मैग्नीशियम प्रसंस्करण, विभिन्न उत्पादों में उपयोग के लिए मैग्नीशियम अयस्क की तैयारी।
मैग्नीशियम (Mg) एक चांदी की सफेद धातु है जो एल्यूमीनियम के समान होती है लेकिन इसका वजन एक तिहाई कम होता है। केवल 1.738 ग्राम प्रति घन सेंटीमीटर घनत्व के साथ, यह सबसे हल्की संरचनात्मक धातु है। इसमें एक हेक्सागोनल क्लोज-पैक (एचसीपी) क्रिस्टलीय संरचना है, ताकि, इस संरचना के अधिकांश धातुओं की तरह, इसमें कम तापमान पर काम करने पर लचीलापन में कमी होती है। इसके अलावा, अपने शुद्ध रूप में, अधिकांश संरचनात्मक अनुप्रयोगों के लिए पर्याप्त ताकत का अभाव है। हालांकि, मिश्र धातु तत्वों को जोड़ने से इसके गुणों में इस हद तक सुधार होता है कि कास्ट और गढ़ा मैग्नीशियम मिश्र धातुओं का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है, खासकर जहां हल्के वजन और उच्च शक्ति महत्वपूर्ण हैं।
उच्च तापमान पर ऑक्सीजन के साथ मैग्नीशियम दृढ़ता से प्रतिक्रियाशील है; शुष्क हवा में 645 ° C (1,190 ° F) से ऊपर, यह एक चमकदार सफेद रोशनी और तीव्र गर्मी से जलता है। इस कारण से, मैग्नीशियम पाउडर का उपयोग आतिशबाज़ी बनाने की विद्या में किया जाता है। कमरे के तापमान पर, धातु की सतह पर पानी-अघुलनशील मैग्नीशियम हाइड्रॉक्साइड की एक स्थिर फिल्म होती है, जो इसे अधिकांश वायुमंडल में जंग से बचाती है। क्लोरीन, ऑक्सीजन और सल्फर के साथ स्थिर यौगिक बनाने वाले एक मजबूत अभिकारक होने के नाते, मैग्नीशियम में कई धातुकर्म अनुप्रयोग होते हैं, जैसे कि टाइटेनियम टेट्राक्लोराइड से टाइटेनियम के उत्पादन में और ब्लास्ट-फर्नेस आयरन के डिसल्फराइजेशन में। इसकी रासायनिक प्रतिक्रिया उद्योग, चिकित्सा और कृषि में व्यापक रूप से लागू होने वाले मैग्नीशियम यौगिकों में भी स्पष्ट है।
इतिहास
मैग्नीशियम मैग्नेसाइट, मैग्नीशियम कार्बोनेट खनिज से अपना नाम प्राप्त करता है, और इस खनिज को बदले में मैग्नेशिया में पाए जाने वाले मैग्नेसाइट के नाम से जाना जाता है, जो प्राचीन यूनानी क्षेत्र थेस्लेय में एक जिला है। कहा जाता है कि ब्रिटिश रसायनज्ञ हम्फ्री डेवी ने 1808 में नम मैग्नीशियम सल्फेट से मैग्नीशियम का एक अमलगम तैयार किया था, जिसमें पारा को कैथोड के रूप में इस्तेमाल किया गया था। पहला धातु मैग्नीशियम, हालांकि, 1828 में फ्रांसीसी वैज्ञानिक ए.- ए.बी. द्वारा निर्मित किया गया था। बुस्सी। उनके काम में धातु पोटेशियम द्वारा पिघला हुआ मैग्नीशियम क्लोराइड की कमी शामिल थी। 1833 में अंग्रेजी वैज्ञानिक माइकल फैराडे ने पहली बार पिघले हुए मैग्नीशियम क्लोराइड के इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा मैग्नीशियम का उत्पादन किया था। उनके प्रयोगों को जर्मन रसायनज्ञ रॉबर्ट ब्यूसेन ने दोहराया था।
