شمش منیزیم

شمش منیزیم چیست ؟

منیزیم یکی از فراوان ترین عناصر فلزی سبک روی زمین است. منیزیم از استحکام خاص، سفتی خاص بالا، هدایت حرارتی و الکتریکی خوبی برخوردار بوده و دارای محافظ الکترومغناطیسی مناسب، میرایی ، میرایی لرزش، ماشین کاری و هزینه ساخت کم است.

هزینه ساخت آن تنها 70٪ آلیاژ آلومینیوم است و بازیافت آن آسان است. وزن مخصوص منیزیم 1.74 g / cm3 ، تنها 3/2 آلومینیوم، 5/2 تیتانیوم و 4/1 فولاد است. آلیاژ منیزیم 36٪ از آلیاژ آلومینیوم ، 73٪ از آلیاژ روی و 77٪ از فولاد سبک تر است. نقطه ذوب منیزیم 649 درجه سانتیگراد است.

استحکام خاص شمش منیزیم از آلیاژ آلومینیوم و فولاد بالاتر و کمی پایین تر از پلاستیک تقویت شده با الیاف با بالاترین استحکام خاص است. سفتی خاص معادل آلیاژ آلومینیوم و فولاد، بسیار بالاتر از پلاستیک تقویت شده با الیاف است. عملکرد میرایی لرزش آن و محافظت مغناطیسی نسبت به آلیاژ آلومینیوم بسیار برتر است.

فلز منیزیم تا قرن بیستم نوع جدیدی از مواد فلزی مقاوم در برابر خوردگی سبک را ایجاد کرد. کاربرد شمش منیزیم عمدتاً در تولید آلیاژهای منیزیم، آلومینیوم، سولفور زدایی فولاد، ارتش حمل و نقل هوایی متمرکز است که به طور گسترده در ساخت خودرو، صنایع سبک، صنعت متالورژی، شیمیایی، الکترونیک و تولید ابزار مورد استفاده قرار می گیرد.

در سال های اخیر، عملکرد برتر آلیاژ منیزیم توسط سازندگان رایانه، لوازم، تلفن های همراه و سایر موارد دلخواه همراه بوده است.

طبقه بندی شمش منیزیم کدامند ؟

شمش منیزیوم در خلوص های مختلفی تولید می‌شود . این کالا به از کشور های مختلفی نظیر چین ، اوکراین ، روسیه و … به کشور عزیزمان ایران وارد می‌شود . طبقه بندی این محصول بر اساس عیار آن انجام می‌شود.

منیزیم یک عنصر آلیاژی مهم در صنعت آلومینیوم است. به طور عمده در تولید قطعات خودرو، محصولات اکسترود شده و قوطی نوشیدنی استفاده می شود. همچنین در تولید فلزات خاص مانند زیرکونیوم و تیتانیوم و در Pyrothenics و مواد محافظ کاتدی به عنوان عامل احیایی استفاده می شود.

همچنین، شمش منیزیم در تولید آهن نرم به منظور تولید گرافیت کروی و همچنین به عنوان یک عنصر آلیاژی در تولید آلیاژهای آهنی پایه منیزیم مورد استفاده قرار می گیرد.

خصوصیات شمش منیزیوم چیست ؟

شمش منیزیوم حاوی منیزیم خالص 99.9٪ ، یک فلز خاکی نقره ای، خاکستری سبک، واکنش پذیر شیمیایی بالا بوده و با اسیدها برای تولید گاز هیدروژن، با خاصیت انعطاف پذیری و اتلاف گرما واکنش نشان می دهد.

1. این عنصر دارای خواص برتر مانند چگالی پایین، استحکام وزن واحد بالا و پایداری شیمیایی بالا است.
2. کاربرد منیزیم عمدتاً در چهار زمینه اصلی تولید آلیاژ منیزیم، تولید آلیاژ آلومینیوم، سولفور زدائی فولاد و صنایع نظامی حمل و نقل متمرکز شده است. این عنصر به طور گسترده در ساخت خودرو، صنعت سبک، صنایع متالورژی، شیمیایی، الکترونیک و تولید ابزار مورد استفاده قرار می گیرد.
3. شمش منیزیم مقاومت به خوردگی و وزن سبک دارد
4. این ماده افزودنی در پیشرانان معمولی و تولید گرافیت کروی در چدن است.

