Magnezyum Üretim Yöntemleri
Dünyanın en büyük magnezyum üreticisi ve ihracatçısı Çin’dir. Çin, 800 000 ton’dan fazla yıllık birincil magnezyum üretimi ile, toplam dünya birincil magnezyum üretiminin %85-90’nını karşılamaktadır.
Magnezyum üretim metalürjisi incelendiğinde, her ne kadar 7 farklı hammaddeden 60 farklı teorik üretim yöntemine rastlanırsa da en yaygın üretim yöntemi, dolomit cevherlerinin ferrosilisyum ile ısıl indirgenmesi esasına dayanan Pidgeon Prosesi’dir. Çin birincil magnezyum üretiminini %90’dan fazlası Pidgeon Prosesi ile gerçekleşmektedir. Bununla birlikte diğer %10’luk birincil üretim elektroliz ve geridönüşüm yolu ile yapılmaktadır.
Dünya magnezyum cevherlerinin miktarı 12 milyar ton olarak tahmin edilmektedir ve bu miktarın önemli bir kısmı, Çin, Rusya, Kuzey Kore, Avustralya, Slovakya, Brezilya, Türkiye, Hindistan, ve Kanada da bulunmaktadır.
Magnezyum, iyonik formda ve 1S22P63S2 elektron konfigürasyonuna sahiptir. Son 3S orbitalinde taşıdığı 2 elektron dolayısı ile düşük iyonizasyon enerjisine sahiptir. Bu denenle doğada sadece 2 değerlikli olarak rastlanır. Magnezyumun düşük redüksiyon potansiyeli, doğada metalik olarak bulunamamasının temel nedenidir:
Mg2+ + 2e- = Mg E ̊= -2.375 V
Bütün birincil magnezyum yöntemleri, magnezyuma 2 elektronun, transfer edilerek, metalik magnezyuma dönüşebilmesi için indirgen (redüktan) gerektirir. İndirgenler uygun potansiyele sahip elektrik akımı, çeşitli formlarda karbon, silisyum bazlı malzemeler (FeSi), CaC2 ve alüminyum olabilir.
Teorik olarak dolomitten termal redüksiyon ile metalik magnezyum eldesi en optimum yöntem olarak görülmese de, teknik ve ekonomik olarak, henüz daha iyi bir yöntem bulunamamıştır.
Termal redüksiyon prosesi aşağıdaki aşamaları içerir:
1. Dolomit kalsinasyonu,
2. Kalsine edilmiş dolomit (dolim) ve indirgenin karıştırılması ve preslenmesi,
3. Dolime-indirgen karışımının vakum altında ısıtılması,
4. Serbest kalan magnezyum buharlarının kondensasyonu,
5. Kondanse olmuş magnezyumun ergitilmesi, rafinasyonu ve alaşımlandırılması.
Dolomitin dekompozisyonuna neden olan kalsinasyon reaksiyonu basit bir reaksiyondur. Dolomit dekompozisyonu ya da kalsinasyon reaksiyonu yüksek sıcaklıklarda endotermik olarak çalışır:
MgCO3.CaCO3 → MgO + CaO + 2CO2
Dolimde (kalsine dolomit) aranan fiziksel özelliklere bağlı olarak, kalsinasyon sıcaklığı 780 ̊C ile 1450 ̊C arasında değişir. Kalsinasyon koşulları, redüksiyon koşullarını doğrudan etkiler.
Redüksiyon prosesinde, kalsine dolomit, silisyum ya da alüminyum gibi bir indirgen ile karıştırılır ve 1150 ̊C – 1400 ̊C arasında ve düşük basınç altında (10-100 Pa) ısıtılarak, MgO, buhar fazında metalik magnezyuma indirgenir.