पहले सफल औद्योगिक उत्पादन की शुरुआत 1886 में जर्मनी में एल्युमिनियम und Magnesiumfabrik Hemelingen द्वारा पिघले हुए कार्नेलाइट के इलेक्ट्रोलिसिस के आधार पर की गई थी। हेमलिंगेन बाद में औद्योगिक परिसर आईजी फारबेनइंडस्टे का हिस्सा बन गया, जिसने 1920 और 30 के दशक के दौरान बड़ी मात्रा में पिघला हुआ और अनिवार्य रूप से पानी से मुक्त मैग्नीशियम क्लोराइड (अब आईजी फारबिन प्रक्रिया और प्रौद्योगिकी के रूप में जाना जाता है) के उत्पादन के लिए एक प्रक्रिया विकसित की। मैग्नीशियम धातु और क्लोरीन के लिए इस उत्पाद को इलेक्ट्रोलाइटिंग के लिए। आईजी फारबेन द्वारा अन्य योगदान कई कलाकारों और निंदनीय मिश्र धातुओं के विकास, रिफाइनिंग और सुरक्षात्मक फ्लक्स, गढ़ा मैग्नीशियम उत्पादों, और विमान और ऑटोमोबाइल अनुप्रयोगों की एक बड़ी संख्या थे। द्वितीय विश्व युद्ध के दौरान संयुक्त राज्य अमेरिका की डाउ केमिकल कंपनी और यूनाइटेड किंगडम के मैग्नेशियम एलेक्ट्रॉन लिमिटेड ने गैल्वेस्टन बे, टेक्सास और उत्तरी सागर के हार्टलेपुल, इंग्लैंड से पंप किए गए समुद्री जल से मैग्नीशियम की इलेक्ट्रोलाइटिक कमी शुरू की। ओन्टारियो, कनाडा में एक ही समय में, एलएम पिजन ने बाह्य रूप से निकाल दिए गए रिटॉर्ट्स में सिलिकॉन के साथ मैग्नीशियम ऑक्साइड को थर्मामीटर से कम करने की प्रक्रिया शुरू की थी।
युद्ध के बाद, सैन्य अनुप्रयोगों ने प्रमुखता खो दी। डॉव केमिकल ने गंदे उत्पादों, फोटोन्ग्रेविंग तकनीक और सतह उपचार प्रणालियों को विकसित करके नागरिक बाजारों को व्यापक बनाया। इलेक्ट्रोलिसिस और थर्मल कमी के आधार पर निष्कर्षण बना रहा। इन प्रक्रियाओं के लिए इस तरह के परिशोधन किए गए थे, जैसे कि रीटॉर्ट्स की आंतरिक हीटिंग (मैग्नेथर्म प्रक्रिया, 1961 में फ्रांस में शुरू की गई), निर्जलित मैग्नीशियम क्लोराइड प्रिल्स से निष्कर्षण (1974 में नॉर्वेजियन कंपनी हेवी हाइड्रो द्वारा पेश), और इलेक्ट्रोलाइटिक सेल तकनीक से सुधार 1970 के बारे में।
2019 तक, चीन ने दुनिया के 85 प्रतिशत मैग्नीशियम का उत्पादन किया, और रूस, कजाकिस्तान, इजरायल और ब्राजील ने शेष उत्पादन किया।
अयस्कों और कच्चे माल
प्रकृति में आठवें सबसे प्रचुर तत्व, मैग्नीशियम पृथ्वी की पपड़ी का 2.4 प्रतिशत है। इसकी मजबूत प्रतिक्रिया के कारण, यह देशी स्थिति में नहीं होता है, बल्कि यह समुद्री जल, ब्राइन और चट्टानों में विभिन्न प्रकार के यौगिकों में पाया जाता है।
अयस्क खनिजों में, सबसे आम कार्बोनेट्स डोलोमाइट (मैग्नीशियम और कैल्शियम कार्बोनेट का एक यौगिक, MgCO 3 · CaCO 3) और मैग्नेसाइट (मैग्नीशियम कार्बोनेट, MgCO 3) हैं। कम आम हाइड्रॉक्साइड खनिज ब्रूसाइट, एमजी (ओएच) 2, और हलाइड खनिज कार्नेलाइट (मैग्नीशियम और पोटेशियम क्लोराइड और पानी का एक यौगिक, एमजीसीएल 2 · केएलके · 6 एच 2 ओ) है।
