మెగ్నీషియం (Mg) లోహ సంగ్రహణ మరియు పారిశ్రామిక సంగ్రహణ

సహజ లభ్యత & ప్రధాన ఖనిజాలు

మెగ్నీషియం భూమి పొరలో ఎనిమిదవ అత్యంత సమృద్ధిగా లభించే మూలకం మరియు సముద్రపు నీటిలో కరిగిన మూలకాలలో మూడవ అత్యంత సమృద్ధిగా లభించే మూలకం. ఇది అధిక క్రియాశీలత కారణంగా ఎల్లప్పుడూ సమ్మేళన స్థితిలో లభిస్తుంది.

• సముద్రపు నీరు మరియు బ్రైన్‌లు: కరిగిన మెగ్నీషియం క్లోరైడ్ (MgCl₂) యొక్క పెద్ద నిల్వ.
• మాగ్నసైట్: MgCO₃ (మెగ్నీషియం కార్బోనేట్).
• డోలమైట్: MgCO₃·CaCO₃ (మెగ్నీషియం మరియు కాల్షియం యొక్క మిశ్రమ కార్బోనేట్).
• కర్నలైట్: KCl·MgCl₂·6H₂O (పొటాషియం క్లోరైడ్ మరియు మెగ్నీషియం క్లోరైడ్ యొక్క హైడ్రేటెడ్ డబుల్ సాల్ట్).
• ఆస్బెస్టాస్: క్రిసోటైల్ Mg₃Si₂O₅(OH)₄ వంటి సిలికేట్ ఖనిజాలు.

ఖనిజం యొక్క సాంద్రీకరణ

మెగ్నీషియం యొక్క ప్రాథమిక పారిశ్రామిక వనరులు సముద్రపు నీరు, బ్రైన్‌లు మరియు డోలమైట్. సాంద్రీకరణ ప్రక్రియ వనరును బట్టి మారుతుంది.

సముద్రపు నీటి నుండి (డౌ ప్రక్రియ సూత్రం)

1. మెగ్నీషియం హైడ్రాక్సైడ్ అవపాతం: సముద్రపు నీటిని (కరిగిన MgCl₂ కలిగి ఉంటుంది) సున్నపు పాలతో (Ca(OH)₂) శుద్ధి చేస్తారు, దీనిని సున్నపురాయిని వేడి చేయడం ద్వారా (CaCO₃ → CaO + CO₂) మరియు స్లాకింగ్ చేయడం ద్వారా (CaO + H₂O → Ca(OH)₂) తయారు చేస్తారు. MgCl₂(aq) + Ca(OH)₂(aq) → Mg(OH)₂(s) + CaCl₂(aq) మెగ్నీషియం హైడ్రాక్సైడ్ అత్యంత కరగనిది మరియు అవపాతం చెందుతుంది.
2. మెగ్నీషియం క్లోరైడ్‌గా మార్చడం: అవక్షేపించబడిన Mg(OH)₂ ను వడపోసి, కడిగి, ఆపై హైడ్రోక్లోరిక్ ఆమ్లం (HCl) తో చర్య జరిపిస్తారు. Mg(OH)₂(s) + 2HCl(aq) → MgCl₂(aq) + 2H₂O(l)
3. నిర్జలీకరణం: ఫలితంగా ఏర్పడిన MgCl₂ ద్రావణాన్ని బాష్పీభవనం చేసి, నిర్జల MgCl₂ ను పొందడానికి జాగ్రత్తగా నిర్జలీకరణం చేస్తారు. జలవిశ్లేషణను నిరోధించడానికి పూర్తి నిర్జలీకరణం చాలా కీలకం: MgCl₂·6H₂O(s) → MgCl₂(s) + 6H₂O(g) (జలవిశ్లేషణను అణచివేయడానికి HCl వాయు వాతావరణంలో వేడి చేయడం అవసరం: MgCl₂ + 2H₂O → MgO + 2HCl).

