Metal Dünyası

Giriş
Geçtiğimiz aylarda Magnezyum ve Silisyum fiyatlarındaki öngörülemez artış, alüminyum sektörünün önemli gündemlerinden birisini oluşturdu. Ardından 27 Eylül 2021’de Avrupa Alüminyumcular Birliği (EAA, European Aluminium Association) Avrupa’da yaşanması olası magnezyum tedarik sorununa ilişkin bir görüş belgesi yayımladı (1). 

Ekonomik yaşamın, küresel ölçekte stabil olduğu günlerde, uzmanlık ilgisi dışında çok da dikkate almadığımız magnezyum metalini biraz yakından tanıtmak, gündeme uygun düşebilir.

Bugünlerde, endüstriyel etkinliklerin en önemli gündemi “sürdürülebilirlik”. Sürdürülebilirlik kavramı metalurji ve malzeme sektörüne yansıması ise dört boyutu ile düşünülebilir:

- Metalurjik tesislerde enerji verimliliği,

- Geridönüşüm ve enedüstriyel ortaklaşma (simbiyosis),

- Hafif ve yüksek dayanımlı malzemelerin geliştirilmesi

- Yeni ve çevreci malzemelerin dizaynı.

Magnezyum
Magnezyum metali, başlangıçta ağırlıklı olarak patlayıcı ve piroteknik endüstrilerinde kullanılırken, bugün uygun kimyasal özellikleri nedeni ile alüminyumun alaşımlandırılmasında ana alaşım elementlerinden birisidir. Oldukça yaygın kullanıma sahip olan alüminyum içecek kutuları yaklaşık olarak % 2,5 oranında magnezyum içerirler. Diğer yaygın kullanım alanları ise küresel (sfero) dökme demir üretimi, özelikle taşımacılık endüstrisi için magnezyum alaşımlarından döküm, ekstrüzyon, hadde ve dövme ürünleri üretimi, sıvı çelikten kükürt giderma ajanı ve bazı metallerin ekstraksiyonunda indirgen olarak kullanımıdır. Bütün bu geniş kullanım alanlarından ötürü, magnezyum metaline olan talep ve buna bağlı olarak üretim artmış ve buna koşut olarak malzeme mühendisliği bağlamında metalik magnezyum ve magnezyum alaşımları konusunda çok ciddi araştırma-geliştirme çalışmaları yapılmaya başlanmıştır.

Magnezyum Metalinin Temel Özellikleri
Magnezyum metaline pratik olarak bilinen bütün metal işleme teknikleri; döküm, ekstrüzyon, haddeleme toz metalürjisi uygulanabilir ve aynı zamanda imalatı en kolay yapısal malzemelerin başında gelir. Dövme, derin çekme gibi şekil verme işlemleri uygulanabilir.

Magnezyumun temel avantaj ve dezavantajları :

+ 1.73 gr/cm3özgül ağırlığı ile , ticari olarak kullanılabilen, en hafif yapısal metalik malzeme,

+ Yüksek sönümleme kapasitesi,

+ Yüksek yorulma dayancı,

+ Çok iyi dökülebilme özellikleri,

+ % 100 geri-dönüştürebilme (yeniden üretilebilme),

+ Yüksek ısıl genleşme katsayısı (25,5.x10-6 m/m/°C),

+ Yüksek ısıl iletkenlik (yaklaşık 150 W/mK),

+ Görece yüksek elektriksel iletkenlik (yaklaşık olarak bakırın % 40’ı kadar),

+ Yüksek hızda kesme işlemine uygunluk,

- Soğuk şekil alabilme zorlukları, 

- Yüksek sıcaklıklarda sınırlı dayanım,

- Katılaşma sırasında yüksek çekinti oranı,

- Korozyon özellikleri,

- Kaynaklanabilme yeteneği,

- Üretim yöntemine bağlı olarak metal üretim maliyetleri.

Kritik Malzeme Olarak Magnezyum
Hammaddeler, günümüz endüstriyel üretiminin ana girdisi ve ekonomik gelişimin sürdürülebilir olmasının temel nedenidir. Günlük hayatımızda kullandığımız bütün teknolojik ya da daha düşük teknolojik ürünler ile hem stratejik hem de geleneksel endüstriler üretkenliğine devam edebilmektedir. Avrupa Birliği ülkeleri otomotiv, havacılık ve yenilenebilir enerji sektörlerini stratejik endüstriler olarak tanımlamıştır.

Özelikle 2000 yılı ve sonrası Çin’in dünya pazarlarına açılması ile hammadde temini ve güvenliğinde yeni bir döneme girilmiştir. Bir hammaddenin kritik olarak sayılabilmesi ekonomik önemi ile birlikte, güvenilir olarak temin edilebilmesi ana kriterlerdir.

Avrupa Birliği Ülkeleri kritik hammaddeleri tanımlarken aynı zamanda kaynak bulunabilirliği ve miktarı, kaynakların oluştuğu coğrafyanın jeopolitik konumu ve bu hammaddelerin prosesi ve kullanımı sırasındaki ekonomik, çevresel ve sosyal etkilerini ve geri-dönüştürülebilme oranı da dikkate alınmaktadır.