मैग्नीशियम क्लोराइड प्राकृतिक रूप से पाए जाने वाले ब्राइन जैसे ग्रेट साल्ट लेक (आमतौर पर वजन मैग्नीशियम द्वारा 1.1 प्रतिशत) और मृत सागर (3.4 प्रतिशत) से पुनर्प्राप्त करने योग्य है, लेकिन अब तक का सबसे बड़ा स्रोत दुनिया का महासागर है। हालांकि समुद्री जल केवल लगभग 0.13 प्रतिशत मैग्नीशियम है, लेकिन यह लगभग अपरिवर्तनीय स्रोत का प्रतिनिधित्व करता है।
खनन और ध्यान केंद्रित
डोलोमाइट और मैग्नेसाइट दोनों पारंपरिक तरीकों से खनन और केंद्रित हैं। कार्नलाइट को अयस्क के रूप में खोदा जाता है या अन्य नमक यौगिकों से अलग किया जाता है जिन्हें समाधान खनन द्वारा सतह पर लाया जाता है। स्वाभाविक रूप से होने वाले मैग्नीशियम युक्त ब्राइन सौर वाष्पीकरण द्वारा बड़े तालाबों में केंद्रित होते हैं।
निष्कर्षण और शोधन
एक मजबूत रासायनिक अभिकर्मक, मैग्नीशियम स्थिर यौगिक बनाता है और तरल और गैसीय दोनों स्थितियों में ऑक्सीजन और क्लोरीन के साथ प्रतिक्रिया करता है। इसका मतलब है कि कच्चे माल से धातु का निष्कर्षण एक ऊर्जा-गहन प्रक्रिया है, जिसमें अच्छी तरह से तैयार प्रौद्योगिकियों की आवश्यकता होती है। वाणिज्यिक उत्पादन दो पूरी तरह से अलग-अलग तरीकों का अनुसरण करता है: मैग्नीशियम क्लोराइड के इलेक्ट्रोलिसिस या प्यूजन प्रक्रिया के माध्यम से मैग्नीशियम ऑक्साइड की थर्मल कमी। इलेक्ट्रोलिसिस में एक बार विश्व मैग्नीशियम उत्पादन का लगभग 75 प्रतिशत होता है। 21 वीं सदी की शुरुआत में, हालांकि, जब चीन दुनिया के प्रमुख मैग्नीशियम उत्पादक के रूप में उभरा, तो श्रम और ऊर्जा की कम लागत ने इलेक्ट्रोलिसिस की तुलना में कम कुशल होने के बावजूद पिजन प्रक्रिया को आर्थिक रूप से व्यवहार्य बनाने की अनुमति दी।
इलेक्ट्रोलीज़
इलेक्ट्रोलाइटिक प्रक्रियाओं में दो चरण होते हैं: मैग्नीशियम क्लोराइड युक्त फीडस्टॉक की तैयारी और इलेक्ट्रोलाइटिक कोशिकाओं में मैग्नीशियम धातु और क्लोरीन गैस में इस यौगिक का विघटन।
औद्योगिक प्रक्रियाओं में, सेल फीड में विभिन्न पिघले हुए लवण होते हैं, जिनमें निर्जल (अनिवार्य रूप से पानी रहित) मैग्नीशियम क्लोराइड होता है, आंशिक रूप से निर्जलित मैग्नीशियम क्लोराइड, या निर्जल कार्नेलाइट। कार्नेलाइट अयस्कों में मौजूद अशुद्धियों से बचने के लिए, गर्म मैग्नीशियम- और पोटेशियम युक्त समाधानों से नियंत्रित क्रिस्टलीकरण द्वारा निर्जलित कृत्रिम कार्नेलाइट का उत्पादन किया जाता है। आंशिक रूप से निर्जलित मैग्नीशियम क्लोराइड को डॉव प्रक्रिया द्वारा प्राप्त किया जा सकता है, जिसमें समुद्री जल एक फ्लोकेटर में हल्के से प्रतिक्रियाशील