چگالی شمش منیزیوم 1.74 g / cm3 ، برابر با 3/2 آلومینیوم، 5/2 تیتانیوم، 4/1 از فولاد است. ماشین کاری سریعتری دارد. شمش منیزیم از پایداری ابعادی عالی، هدایت حرارتی و الکتریکی، عملکرد محافظت مغناطیسی برخوردار است. از مقاومت و استحکام نسبی بالا در فلزات ساختاری برخوردار است.

خواص فیزیکی شمش منیزیم

علاوه بر چگالی پایین، منیزیم خواص فیزیکی بسیار خوبی دارد. این امر باعث شده در مواد ساختاری اتومبیل از آلومینیوم و پلاستیک بیشتر استفاده شود. مزایای اصلی خواص فیزیکی منیزیم عبارتند از:

• 30 برابر عملکرد میرایی ارتعاش بالاتر از آلومینیوم
• 200 برابر هدایت حرارتی بالاتر از پلاستیک
• انبساط حرارتی فقط 2/1 پلاستیک

منیزیم خالص از مقاومت بالایی در برابر خوردگی برخوردار است زیرا اکتیویته گالوانیک کمی دارد. آلودگی با فلزات سنگین (معمولاً مس، آهن و نیکل)، کلریدها و اجزای اکسید یا نیترید همراه با قرار گرفتن در معرض محلول های حاوی کلرید در سطوح اصلاح نشده، به دلیل افزایش اکتیویته گالوانیکی به شدت باعث افزایش خوردگی می شوند.

این فلز به آسانی توسط اکثر اسیدهای آلی و معدنی حل می شود. یک لایه محافظ از هیدروکسید منیزیم غیر محلول در آب هنگامی تشکیل می شود که منیزیم در دمای اتاق در معرض هوای مرطوب یا آب خالص قرار گیرد.

به دلیل تشکیل فیلم های محافظ هیدروکسید و فلوراید، شمش منیزیوم در برابر محلول های هیدروکسید قلیایی، اسید هیدروفلوئوریک، فلوئور و ترکیبات فلوئور (از جمله هیدروژن آمونیوم دی فلوئورید) مقاوم است.

توانایی منیزیم در ساخت فیلم های اکسیدی محافظ پایدار، کرومات، فسفات، سولفات و فلوراید بصورت تجاری در سیستم های پوشش محافظتی به عنوان آغازگرهای رنگ یا به عنوان پوشش های نهایی استفاده می شود.

خواص مکانیکی شمش منیزیوم

در مقایسه با ریختگری تحت فشار آلیاژهای آلومینیوم، منیزیم علاوه بر خواص فیزیکی فوق و سایر مزایا دارای خواص مکانیکی بالاتری است. استحکام و سفتی منیزیم به طور قابل توجهی از پلاستیک بهتر و ازدیاد طول و مقاومت در برابر ضربه به طور قابل توجهی بهتر از آلیاژهای آلومینیوم تولید شده به روش ریختگری تحت فشار می باشد.

شمش منیزیوم عملکرد ساخت بسیار خوبی دارد، یعنی ریخته گری مناسبی دارد. در مقایسه با سایر مواد، هزینه ساخت آن بسیار پایین است. اگرچه قیمت هر کیلوگرم شمش منیزیم از آلومینیوم و آهن گرانتر است، اما قیمت محصول نهایی آن در واحد حجم تقریباً یکسان است.

خواص فیزیکی و شیمیایی شمش منیزیم باعث شده استفاده از آن در ریخته گری تحت فشار قطعات بزرگ نسبت به آلومینیوم بیشتر باشد. گرمای نهان ذوب به ازای هر واحد حجم منیزیم تنها 3/2 آلومینیوم است و گرمای ویژه فقط 4/3 آلومینیوم است.