2010 yılında Avrupa Komisyonu Kritik Hammadeler Çalışma Grubu aşağıdaki mineralleri kritik hammadde olarak kabul etmiştir: berilyum, kobalt, florspar, galyum, germanyum, grafit, indiyum, magnezyum, niobyum, platin grubu metaller, nadir toprak elementleri, tantal ve tungsten. Bu seçim 41 mineral üzerinden ekonomik önemi ve malzeme temin riski dikkate alınarak yapılmıştır. Malzeme temin riski hem üretici ya da kaynak sahibi ülkenin politik ve ekonomik stabilitesini hem de üretim yeteneği ve kritik hammaddelerin geri-dönüşüm oranı ve başka bir malzeme ile ikame edilip edilemeyeceği kriterleri üzerinden irdelenmiştir. 2020 yılında yeniden güncellenen listede magnezyum yerini korumuştur. 

Dünya birincil magnezyum üretiminin %85’ten fazlası, yani 1 200 000 tonluk yıllık üretimin yaklaşık 800 000 tonu Çin tarafından yapılmaktadır. Bir anlamda Çin magnezyum üretiminde monopol ülke konumundadır ve Avrupa Birliği ve Japonya magnezyum ihtiyacının % 95’ini Çin’den sağlamaktadır.

Avrupa Alüminyumcular Birliği’nin görüş belgesinde, 2000 ve 2021 yılları arasında Çin birincil magnezyum üretiminin küresel üretimin %12’sindne %87’sine ulaştığı vurgulanmıştır. Özellikle Çin’de kömür kaynaklı enerji üretimindeki kısıtlamalara bağlı olarak, birincil magnezyum üretiminin yoğun yapıldığı Shaanxi ve Shanxi eyaletlerinde Eylül 2021 itibarı ile 25 magnesyum tesisinini kapanması ve 5 tanesinin daha kapanacağı bilgisi üzerine fiyatların umulmadık oranda arttığı vurgulanmıştır.

Magnezyum Kullanım Alanları Magnezyum Basınçlı Döküm Uygulamaları:
Magnezyum alaşımlarının alüminyumdan daha iyi dökülebilme ve akışkanlık özellikleri ve çeliğe göre %60, alüminyuma göre %25 daha hafif olması özellikle taşımacılık sektöründe basınçlı döküm parçaların kullanımını mümkün kılmaktadır. 

Ducker’in araştırmalarına göre 2018 ile 2022 yılları arasında Kuzey Amerika’da otomobillerde alüminyum kullanım 15 kg artmış, çelik kullanımı 45 kg azalmış ve magnezyum kullanımı 2 kg’dan fazla artmıştır. 2030 yılında ise magnezyum miktarının 3 kg daha artarak 11 kg’ın üzerine çıkacağı tahmin edilmektedir (5).

Öte yandan magnezyum hadde ve ekstrüzyon parçalarda her geçen gün -üretime ilişkin sorunların çözülmesi ile birlikte- başta taşımacılık olmak üzere yeni kullanım alanları bulmaktadır.

Alüminyum-Magnezyum Alaşımları
Birincil alüminyum üretimi sonucu elde edilen %99,5-99,7 saflığındaki metalik alüminyum, özellikle mekanik özelliklerinin iyileştirilmesi amacı ile alaşımlandırılır. Ana alaşım elementlerinden olan magnezyum, saf alüminyumun dayanım, süneklik ve tokluk gibi mekanik özelliklerini iyileştirmek için eklenir.

Kaynaklar:

1. European Aluminium Association, “Call on EU policymakers to address imminent supply shortage of Chinese magnesium”, Position papaer, 27 September 2021
 

2. European Commission, Critical Raw MAterials for Strategic Technologies and Sectors in the EU”, A foresight Study, 2020
 

3. Dr. Jian Binfan, Prof. Xia Dehong, “Systematic Energy Saving and Low Carbon Technologies for Pidgeon Porcess Improvement”, 78th Annual Magnesium Conference, International Magnesium Association, August 2021
 

4. Professor Alan A. Luo, “Magnesium Overview&Applications”, Magnesium Training 101, 78th Annual Magnesium Conference, International Magnesium Association, August 2021
 

5. Ducker Research&Consulting, “Automotive Materials n an Electrified World, Understanding the Role of Materials in Meeting CO2 Requirements”, 78th Annual Magnesium Conference, International Magnesium Association, August 2021
 

6. Fabrizio D’Errico, “Advancements in Low-Flammable Mg-CaO Alloy Systems Processed by Two Environmentally Friend Processes: Hot Extrusion of No-Remelt Recycling Chips and Inert Gas Assisted High Pressure Die Casting”, 78th Annual Magnesium Conference, International Magnesium Association, August 2021
 

7. Daisuke Konishi, Kazumasa Yamazaki, “Activities of Japan Magnesium Association and Progress of Applications in Japan”, 78th Annual Magnesium Conference, International Magnesium Association, August 2021
 

8. ALCOA, “An Aluminum Company’s Perspective On Magnesium” Come along for the ride, IMA Vancouver, BC Mayıs 2015
 

9. Merve Demirtaş, Ahmet Turan, Erman Car, Onuralp Yücel, “Kritik Hammaddeler”, TMMOB Metalurji ve Malzeme Mühendisleri Odası Metalurji Dergisi, Sayı 183, Mart 2017
 

10. Tuğçe Ergül, Ahmet Turan, Erman Car, Onuralp Yücel, “Magnesium in Aluminium Alloys as an Alloying Element”, ALUS09, 2019