2 MgO + 2 CaO + Si → 2 Mg + 2 CaO.SiO2
3 MgO + 2 CaO + 2 Al → 3 Mg + 2 CaO.Al2O3
Kalsine dolomit ve kalsine manyezitin silisyum, alüminyum ve CaC2 ile ısıl indirgenmesini bulan Pidgeon, ekonomik olarak en uygun yöntemin kalsine dolomitin ferrosilisyum ile redüksiyonu olduğunu ortaya çıkarmıştır. Kalsine dolomit, ferrosilisyum ve fluorspar’dan oluşan karışım briketlendikten sonra, 1150-1250 ̊C’de ve 0,06-0,13 mbar vakum altında, ısıya dayanıklı çelik retortlar içinde reaksiyona girmekte ve oluşan magnezyum buharı, retortun soğuk ucuna yerleştirilmiş olan basit bir tüp kondanser üzerinden taç şekilli kristal taneler halinde birikmektedir.
Reaksiyon :
2MgO.CaOk + FeSik ↔ 2 Mgg + (Ca2SiO4)k + Fek
Reaksiyonun gaz fazındaki tek ürünü magnezyumdur ve retortun uç bölgesinde kondanse edilerek toplanmaktadır. Toplanan taç magnezyum, Reverber ya da pota tipli ergitme fırınlarında ergitilerek ve rafine edilerek külçe haline getirilir.
Pidgeon Prosesi 1930’lu yıllardan beri bilinen, denenmiş bir prosesidir. Öncelikle Çin’de kurulu olan entegre çelik tesislerinin, metalurjik kok üretim bölümlerinde elde edilen sıcak kömür gazları enerji kaynağı olarak kullanılmaktaydı. Ancak artan üretim, yeni magnezyum tesislerinin kok gazlaştırma tesisleri ile birlikte kurulmasını zorunlu kılmıştır.
Pidgeon Prosesi’nin diğer önemli bir avantajı ise, üretilen metal kalitesinin, yani metalik magnezyumun saflığının, özellikle otomotiv endüstrisinin ihtiyacını karşılayabilecek yüksek değerlerde olmasıdır.
Pidgeon Prosesinde, retort hacimlerinin sınırlı oluşu ve düşük üretkenlik, yatay retortlar yerine dikey retortların geliştirilmesine neden olmuştur.
Kaynaklar:
1. Dr. Jiang Binfan, Prof. Xia Dehong, “Systematic Energy Saving and Low Carbon Technologies for Pidgeon Process Improvement”, IMA 2021
2. W. Wulandari, M.A. Rhamdani, G.A. Brooks, B.J. Monaghan, “Distribution Impurities in Magnesium via Silicothermic Reduction” Swinburne University of Technology, EMC 2009
3. D. Choo, J. Park, G. Choi, Y. Kim, G. Han, G. Lee, K. Cho, “RIST’s New Continuous Thermal Reduction Process for Magnesium Production, IMA 2017
4. Mehmet Buğdaycı, Ahmet Turan, Onuralp Yücel, “Magnesium Production from Calcined Dolomite via the Pidgeon Process”, Magnesium and It’s Alloys, CRC Press, 2019
Uluslararası Alüminyumcular Birliği (International Alumininum Association, IAI) küresel alüminyum sektörüne hedef olarak koyduğu 2050 yılında sıfır karbon salınımı bağlamınd DEVAMI...
Giriş Niyetine – Fabrika Ayalarına Dönmek Bilimsel çalışma salt “insan odaklı” değildir. Yani içinde insan olsun ya da olmasın, doğada ve evrende olan biten DEVAMI...
Giriş Charles Dickens, 1859 yılında yazdığı “İki Şehrin Hikayesi” adlı romanında, Sanayi Devrimi’ni ve bu süreçte yaşadıklarını şu çarpıcı cümlelerle betimler DEVAMI...
Mühendislik: Bilinenden Daha Fazlası Üniversite giriş sınavı sonrası -biz her ne kadar mesleğimizin itibar kaybettiğini gözlemlesek de- meslek seçimi arefesindeki gen& DEVAMI...
Giriş Bütün alüminyum işleyen işletmelerde, son yılların eğilimi olabildiğince fazla hurda ya da daha genel bir deyişle ikincil malzeme kullanmak ve böylece karbon ayak izini d&uum DEVAMI...
Temelde cevherden ya da hurdadan metal kazanımı (ekstraksiyonu) aynı rotayı izleyen prosesler. Birincil üretimde madencilik proseslerine, ikincil üretimde hurda toplama, cevher zenginleşti DEVAMI...
