広く使用されています。これらの薬は、さまざまな皮膚疾患の治療に使用されます。
マグネシウム抽出の歴史:
イギリスの科学者マイケル・ファラデー 1833年、実験室で電気分解によってマグネシウムを初めて抽出しました。その後、1886 年にドイツで「アルミニウムとマグネシウムのファブリック ヘーメリンゲン」によってマグネシウムが初めて工業的に生産されました。中国は大量のマグネシウムを生産する世界有数の国であり、2019 年には世界のマグネシウムの約 85% を生産しました。
水平ピジョン法 – 電気分解
塩化マグネシウムの電気分解は、世界の生産量の約 75% を占める、マグネシウムの生産に最も広く使用されている技術です。 Dr The "Dominion Magnesium" は、1941 年にカナダで "Pigeon-method" を作成しました。これは、ドロマイトの分解と酸化マグネシウムの還元で構成されています。
ドロマイトは、780 から 1450oC の高温で化学反応を利用して CaCO3 を使用して分解されます。
MgCO3.CaCO3 → MgO + CaO + 2CO2
か焼されたドロマイトは、約 1150 ～ 1400 ℃、3 ～ 10 パスカルの低圧でシリコンまたはアルミニウムで還元されます。
2MgO + 2CaO + Si → 2Mg + CaO・SiO2
3MgO + 2CaO + 2 l →3Mg + 2CaO.l2O3
この手順の利点
- 手順の反応は比較的単純です。
- 反応コストは、他のマグネシウム抽出プロセスよりもはるかに安価です。
- 必要な熱源は複数あります。
- 生成されたマグネシウムは高品質です。
- 低消費電力が必要です。
垂直ピジョン プロセス
従来の水平ピジョン プロセス以外のもう 1 つのプロセスは、垂直プロセスです。重力によってすべての材料を自動的に処理することが含まれます。垂直プロセスでは、ハイテク機械が材料を継続的に監視します。このプロセスはより環境にやさしく、高い生産性を保証します。
この手順の利点:
- 生産能力は、水平レトルトよりもレトルトあたり 30 kg から 65 ～ 70 kg に増加します
- 生産時間サイクルは、他のマグネシウム抽出手順よりも短いです。
- 材料の積み降ろしのすべての手順が技術的かつ自動的に実行されるため、所要時間が短縮されます。
熱削減:
熱還元手順では、ドロマイトは酸化マグネシウム (MgO) および石灰 (CaO) と約 1,800 °C の高温で反応し、シリコンで還元されます。その結果、副生成物としてケイ酸二カルシウムのスラグとともにガス状のマグネシウムが生成されます。このプロセスには、高温と約 100 キロパスカルの蒸気圧が必要です。
2CaO + 2MgO + Si → 2Mg + Ca2SiO4
この手順の利点:
- プロセスの削減コストが低い。
- 環境にやさしい。
注:副産物として生成されるケイ酸塩スラグの融点は約 2000oC です。アルミナを加えることで、1500～1600℃に下げることができます。
マグネシウムの精製
上記の手順で生成されたマグネシウムは、不純物で構成されています。その状態ではピュアマグネシウムは使用できません。不純物を取り除き、合金元素を追加するために、金属は鋳造工場に運ばれます。
耐食性マグネシウム
純粋なマグネシウムは、室温で著しく腐食することはありません。まれに水に触れることで発生することがあります。水との電気化学的相互作用により、水中または水中環境へのマグネシウムの溶解が起こることは一般に認められています。その結果、水酸化マグネシウムと水素ガスが生成されます。酸素の存在は、大気腐食の重要な要因です。酸素濃度に対するこのようなプロセスの感度は、他のメカニズムと比較して比較的低いです。
マグネシウムの腐食を防ぐために、天然の表面コーティングがマグネシウムを保護します。パッシブ コートは、外向きの陽イオンの流れを制限するコートです。また、内側の負の陰イオンや酸化剤に抵抗し、局部的な故障をすばやく修復します。その保護能力は、その構造と組成によって決まり、電解質種や金属不純物などの環境条件と冶金条件の影響を受けます。
マグネシウムの品質を向上させるためには、耐食性を高めることが不可欠です。マグネシウムを耐食性にするのに十分な量のマンガンを使用することができます。それは、金属内の水素ガスの生成を減少させます。水素ガスは腐食反応の必須因子です。さらに、少量のヒ素がマグネシウムの腐食の可能性を減らします。
結論
マグネシウムは、安定した化合物を形成できる強力な化学物質です。高温および乾燥空気中で酸素と反応する可能性があります。この非常に活性な金属の抽出手順には、適切に形成された技術とさまざまな電気化学反応が必要です。マグネシウムを抽出するために使用される重要なプロセスには、ピジョン プロセスと熱還元が含まれます。ここでは、マグネシウム抽出の詳細なプロセスと反応について説明します。すべての長所と短所もトピック全体で強調されています。