از انحلال آهن بسیار کمی برخوردار است. این خواص، ریخته گری تحت فشار منیزیم را قادر ساخته تا تقریباً هزینه مشابه تولید به ازای هر کیلوگرم آلومینیوم حاصل شود.

کاربردهای فلز منیزیوم

منیزیم و آلیاژ منیزیم به عنوان یک ماده صنعتی حفاظت از محیط زیست سبز، نه تنها در صنعت تولید تجهیزات و صنایع نظامی بلکه به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرد.

از آلیاژ منیزیم به عنوان عامل احیایی، اکسید کننده و آلاینده در تولید برخی از آلیاژها استفاده می شود. منیزیم ماده مهمی در صنعت حمل و نقل هوایی است. از آلیاژ منیزیم در ساخت هواپیما، موتور و سایر قطعات به طور گسترده استفاده می شود.

همچنین در ساخت ابزار نوری مورد استفاده قرار می گیرد. به عنوان یک احیا کننده قوی، هنوز هم در تولید تیتانیوم، زیرکونیوم، بریلیوم، اورانیوم مورد استفاده قرار می گیرد. شمش منیزیم خالص سختی ضعیفی دارد، اما آلیاژ منیزیم یک ماده ساختاری سبک است که به طور گسترده در هوافضای، حمل و نقل هوایی، خودرو و یاطاقان و سایر بخش های صنعت مورد استفاده قرار می گیرد.

چگالی کم، استحکام در واحد وزن، پایداری شیمیایی بالا، عملکرد عالی دارد و باعث شده آلیاژ منیزیم-آلومینیوم منیزیم ریخته گری فلز منیزیم را تحسین کند. آلیاژ منیزیم در کاربردهای خودرو از مزایای استحکام بالا، مقاومت در برابر گرما، مقاومت در برابر سایش و وزن کم برخوردار است.

به تدریج در صنعت خودرو به جای خودرو روی پلاستیک و بخش زیادی از قطعات فولادی، در درجه اول برای جایگزینی موتور، فرمان، پایه صندلی بکار رفته است.

کاربردهای اصلی شمش منیزیم

منیزیم سه کاربرد اصلی زیر و همچنین کاربردهای دیگری نیز دارد:

• ماده سازنده اصلی آلیاژهای منیزیم که عمدتاً در صنایع قطعات اتومبیل ریختگری تحت فشار مورد استفاده قرار می گیرد.
• یک ماده تشکیل دهنده جزئی از آلیاژهای آلومینیوم که تقریباً در تمام کاربردهای آلومینیوم مورد استفاده قرار می گیرد
• عامل سولفورزدائی در تولید فولاد

علاوه بر این، شمش منیزیم طیف وسیعی از کاربردهای متالورژی، شیمیایی و الکتروشیمیایی را دارد که همگی نسبتاً جزئی هستند. موارد مصرف منیزیم را به ترتیب اهمیت به شرح زیر طبقه بندی می شود:

منیزیم سبکترین فلزات ساختاری با چگالی فقط دو سوم آلومینیوم و یک چهارم فولاد است. مهمترین مزیت منیزیم نسبت استحکام به وزن است که به طور قابل توجهی بالاتر از فلزات ساختاری مشابه است. علاوه بر این، منیزیم هشتمین عنصر فراوان پوسته زمین است.

منیزیم برای سولفور زدائی آهن خام

در شکل پودر و مخلوط با مواد دیگر، منیزیم معمولاً در بسیاری از کاربردهای متالورژی به عنوان دستگاه سولفور زدا مورد استفاده قرار گرفته و در موارد زیر بهترین عملکرد و هزینه را دارد:

1. آهن که به مقدار کم گوگرد احتیاج دارد، زیر 0.010٪
2. زمان محدود برای سولفور زدائی در ساخت فولاد
3. حرارت های با دمای پایین
4. حرارت های با سطح اولیه بالای گوگرد

رایج ترین مخلوط سولفور زدائی، پودر آهک و منیزیم (ابعاد کمتر از 1 میلیمتر) است. مقدار منیزیم موجود در مخلوط با توجه به نوع تجهیزات تزریق و زمان موجود برای سولفور زدائی از 5 تا 20٪ متفاوت است.