Halimiz Hükümetlerarası İklim Değişikliği Paneli’nin (IPCC) hazırladığı “1,5°C Küresel Isınma Özel Raporu’na” göre; - İnsanlar, dünya DEVAMI...
Magnezyum Üretim Yöntemleri Dünyanın en büyük magnezyum üreticisi ve ihracatçısı Çin’dir. Çin, 800 000 ton’dan fazla yıllık birincil magn DEVAMI...
Giriş Geçtiğimiz aylarda Magnezyum ve Silisyum fiyatlarındaki öngörülemez artış, alüminyum sektörünün önemli gündemlerinden birisini oluşturdu. Ar DEVAMI...
Giriş Skandiyum, nadir toprak elementleri içerisinde yer alan ilginç bir element. Nadir toprak elementlerini oluşturan ana element grubu Lantanitler (atom numaraları 57’den 71&rsqu DEVAMI...
Giriş Birincil alüminyum üretimi küresel seragazı emisyonlarının %2’sinden sorumlu ve üretilen toplam elektrik enerjisinin %4’ünü tüketiyor. S&u DEVAMI...
MAGMA, 19-21 Eylül 2024 tarihlerinde düzenlenen, Ankiros Uluslararası Demir-Çelik ve Döküm Teknolojileri, Makina ve Ürünleri İhtisas fuarında yer alan standında, yeni versiyon MAGMA 6, MAGMAeconomics DEVAMI...
Otomotiv Sanayii Derneği (OSD) 2024 yılının ilk 9 aylık dönemine ilişkin verileri açıkladı. Geçen yılın aynı dönemine göre toplam üretim yüzde 7 gerileyerek 1 milyon 597 adet olarak gerçekleşti. Ge DEVAMI...
Siber güvenlik çözümlerinde dünya lideri olan ESET, ESET Güvenlik Açığı ve Yama Yönetimi (V&PM) modülünde bir güncelleme yayımladığını duyurdu. ESET V&PM artık Linux -masa&uum DEVAMI...
METEM - TMMOB Metalurji ve Malzeme Mühendisleri Odası Eğitim Merkezi tarafından 1975 yılından beri devam eden IMMC - Uluslararası Metalurji ve Malzeme Kongresi, bu yıl 22. kez İstanbul Fuar Merkezi’nde 19-21 Eylül 2024 tarihle DEVAMI...
Türkiye’nin önde gelen çelik üreticisi Çolakoğlu Metalurji, Kocaeli Üniversitesi ile eğitim, araştırma ve yüksek lisans alanlarında önemli bir iş birliği protokolü imzaladı. Bu protokol i DEVAMI...
ÇELİK ÜRETİMİ 2024 yılının Ağustos ayında Türkiye’nin ham çelik üretimi, geçen yılın aynı ayına göre %13,9 artışla 3,1 milyon tona yükseldi. Ocak-Ağustos döneminde ise üretim DEVAMI...
Bu yıl 16. kez düzenlenecek olan ANKIROS Fuarı için hazırlıkların sonuna gelindi. 19-21 Eylül tarihleri arasında bu yıl Yeşilköy İFM’ de gerçekleşecek olan fuara, yurtiçi ve yurtdışından yoğun ilgi va DEVAMI...
ÇELİK ÜRETİMİ 2024 yılının Temmuz ayında Türkiye’nin ham çelik üretimi, geçen yılın aynı ayına göre %4 artışla 3,1 milyon tona yükseldi. Ocak-Temmuz döneminde ise üretim %14, DEVAMI...
Dijital gerçeklik çözümleriyle metroloji alanında dünya lideri olan Hexagon, geniş yelpazedeki imalat denetim cihazlarını tamamlayan ve benzersiz esnek ölçüm yeteneğine sahip el tipi 3D tarama tek DEVAMI...
Ayıklama çözümlerinin global lideri TOMRA Recycling, 8-10 Ekim tarihleri arasında gerçekleşecek ALUMINIUM Düsseldorf Fuarı öncesinde yeni bir e-Kitap yayınladı. Alüminyum geri dönüşümü DEVAMI...