डोलोमाइट के साथ मिलाया जाता है। एक अघुलनशील मैग्नीशियम हाइड्रॉक्साइड एक बसने वाली टंकी के नीचे की ओर बहता है, जहाँ यह घोल के रूप में पंप किया जाता है, फ़िल्टर किया जाता है, हाइड्रोक्लोरिक एसिड के साथ प्रतिक्रिया करके मैग्नीशियम क्लोराइड में परिवर्तित हो जाता है, और 25 प्रतिशत पानी की मात्रा में वाष्पीकरण चरणों की एक श्रृंखला में सूख जाता है। गलाने के दौरान अंतिम निर्जलीकरण होता है।
निर्जल मैग्नीशियम क्लोराइड दो प्रमुख तरीकों से निर्मित होता है: मैग्नीशियम क्लोराइड ब्राइन का निर्जलीकरण या मैग्नीशियम ऑक्साइड का क्लोरीनीकरण। बाद की विधि में, आईजी फारबेन प्रक्रिया द्वारा अनुकरण किया गया, हल्के से जलाए गए डोलोमाइट को एक फ्लोक्यूलेटर में समुद्री जल के साथ मिलाया जाता है, जहां मैग्नीशियम हाइड्रॉक्साइड को मैगनीशियम ऑक्साइड से बाहर निकाला, फ़िल्टर किया जाता है और कैलक्लाइंड किया जाता है। यह लकड़ी का कोयला के साथ मिलाया जाता है, मैग्नीशियम क्लोराइड समाधान के अलावा ग्लोब्यूल्स में बनता है, और सूख जाता है। ग्लोब्यूल्स को एक क्लोरीनेटर, एक ईंट-पंक्तिबद्ध शाफ्ट भट्टी में चार्ज किया जाता है, जहां उन्हें कार्बन इलेक्ट्रोड द्वारा लगभग 1,000-1,200 ° C (1,800–2,200 ° F) तक गर्म किया जाता है। भट्ठी में पोरथोल के माध्यम से शुरू की गई क्लोरीन गैस मैग्नीशियम ऑक्साइड के साथ प्रतिक्रिया करके पिघले हुए मैग्नीशियम क्लोराइड का उत्पादन करती है, जिसे अंतराल पर टैप करके इलेक्ट्रोलाइटिक कोशिकाओं में भेजा जाता है।
मैग्नीशियम ब्राइन का निर्जलीकरण चरणों में किया जाता है। कूपी हाइड्रो प्रक्रिया में, अशुद्धियों को पहले वर्षा और फ़िल्टरिंग द्वारा हटा दिया जाता है। शुद्ध नमकीन, जिसमें लगभग 8.5 प्रतिशत मैग्नीशियम होता है, 14 प्रतिशत तक वाष्पीकरण द्वारा केंद्रित होता है और एक प्रिलिंग टॉवर में पार्टिकुलेट में बदल जाता है। इस उत्पाद को आगे पानी से मुक्त कणों में सुखाया जाता है और इलेक्ट्रोलाइटिक कोशिकाओं से अवगत कराया जाता है।
इलेक्ट्रोलाइटिक सेल आवश्यक रूप से कई स्टील कैथोड और ग्रेफाइट एनोड से लैस ईंट-लाइन वाले बर्तन होते हैं। ये सेल हुड के माध्यम से लंबवत रूप से घुड़सवार होते हैं और आंशिक रूप से क्षारीय क्लोराइड से बने एक पिघले हुए नमक इलेक्ट्रोलाइट में डूब जाते हैं जिससे ऊपर वर्णित प्रक्रियाओं में उत्पादित मैग्नीशियम क्लोराइड 6 से 18 प्रतिशत की सांद्रता में जुड़ जाता है। मूल प्रतिक्रिया है:
ऑपरेटिंग तापमान 680 से 750 डिग्री सेल्सियस (1,260 से 1,380 ° F) तक भिन्न होता है। उत्पादित मैग्नीशियम के प्रति किलोग्राम 12 से 18 किलोवाट बिजली की खपत होती है। क्लोरीन और अन्य गैसें ग्रेफाइट एनोड में उत्पन्न होती हैं, और पिघला हुआ मैग्नीशियम धातु नमक स्नान के शीर्ष पर तैरता है, जहां इसे एकत्र किया जाता है। निर्जलीकरण प्रक्रिया में क्लोरीन का पुन: उपयोग किया जा सकता है।