డోలమైట్ నుండి

1. కాల్షిణీకరణం: డోలమైట్ (MgCO₃·CaCO₃) ను అధిక ఉష్ణోగ్రతల వద్ద కాల్షిణీకరణం చేసి మెగ్నీషియం ఆక్సైడ్ మరియు కాల్షియం ఆక్సైడ్ మిశ్రమాన్ని ఏర్పరుస్తారు. MgCO₃·CaCO₃(s) → MgO(s) + CaO(s) + 2CO₂(g)
2. క్లోరైడ్‌గా మార్చడం: మిశ్రమ ఆక్సైడ్‌లను పైన వివరించిన విధంగా HCl ఉపయోగించి MgCl₂ గా మార్చవచ్చు, లేదా MgO ను పిడ్జియన్ ప్రక్రియలో (ఉష్ణ క్షయకరణం) ఉపయోగించవచ్చు.

ముడి లోహంగా క్షయకరణం

మెగ్నీషియం యొక్క పారిశ్రామిక క్షయకరణం ప్రధానంగా విద్యుత్ విశ్లేషణ ద్వారా జరుగుతుంది. ఉష్ణ క్షయకరణ పద్ధతులు కూడా ఉపయోగించబడతాయి, కానీ ప్రాథమిక ఉత్పత్తికి తక్కువ తరచుగా ఉపయోగిస్తారు.

విద్యుత్ విశ్లేషణ క్షయకరణం (డౌ ప్రక్రియ)

మెగ్నీషియం ఉత్పత్తికి ఇది ప్రధాన పద్ధతి.

1. విద్యుద్విశ్లేష్యకం: నిర్జల MgCl₂ ను NaCl మరియు CaCl₂ (లేదా KCl) తో కలిపి ద్రవింపజేస్తారు. ఈ లవణాలు ఈ క్రింది వాటికి ఉపయోగపడతాయి:
   • విద్యుద్విశ్లేష్యక మిశ్రమం యొక్క ద్రవీభవన స్థానాన్ని తగ్గిస్తాయి (శుద్ధ MgCl₂ కోసం 714°C నుండి ~450°C వరకు).
   • విద్యుత్ వాహకతను పెంచుతాయి.
   • విద్యుద్విశ్లేష్యకం యొక్క సాంద్రతను తగ్గిస్తాయి, తద్వారా ద్రవ మెగ్నీషియం తేలికగా తేలికబడి సులభంగా సేకరించబడుతుంది.
2. సెల్ రూపకల్పన: ఒక విద్యుత్ విశ్లేషణ సెల్ సాధారణంగా వక్రీభవన పదార్థంతో కప్పబడిన ఉక్కు ట్యాంక్‌ను కలిగి ఉంటుంది. గ్రాఫైట్ కడ్డీలు అనోడ్‌లుగా పనిచేస్తాయి, మరియు ఉక్కు ప్లేట్లు కాథోడ్‌లుగా పనిచేస్తాయి.
3. విద్యుత్ విశ్లేషణ: సుమారు 700°C వద్ద ద్రవ విద్యుద్విశ్లేష్యకం ద్వారా డైరెక్ట్ కరెంట్ పంపబడుతుంది.
   • కాథోడ్ వద్ద (ఉక్కు): మెగ్నీషియం అయాన్లు ఎలక్ట్రాన్‌లను పొంది, ద్రవ మెగ్నీషియం లోహంగా క్షయకరణం చెందుతాయి. Mg²⁺(l) + 2e⁻ → Mg(l)
   • అనోడ్ వద్ద (గ్రాఫైట్): క్లోరైడ్ అయాన్లు ఎలక్ట్రాన్‌లను కోల్పోయి, క్లోరిన్ వాయువుగా ఆక్సీకరణం చెందుతాయి. 2Cl⁻(l) → Cl₂(g) + 2e⁻
4. సేకరణ: ద్రవ మెగ్నీషియం, విద్యుద్విశ్లేష్యకం కంటే తేలికైనది కాబట్టి, పైకి తేలుతుంది మరియు క్రమంగా సేకరించబడుతుంది. క్లోరిన్ వాయువు విలువైన ఉప-ఉత్పత్తిగా సేకరించబడుతుంది మరియు HCl ఉత్పత్తికి రీసైకిల్ చేయబడుతుంది.

ఉష్ణ క్షయకరణం (పిడ్జియన్ ప్రక్రియ)

ఈ ప్రక్రియలో MgO (కాల్షిణీకరణం చేయబడిన డోలమైట్ లేదా మాగ్నసైట్ నుండి పొందబడినది) ను ఫెర్రోసిలికాన్ (FeSi) తో క్షయకరణం చేస్తారు.

