Cet article décrit trois méthodes d'extraction du magnésium: le procédé Pidgeon horizontal, le procédé Pidgeon vertical et la réduction aluminothermique.

Comment le magnésium est-il extrait?

Production primaire de magnésium Comment le magnésium est-il extrait?

Auteur / Editeur: Ilhan Goknel / Nicole Kareta

Le magnésium métallique est utilisé dans une large gamme de marchés et d’applications exploitant les propriétés physiques et mécaniques uniques de l’élément et de ses alliages. L’utilisation de magnésium augmente chaque année car les propriétés de légèreté sont utilisées pour réduire le poids, augmenter le rendement énergétique et réduire les émissions de gaz à effet de serre. Mais comment le magnésium est-il extrait?

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Cet article décrit trois méthodes d’extraction du magnésium: le procédé Pidgeon horizontal, le procédé Pidgeon vertical et la réduction aluminothermique.

Extraction de magnésium: procédé Pidgeon horizontal

En 1941, le Dr Pidgeon de Dominion Magnesium au Canada a mis au point le procédé Pidgeon. Les réactions chimiques pour le processus thermique sont relativement simples, y compris la décomposition de la dolomie et la réduction de l’oxyde de magnésium. La décomposition ou la calcination de la dolomie implique une réaction chimique endothermique à une température élevée.
MgCO3.CaCO3 MgO + CaO + 2CO2
En fonction des caractéristiques physiques requises pour la dolime, la température de calcination peut varier de 780 à 1450 ° C dans les conditions de calcination avec une influence sur la réaction de réduction.

La dolomie calcinée est ensuite mélangée avec un réducteur, typiquement du silicium ou de l’aluminium, et chauffée à environ 1150 à 1400 ° C. A une basse pression d’environ 3 à 10 Pa d’oxyde de magnésium dans la dolomie réduite en magnésium métallique qui s’est échappé sous forme de gaz de la zone de réaction et est capturé à une température réduite.
2MgO + 2CaO + Si 2Mg + CaO.SiO2

3MgO + 2CaO + 2 l 3Mg + 2CaO.l2O3

Schéma de principe et consommations du procédé Pidgeon horizontal.
Schéma de principe et consommations du procédé Pidgeon horizontal.

(Source: Ilhan Goknel)

La réduction des oxydes alcalino-terreux au moyen du silicium se déroule théoriquement selon l’équation:
2 MO (S) + Si (s) = SiO2(s) + 2 M (g) (I)
La réaction est réversible. Généralement, il procède de droite à gauche pour permettre des températures avec émission de chaleur et de gauche à droite uniquement à des températures élevées avec absorption de chaleur. Cependant, cette simple équation n’est pas suivie et une réaction secondaire se produit toujours dans laquelle la silice résultante se combine avec une certaine quantité d’oxyde alcalino-terreux n’ayant pas réagi, formant un silicate. Ainsi, lorsqu’un mélange réactionnel théorique est utilisé selon la réaction telle que décrite ci-dessus, seule 1 mole d’oxyde est réduite de 2 moles d’oxyde métallique et 1 mole de silicium et 1 mole de métal est formée et ½ mole de silicium reste inutilisée. Pour une utilisation complète de l’agent réducteur, il est nécessaire d’avoir deux fois la quantité d’oxyde indiquée dans l’équation:
4 MO (s) + Si (s) = 2 MO.SiO2(s) + 2 M (g) (II)

En général, les cas de réaction lorsqu’un silicate dibasique 2MO.SiO2 a été formé. Il a montré que dans un système oxyde-silice alcalino-terreux, le silicate dibasique est de préférence formé. Par conséquent, dans le cas du MgO, la réaction suit l’équation (II) où Mg remplace M. Cette méthode de réduction d’oxyde alcalino-terreux par agents réducteurs produit un métal volatil et un oxyde non volatil connu sous le nom de début 1878.

Le processus de réduction thermique se déroule comme suit:

  • 1. Calcination de la dolomie en dolomie,
  • 2. Mélange de la dolime avec un réducteur, tel que le ferrosilicium,
  • 3. Le chauffage du mélange dolime-réducteur est un récipient sous vide,
  • 4. Condensation de la vapeur de magnésium libérée,
  • 5. Fusion, alliage et coulée du magnésium condensé.

Production primaire de magnésium: procédés et matériaux

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1. Processus Pidgeon horizontal
2. dolomite
3. calcination
4. réduction
5. raffinage
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Extraction de magnésium: procédé vertical Pidgeon

Le procédé Pidgeon vertical est une technologie relativement nouvelle, avec de nombreux avantages par rapport au procédé Pidgeon horizontal. Plusieurs instituts en Chine ont fait passer le processus vertical à une échelle industrielle. Avec cette méthode, la cornue est montée dans le four en position verticale, le chargement et le déchargement du matériau fonctionnent automatiquement par gravité, équipé d’une machine assortie, prenant la technologie de contrôle modernisée pour surveiller le matériau se transformant en magnésium brut et décharger le laitier. Entre-temps, il utilise la chaleur résiduelle du laitier pour préchauffer le matériau; le processus vertical est considéré comme respectueux de l’environnement avec un taux d’application de chaleur élevé, ce qui garantit également l’automatisation, la mécanisation et une intensité de travail réduite de la production de magnésium.

