피지온 공정

Pidgeon 공정은 규소 감소를 통해 마그네슘 금속을 생산하는 방법 중 하나이다.^[1] 실제 생산에는 약 35–40 MWh/ton의 금속이 필요하며, 이는 용해된 소금 전해질 생산 방법과 동등하지만 이론적 최소치 이상이다.

화학

이 과정의 기본적인 화학 방정식은 다음과 같다.

Si_(s) + 2 MgO_(s) → SiO_2(s) + 2 Mg_(g) (고온, 증류비등대)

실리콘과 마그네슘은 실리카와 마그네슘을 생산하기 위해 반응한다.

엘링엄 다이어그램에 따르면, 이러한 반응은 열역학적으로 불리하지만, 르 샤틸리어의 평형주의 원칙에 따라, 연속적인 열의 공급과 제품 중 하나를 제거함으로써, 즉 마그네슘 증기를 방출함으로써, 여전히 오른쪽으로 운전될 수 있다. 마그네슘 금속의 대기압 비등점은 매우 낮고, 겨우 1090 °C에 불과하며, 진공상태도 더 낮다. 진공청소기는 낮은 온도를 허용하기 때문에 선호된다.

실리콘의 가장 보편적으로 사용되고 가장 싼 형태는 페로실리콘 합금이다. 합금에서 나온 철은 반응에서 구경꾼에 불과하다.

이 반응의 마그네슘 원료는 산화마그네슘으로, 몇 가지 방법으로 얻을 수 있다. 모든 경우에서 원료를 석회화하여 반응 온도에서 기체성인 이수소산화물과 이산화탄소를 모두 제거하고 마그네슘 증기를 따라다니며 반응을 되돌려야 한다.

한 가지 방법은 바다나 호수 물에서 염화마그네슘을 수산화물로 가수분해한 다음 물을 제거하여 산화마그네슘으로 석회화시키는 것이다. 또 다른 방법은 마그네사이트를 사용하는 것이다.이산화탄소를 제거하여 산화마그네슘에 석회화시킨 MgCO₃).

지금까지 가장 많이 사용되는 원료는 혼합(Ca,Mg)CO인₃ 채굴된 돌로마이트로, 반응 영역에 존재하는 산화칼슘이 실리카를 긁어내 열을 방출하고 제품 중 하나를 소비하여 평형을 오른쪽으로 밀어내는 데 도움을 준다.

(Ca,Mg)CO_3(s) → CaOMgO_(s)+ CO_2(g)(돌로마이트 석회화)

(Fe,Si)_(s) + 2 MgO_(s) 파운드 Fe_(s) + SiO_2(s) + 2 Mg_(g)

CaO + SiO₂ → CaSiO₃

피지온 공정은 미세 분말 석회돌로마이트와 페로실리콘을 혼합해 연탄, 니켈크롬-철강 합금으로 만든 리토트로 충전하는 일괄 공정이다. 레토트의 고온 반응 구역 부분은 기체 연소식, 석탄 연소식 또는 용해로에서 전기 가열식이며, 탈착식 배플이 장착된 응축 부분은 용해로에서 확장되어 수냉식이다. 증류로 인해 매우 높은 순도의 마그네슘 크라운이 생산되고, 그 크라운은 다시 정제되어 주괴로 주조된다.

탄수화물길

마그네슘으로의 탄수화물은 마그네슘 추출에 대한 낮은 에너지 경로로 오랫동안 인식되어 왔다.^[2] 1920년대 프리츠 요한 한스기르그에 의해 처음 개척되었으며, 이후 개선이 이루어졌다.^[3] 해결책은 역전율을 다루어야 한다. 화학은 다음과 같다.

C_(s) + MgO_(s) → CO_(g) + Mg_(g)

역사적 배경

이 과정은 1940년대 초 캐나다 국립연구위원회(NRC)의 로이드 몽고메리 피지에 의해 발명되었다.^[4] 첫 번째 공장은 1941년에 건설되었고 온타리오 주 헤일리 역에 도미니언 마그네슘이 운영했다. 이 공장은 63년 동안 가동되었는데, 가장 최근에 Timminco Metals에 의해 운영되었다.^{[citation needed]}

돌로마이트의 규소성 감소는 아마티가 1938년 그의 논문이 보관된 파두아 대학에서 처음 개발했다. 그 직후, 볼자노에 산업 생산이 설립되어, 현재 볼자노 공정이라고 알려진 것을 이용하였다. 이 과정은 2년 후 Pidgeon이 사용한 것과 유사한 개념으로 외부적으로 가열된 레토트를 사용한다.^[5]

지난 10년 동안,^[when?] Pidgeon 공정은 세계 마그네슘 생산을 지배하게 되었다. 중국은 거의 독점적으로 이 방법에 의존하고 있는 마그네슘 금속 공급국이다.^{[citation needed]}

1990년대 중반 이전에 마그네슘 금속 생산의 세계 시장은 전해 공정에 의해 지배되었고, 미국이 주요 공급국이었다. 다우케미칼은 80년 이상 미국 특허 2,888,389를 통해 TX주 프리포트 인근의 65kton/y 용량 공장을 통해 염화 마그네슘 전기분해를 추출한 바닷물을 기반으로 운영되었다. 다우는 1998년 공장이 문을 닫기 전까지 주요 마그네슘 금속 공급 업체였다. 2005년 현재 미국 유타주 마그네슘에는 현재 없어진 Magcorp에서 탄생한 단일 생산업체가 있다.^[6][7] 오바마 정부 초기에 중국산 수입품에 대해 111%의 비율의 반덤핑 관세가 부과되었다.^[8] 2017년까지 톈진 마그네슘 인터내셔널과 톈진 마그네슘 메탈에 대한 미국의 관세가 339.6%^[9]까지 올랐다.

2005년 기준으로 미국은 615kton/yr 중 약 45개(7%)를 생산했는데, 1995년에는 311kton/yr 중 140개(45%)가 생산되었다. 반면 중국은 2005년 615kton/yr(65%) 중 400개를 생산했는데 1995년 311kton/yr(4%) 중 12개를 생산했다. 마그네슘 금속의 가격은 1995년 2300/t에서 2001년 1300/t로 급락했으나, 2004년에는 페로실리콘 증가, 에너지 및 운송 비용, 그리고 전 세계적으로 심각한 반덤핑 관세 부과가 예상되면서 2300/t로 다시 올랐다.^{[citation needed]}

위에서 설명한 바와 같이 열 공정의 에너지 효율은 전해질 공정에 필적하며, 두 공정에 모두 대략 35-40 MWh/ton이 필요하다.^{[citation needed]} Pidgeon 방법은 기술적으로 덜 복잡하며, 증류/증류 증착 조건 때문에 고순도 제품을 쉽게 얻을 수 있다.

과거 미국 외에도 다른 주요 마그네슘 생산국들은 전통적으로 노르웨이/캐나다의 노르스크 하이드로(Norsk Hydro)를 포함했고, 그보다 적은 정도는 구소련 국가인 브라질과 프랑스 등이 모두 값싸고 풍부한 수력발전이나 원자력 전력을 보유하고 있다.^{[citation needed]} 이스라엘은 새로운 시장 진입자가 있는 반면 2004년 6월 호주의 마그네슘 인터내셔널사는 다우 전해질 공정을 이용해 이집트 속나에 100kton/yr 제련소를 계획했다.^{[citation needed][10]}

참조

외부출처

• USGS 최신 및 과거 데이터
• USEPA 데이터 파일 예제
• 세계 동향, 시장 - 2002년 12월
• 에너지 효율 기준