نحوه تولید شمش منیزیم چگونه است ؟

دو روش اساسی از فرآیندهای تولید شمش منیزیوم اولیه وجود دارد که امروزه مورد استفاده قرار می گیرد:

1. الکترولیت
2. روش های حرارتی احیایی

روش غالب مورد استفاده امروز روش حرارتی است. پایدارترین فرآیند حرارتی فرآیند Pidgeon است. فرایندی دسته ای که تقریباً به طور انحصاری در چین استفاده می شود – کشور اصلی تولید شمش منیزیم – و از دولومیت به عنوان مواد اولیه استفاده می شود.

دولومیت کربنات کلسیم منیزیم (MgCO3.CaCO3) است که در چین فراوان و مشابه سنگ آهک است. این روش تولید از دهه 1990 با فرآیند الکترولیت رشد یافته است.

بقیه کارخانه های بزرگ تولید شمش منیزیوم در جهان خارج از چین از فرآیندهای الکترولیت استفاده می کنند. در حال حاضر، احیا حرارتی توسط فرایند Pidgeon قوی ترین شکل تجاری تولید منیزیم که در مقیاس بزرگ مورد استفاده قرار می گیرد.

کارخانجاتی که از فرآیند Pidgeon در چین استفاده می کنند، عموماً هزینه عملیاتی کمتری دارند، به میزان قابل توجهی به اقتصاد مقیاس متکی هستند و در کسری از زمان و هزینه قطعات الکترولیت ساخته شوند.

فرایند Pidgeon شامل محاسبه دولومیت با حرارت دهی برای حذف کربن (به شکل دی اکسید کربن) از مولکول کربنات منیزیم در درون دولومیت است و اکسیدهای منیزیم و کلسیم را حذف می کند.

سپس دولومیت کلسینه شده با فروسیلیس (عامل احیایی) مخلوط شده و تحت خلاء تا حدی گرم می شود که اکسید منیزیم به بخار منیزیم احیا می یابد (در حالیکه اکسیژن یک ترکیب جامد با سیلیکون تشکیل می دهد) سپس به منیزیم خام جامد سرد می شود. سپس برای تولید شمش منیزیم با خلوص بالا ذوب می شود.

ساخت و استخراج شمش منیزیوم

منیزیم با الکترولیز مذاب کلرید منیزیم و با احیای حرارتی فلز اکسید منیزیم با سیلیکون بصورت تجاری تولید می شود. طیف گسترده ای از فرایندها برای تولید منیزیم استفاده می شود.

استخراج منیزیم توسط الکترولیز شامل دو مرحله است:

1. تهیه خوراک سلول کلرید منیزیم
2. الکترولیز

استخراج فرآیندها با تصفیه و ریخته گری دنبال می شوند.

الکترولیز اکسید منیزیم حل شده در فلوراید مذاب در نظر گرفته شده است. با این حال، حلالیت اکسید منیزیم در الکترولیت کم است. راه حل های عملی برای جمع آوری فلز یافت نشده است.

الکترولیز کلرید منیزیم در محلول آبی، هیدروژن و نه منیزیم را در کاتد آزاد می کند. تلاش برای الکترولیز نمک منیزیم در حلال های آلی موفقیت آمیز نبوده است. احیای حرارتی کربن اکسید منیزیم بصورت صنعتی استفاده نمی شود.

مشکلات اصلی دمای بالای واکنش (2000- 1800 درجه سانتیگراد) و سرمایش سریع گازهای واکنش برای جلوگیری از تشکیل اکسید منیزیم است. مطالعات تجربی اخیر براساس انبساط سریع آدیاباتیک گازها یا خنک شدن در فلز مذاب صورت گرفته است.