Par rapport au processus horizontal traditionnel, le processus vertical présente les avantages suivants:

  • La capacité de production de la cornue unitaire passe de 25 à 30 kg par cornue à 65 à 70 kg. La cornue verticale a un bon résultat en chauffant, et tous les matériaux sont uniformément enrichis dans la cornue. Le champ de température dans la cornue est uniformément réparti, ce qui est propice au processus de réduction, et il pourrait être dilaté de manière appropriée pour obtenir le volume de la cornue.
  • Le cycle de production auxiliaire est raccourci de min. 1 heure par cycle, soit un total de min. 600 heures par an. Cela signifie une augmentation d’env. 8% de capacité et d’efficacité énergétique, par conséquent.
  • Le travail par gravité a une alimentation supérieure et un laitier inférieur, équipés de l’équipement approprié pour réaliser l’évacuation des scories et du magnésium brut pour le transfert mécanique. Il décharge automatiquement le laitier, brise le vide, ouvre la cornue et prend le moule en magnésium grâce à une technologie de contrôle moderne, ce qui peut considérablement raccourcir la période de production auxiliaire et réduire les besoins en main-d’œuvre.
  • Le procédé vertical Pidgeon améliore la durée de vie de la cornue de réduction. Le temps de chargement et de scories est raccourci et le matériau est préchauffé. Le phénomène d’augmentation et de baisse brutales de la température du réservoir est atténué et la durée de vie de la cornue de réduction est améliorée. En améliorant la composition de l’alliage de la cornue, un entretien minimum peut être obtenu. En conséquence, un atelier supplémentaire pour le recyclage des autoclaves peut être remplacé par des tiers contractants pour le recyclage.
  • La charge matérielle, le déchargement des scories, le magnésium brut extrait peuvent être effectués par des machines et par gravité; ainsi, l’intensité du travail pourrait être réduite.

En raison du grand potentiel des conceptions légères, les alliages de magnésium sont de plus en plus demandés.

Extraction de magnésium: réduction aluminothermique

Le nouveau processus de fusion de magnésium propre de dolomite comporte deux parties. Le premier est un nouveau procédé pour l’utilisation complète de la séparation du calcium et du magnésium de la dolomite. Ce processus produit du carbonate de magnésium, qui est une matière première de la fusion du magnésium. Cette étape résout le problème que le laitier de réduction de la méthode Pigeon ne peut pas être utilisé de manière exhaustive. Le second est l’utilisation de la réduction aluminothermique, un nouveau procédé de fusion du magnésium, qui résout les résidus de gaz résiduaires de la fusion traditionnelle de magnésium et utilise la technologie de chauffage par micro-ondes la plus avancée aujourd’hui.

Partie 1: Nouvelle technologie d’utilisation complète de la séparation du calcium et du magnésium de la dolomite

Le nouveau procédé de cette configuration d’usine a été optimisé sur la base de la méthode de carbonisation sous pression secondaire. Tout d’abord, l’équipement de calcination de la dolomie a été amélioré, puis les conditions de processus ultérieures ont été optimisées et améliorées, et la section chimique secondaire au carbone sous pression a été éliminée. Pour simplifier, l’efficacité de carbonisation est grandement améliorée et la qualité du produit est meilleure. Dans le même temps, l’ensemble du processus a pleinement réalisé un nouveau processus de production propre sans gaz résiduaire, résidu de déchets et rejet d’eaux usées.

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Statu quo: La lenteur des progrès dans l'utilisation des alliages de magnésium dans le moulage sous pression est due au manque de nouvelles technologies et aux coûts élevés.

Partie 2: Nouvelle technologie de fusion de magnésium par réduction de thermite

Méthode de réduction de thermite: Le principe de la technologie de production de magnésium, dans des conditions de vide, utilisant de l’aluminium métallique comme agent réducteur pour réduire l’oxyde de magnésium pour préparer du magnésium métallique et un spinelle de magnésium et d’aluminium sous-produit. Le processus de préparation comprend un processus de mélange de matières premières et un processus de fusion sous vide.

Par rapport à la méthode Pigeon, la quantité totale de matériaux de réduction dans cette technologie est réduite de plus de 50%. La consommation d’énergie est réduite d’environ 54% et le CO2 les émissions de gaz de queue sont proches de zéro; la poudre de spinelle en tant que sous-produit peut être vendue en tant que produit et aucun résidu de déchet n’est généré. Le processus est entièrement conforme aux exigences de haute efficacité, d’économie d’énergie, de propreté et de protection de l’environnement.

Extraction de magnésium: conclusion

Au cours des deux dernières décennies, la production mondiale de magnésium métal a connu une période de forte croissance, malgré quelques interruptions. Depuis 2002, la production primaire et secondaire mondiale totale est passée d’environ 630 kt à un peu plus de 1,1 Mt, soit un taux de croissance annuel cumulé (TCAC) de 5%. Les récentes augmentations de la production primaire ont eu lieu presque exclusivement en Chine, la production diminuant ou cessant dans plusieurs pays occidentaux.

Le coût des matières premières, de l’énergie et de la main-d’œuvre en Chine augmente également, de sorte que les dépenses d’exploitation des usines chinoises de Pidgeon augmentent, poussant ainsi le coût de la production chinoise de magnésium plus proche de ceux des usines ailleurs dans le monde.

Le potentiel de risque élevé concerne principalement les produits en alliage de magnésium avec du magnésium pur sous forme de poudre ou de rubans utilisés à des fins photographiques et pyrotechniques ainsi que pour les expériences de chimie au lycée.

Selon le 12e plan quinquennal du gouvernement chinois, les objectifs de l’industrie chinoise du magnésium sont le développement de la production, les économies d’énergie et la réduction des émissions, ainsi qu’une contribution accrue à l’innovation technologique et à l’ajustement structurel.

En raison des coûts d’investissement importants impliqués, la capacité de la nouvelle usine d’électrolyse restera probablement minime. La construction d’une nouvelle capacité de centrale thermique est plus probable, réalisée soit par Pidgeon ou des usines de production de procédés alternatifs, soit par des innovations dans les méthodes de production de matières premières pour une usine de traitement Pidgeon optimisée.

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