थर्मल में कमी
थर्मल उत्पादन में, डोलोमाइट को मैग्नीशियम ऑक्साइड (MgO) और चूने (CaO) के लिए शांत किया जाता है, और ये सिलिकन (Si), मैग्नीशियम गैस की पैदावार और dicalcium सिलिकेट के एक स्लैग द्वारा कम किए जाते हैं। मूल प्रतिक्रिया, एंडोथर्मिक है - अर्थात्, इसे शुरू करने और बनाए रखने के लिए गर्मी को लागू किया जाना चाहिए। मैग्नीशियम के साथ 1,800 ° C (3,270 ° F) पर 100 किलोपास्कल (1 वायुमंडल) के वाष्प के दबाव तक पहुंचने पर, गर्मी की आवश्यकताएं काफी अधिक हो सकती हैं। प्रतिक्रिया तापमान कम करने के लिए, औद्योगिक प्रक्रियाएं वैक्यूम के तहत संचालित होती हैं। तीन प्रमुख तरीके हैं, जो गर्मी की आपूर्ति के उनके साधनों से भिन्न हैं। पीजोन प्रक्रिया में, जमीन और कैलक्लाइंड डोलोमाइट को बारीक जमीन फेरोसिलिकॉन, ब्रिकेटेड के साथ मिश्रित किया जाता है, और बेलनाकार निकल-क्रोमियम-स्टील रिटॉर्ट्स में चार्ज किया जाता है। कई प्रकार के रेट्रेट्स क्षैतिज रूप से एक तेल- या गैस-फायर भट्ठी में स्थापित किए जाते हैं, उनके ढक्कन और संलग्न कंडेनसर सिस्टम भट्ठी से बाहर निकलते हैं। 1,200 ° C (2,200 ° F) के तापमान पर एक प्रतिक्रिया चक्र के बाद और 13 पास्कल के कम दबाव के तहत, मैग्नीशियम क्रिस्टल (मुकुट कहा जाता है) को कंडेनसर से हटा दिया जाता है, स्लैग को एक ठोस के रूप में खाली किया जाता है, और मुंहतोड़ रिचार्ज किया जाता है। बोलजानो प्रक्रिया में, डोलोमाइट-फेरोसिलिकॉन ब्रिकेट्स को एक विशेष चार्ज सपोर्ट सिस्टम पर स्टैक किया जाता है, जिसके माध्यम से चार्ज करने के लिए आंतरिक इलेक्ट्रिक हीटिंग का संचालन किया जाता है। एक पूरी प्रतिक्रिया 400 पास्कल के नीचे 1,200 ° C पर 20 से 24 घंटे लगती है।
उपर्युक्त प्रक्रियाओं द्वारा उत्पादित डायसीलियम सिलिकेट स्लैग में लगभग 2,000 ° C (3,600 ° F) का गलनांक होता है और इसलिए यह ठोस के रूप में मौजूद होता है, लेकिन आवेश में एल्यूमिना (एल्युमिनियम ऑक्साइड, Al 2 O 3) जोड़कर । गलनांक को 1,550–1,600 ° C (2,825–2,900 ° F) तक घटाया जा सकता है। मैग्नेथर्म प्रक्रिया में उपयोग की जाने वाली इस तकनीक में यह फायदा है कि पानी के ठंडा तांबे के इलेक्ट्रोड के माध्यम से तरल स्लैग को सीधे विद्युत प्रवाह से गर्म किया जा सकता है। कटौती की प्रतिक्रिया 1,600 डिग्री सेल्सियस और 400-670 पास्कल दबाव पर होती है। वाष्पीकृत मैग्नीशियम रिएक्टर से जुड़ी एक अलग प्रणाली में संघनित होता है, और पिघला हुआ स्लैग और फेरोसिलिकॉन अंतराल पर टैप किया जाता है।