1. చర్యా కారకాలు: కాల్షిణీకరణం చేయబడిన డోలమైట్ (MgO·CaO) ను ఫెర్రోసిలికాన్ (ఇనుము మరియు సిలికాన్ యొక్క మిశ్రమం) తో కలుపుతారు.
2. చర్య: మిశ్రమాన్ని అధిక ఉష్ణోగ్రతల వద్ద (1100-1200°C) వాక్యూమ్ ఫర్నేస్‌లో వేడి చేస్తారు. సిలికాన్ MgO ను క్షయకరణం చేస్తుంది, మరియు CaO సిలికాకు స్కెంజర్ (శుద్ధి చేసే కారకం) గా పనిచేసి, సమతౌల్యాన్ని కుడి వైపుకు మారుస్తుంది. 2(MgO·CaO)(s) + SiFe(s) → 2Mg(g) + Ca₂SiO₄(s) + Fe(s)
3. స్వేదనం: ఈ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద మెగ్నీషియం బాష్పీభవనం చెంది, ఫర్నేస్ యొక్క చల్లని భాగంలో ఘనీభవించి ముడి మెగ్నీషియంను ఉత్పత్తి చేస్తుంది. ఈ ప్రక్రియకు ఎక్కువ శక్తి అవసరం మరియు సాధారణంగా చిన్న స్థాయి ఉత్పత్తికి లేదా నిర్దిష్ట అనువర్తనాలకు ఉపయోగిస్తారు.

శుద్ధి మరియు శుద్ధీకరణ

విద్యుత్ విశ్లేషణ లేదా ఉష్ణ క్షయకరణం నుండి పొందిన ముడి మెగ్నీషియం సాధారణంగా 99-99.8% స్వచ్ఛతను కలిగి ఉంటుంది. అధిక స్వచ్ఛతను సాధించడానికి మరింత శుద్ధీకరణ చేస్తారు.

1. స్వేదనం: అధిక స్వచ్ఛత కలిగిన మెగ్నీషియంను పొందటానికి ఇది అత్యంత సాధారణ పద్ధతి.
   • ముడి మెగ్నీషియంను వాక్యూమ్ ఫర్నేస్‌లో దాని మరిగే స్థానం (1091°C) వరకు వేడి చేస్తారు.
   • మెగ్నీషియం బాష్పీభవనం చెందుతుంది, తక్కువ బాష్పీభవనం చెందే మలినాలైన ఇనుము, సిలికాన్ మరియు కరిగిన క్లోరైడ్‌లను వెనుక వదిలివేస్తుంది.
   • శుద్ధ మెగ్నీషియం ఆవిరిని ఫర్నేస్ యొక్క చల్లని విభాగంలో ఘనీభవింపజేసి 99.99% వరకు స్వచ్ఛత కలిగిన మెగ్నీషియం లోహాన్ని ఉత్పత్తి చేస్తారు.
2. ఫ్లక్స్ శుద్ధి: ద్రవ ముడి మెగ్నీషియంను నిర్దిష్ట ఫ్లక్స్‌లతో (క్లోరైడ్‌లు మరియు ఫ్లోరైడ్‌ల మిశ్రమాలు, ఉదాహరణకు, MgCl₂-BaCl₂-CaF₂) శుద్ధి చేయవచ్చు. ఈ ఫ్లక్స్‌లు లోహేతర చేరికలు మరియు కొన్ని లోహ మలినాలను డ్రాస్‌ను ఏర్పరచడం ద్వారా తొలగించడంలో సహాయపడతాయి, ఇది ద్రవ మెగ్నీషియం నుండి వేరుపడుతుంది. ఇది తరచుగా మరింత శుద్ధి చేయడానికి ముందు ఒక ప్రారంభ దశ.
3. రీసైక్లింగ్: మెగ్నీషియం లోహంలో గణనీయమైన భాగం స్క్రాప్ రీసైక్లింగ్ ద్వారా పొందబడుతుంది, ఇందులో ఫ్లక్స్ శుద్ధి మరియు స్వేదనం వంటి ద్రవీభవన మరియు శుద్ధీకరణ ప్రక్రియలు ఉంటాయి.