Hořčík je nejlehčím konstrukčním kovem běžně používaným v průmyslu a osmým nejrozšířenějším prvkem v zemské kůře. Jeho kombinace nízké hustoty, příznivého poměru pevnosti k hmotnosti, dobré tepelné a elektrické vodivosti a užitečné odolnosti vůči napadení slanou vodou vysvětluje, proč poptávka v dopravě, letectví, lékařství a elektronických aplikacích neustále roste. Komerční otázkou obvykle není, zda lze hořčík získat, ale která ze zavedených extrakčních cest vyhovuje dostupným surovinám, ceně energie a požadavkům na čistotu.
Suroviny a zdroje hořčíku
Hořčík se nikdy nenachází v kovovém stavu, takže každá cesta začíná sloučeninou. Tři hlavní suroviny jsou dolomit, magnezit a solanky obsahující hořčík nebo mořská voda. Dolomit dodává hořčík jako směsný uhličitan vápenato-hořečnatý a je klasickým krmivem pro silikotermní redukci. Magnezit se kalcinuje na hořčík pro redukci nebo chloraci. Mořská voda a solanky ze slaných jezer spolu se solankami ze studní a potaše obsahují chlorid hořečnatý a jsou preferovaným zdrojem tam, kde již existuje chemický komplex chloru, alkálie nebo soli, protože krok koncentrace může sdílet infrastrukturu se stávajícím závodem.
| Vstupní suroviny | Hořčíková ložisková směs | Preferovaná trasa |
|---|---|---|
| Dolomit | Uhličitan hořečnatý vápenatý, kalcinovaný na oxid | Silikotermická tepelná redukce |
| Magnezit | Oxid hořečnatý po kalcinaci | Tepelná redukce nebo chlorace |
| Mořská voda a solanka ze slaného jezera | Chlorid hořečnatý | Elektrolýza roztavené soli |
Cesta jedna: Elektrolýza roztavené soli
Elektrolýza chloridu hořečnatého je standardní cestou k vysoce čistému kovu, kde je k dispozici přívod chloridu. Bezvodý chlorid hořečnatý se roztaví s nosnými solemi a lázní prochází elektrický proud. Ionty hořčíku migrují ke katodě, kde se redukují na roztavený kov, který plave na elektrolytu kvůli jeho nižší hustotě, a na anodě se uvolňuje chlór. Kov je periodicky odpichován nebo vyzvedáván z článku a vedlejší produkt chloru je normálně recyklován do chlorace nebo do okruhu solanky. Cesta poskytuje čistou separaci kovu a plynu a vyhovuje velké kontinuální výrobě, ale je citlivá na vodu a oxidy v nástřiku, a proto jsou sušení nástřiku a čištění taveniny kritickými kontrolními body.
Druhá cesta: Tepelná redukce
Tepelná redukce se vyhýbá elektrické energii elektrolýzy a místo toho využívá chemickou redukční energii. V silikotermickém procesu se kalcinovaný dolomit smíchá s ferosiliciem a malým množstvím fluoritu, briketuje a plní do retort. Retorty se zahřejí na asi 1150 až 1200 C a udržují se ve vakuu zhruba 10 až 100 Pa, což posouvá reakci směrem ke kovovému hořčíku. Páry hořčíku opouštějí vsázku a kondenzují jako krystaly v chladnější části retorty a zbytek je vypouštěn jako kalciumsilikátová struska. Aluminotermické a karbotermické varianty používají hliník nebo uhlík jako redukční činidlo a dosahují vyšších teplot; mohou poskytovat velmi vysoký výkon, ale jsou náročnější na konstrukci pece a řízení kondenzace.
Rafinace, lití a dodávky jakosti
Surový hořčík z retorty nebo cely obsahuje soli, oxidy a kovové nečistoty, proto je před litím ingotů přetavován v ochranné atmosféře a rafinován tavidlem nebo probubláváním plynem. Ingoty jsou odlévány do standardních tvarů pro přetavení a čistota je uvedena v souladu s národní specifikací pro primární hořčíkový ingot, GB/T 3499, která definuje jakosti jako Mg9999 s minimálním obsahem hořčíku 99,99 % až po Mg9995 s 99,95 % a Mg9990 s 99,90 %. Kupující si vybírají jakost podle limitů zbytkových nečistot, které jsou důležité pro jejich slitinu nebo pro odsiřovací činidlo, a dodavatelé obvykle přidávají certifikát o analýze obsahu železa, křemíku, niklu, mědi a chloridů.
Hlavní aplikace a bezpečnost manipulace
Slitiny hliníku: hořčík je standardní tužidlo a posiluje rodiny 5xxx a 7xxx.
Tlakové lití a konstrukční díly: slitiny hořčíku poskytují tenkostěnné, lehké komponenty pro vozidla a přenosná zařízení.
Letecký a kosmický průmysl a doprava: Snížení hmotnosti zlepšuje užitečné zatížení a palivovou účinnost u draků letadel a vnitřních konstrukcí.
Zdravotnické prostředky: slitiny hořčíku jsou biokompatibilní a bioabsorbovatelné, proto se používají při ortopedické fixaci.
Elektronika: chladiče a lehká pouzdra těží z dobré tepelné a elektrické vodivosti.
Úprava oceli a železa: hořčík se používá k odsíření horkého kovu před výrobou oceli.
Katodická ochrana: hořčíkové anody chrání podzemní potrubí a nádrže obětním působením.
Hořčík je hořlavý jako jemné třísky a prášek, reaguje s vodou a kyselinami a hoří velmi jasným plamenem, takže skladování a tavení musí být udržovány v suchu a mimo zdroje zapálení. Dobré větrání, ochranný oděv, suchá hasicí média a vyhrazené skladování se správnou klasifikací výbušné atmosféry jsou součástí běžné praxe závodu a manipulace s roztaveným kovem vždy vyžaduje tavidlo nebo ochranný plynový kryt.
Často kladené otázky
Otázka: Lze kovový hořčík získat z mořské vody?
Ano. Mořská voda a solanky ze slaného jezera se zahustí na chlorid hořečnatý, voda se odstraní a bezvodá sůl se přivede do elektrolyzéru.
Otázka: Jaká je nejběžnější cesta tepelné redukce?
Silikotermický proces, při kterém je kalcinovaný dolomit redukován ferosiliciem ve vakuu v externě vyhřívaných retortách, přičemž hořčík kondenzuje jako krystaly.
Otázka: Proč se při redukci používá vakuum?
Snížení tlaku odstraňuje páry hořčíku z reakční zóny, což pohání redukci vpřed a zabraňuje reoxidaci kovu.
Otázka: Jak je specifikována čistota?
Primární hořčíkový ingot je klasifikován podle GB/T 3499, s jakostí od Mg9999 s 99,99 % hořčíku až po standardní jakost Mg9990 s 99,90 %.
Otázka: Je hořčík bezpečný pro skladování?
Pevné ingoty jsou stabilní, když jsou udržovány v suchu, ale třísky a prášek jsou hořlavé a musí být izolovány od vody, kyselin a zdrojů vznícení.
Otázka: Na co se kromě slitin používá hořčík?
Používá se jako obětní anoda pro katodickou ochranu, jako odsiřovací činidlo při výrobě železa a oceli a jako redukční činidla pro jiné kovy.
