سفارش طرح توجیهی
ایده هاایده های صنعتی

طرح توجیهی تولید فلز منیزیم از دولومیت

دولومیت

دولومیت یکی از کانی هاي رایج سازنده سنگهاي رسوبی با ساختار شیمیایی متشکل از کربنات کلسیم و منیزیم 2(CaMg (CO3 می باشد که در سیستم رومبوئدریک متبلور شده و در سه جهت رخ کامل دارند . اکثر دولومیت ها به رنگ هاي خاکستري مایل به کرم و سفید مایل به خاکستري یافت می شوند ولی برخی به رنگ هاي چون سفید ، زرد ، سبز و سیاه هم دیده می شوند.

وزن مخصوص این ماده معدنی حدود 6/2 گرم بر سانتیمترمکعب ، سختی آن 4-3/5 و داراي جلاي شیشه اي یا مرواریدي است.

عناصر تشکیل دهنده دولومیت عمدتاً اکسید منیزیم (MgO) و آهک (CaO) می باشد ولی ممکن است عناصر دیگري چون اکسید هاي آهن ، سدیم و پتاسیم نیز در ساختمان آنها یافت شود. این کانی حاوي %4/30 اکسید کلسیم، 21/92% اکسید منیزیم و 47/7% دي اکسید کربن می باشد.

کانی هاي کربناته شامل کلسیت، آراگونیت، دولومیت می باشد . شاید هیچ ماده معدنی دیگري، مصارفی را که سنگ آهک و دولومیت دارند، نداشته باشد. سنگهاي کربناته به خاطر خواص فیزیکی خود پایههاي اساسی صنعت مصالح ساختمانی را تشکیل میدهند و از بدو تمدن بشري مورد استفاده بوده و در حال حاضر نیز مصارف این سنگها رو به افزایش است.

سنگ هاي کربناته 50٪ مخازن نفت و گاز دنیا و95٪ مخازن نفت و گاز ایران را شامل می شوند. رسوبات کربناته از کلسیت (کم یا پرمنیزیم) و یا آراگونیت و مقداري نیز دولومیت، پیریت و کوارتز، تشکیل شده اند.

با توجه به اهمیت و کاربرد وسیع دولومیت ها در صنایع گوناگون همچون صنایع ساختمانی (کاشی و سرامیک سازي، شفته ریزي ، شیشه سازي و . . . ) ذوب فلزات (به عنوان گداز آور)، کشاورزي (به عنوان کود و تنظیم کننده مواد مغذي در خاك)، تهیه منگنز از آب دریا (کنترل کنندهPH ) ، تولید اکسید و هیدروکسید منیزیم، صنایع نسوز (آجر شاموتی، سیمان سازي و …) پر کننده در لاستیک، لاکسازي، رنگسازي و … این دسته از سنگ هاي کربناته از سالیان گذشته مورد توجه و بررسی محققین بوده اند.

نام دولومیت هم به کانی و هم به سنگی اطلاق می شود که داراي فرمول 2(CaMg(CO3 بوده و نحوه قرارگرفتن یون هاي کلسیم و منیزیم در آن منظم باشد.

مطلب مرتبط : طرح توجیهی تولید پلی سیلیکون

دولومیت ها و انواع آنها از نظر طرز تشکیل:

از نظر طرز تشکیل چند نو دولومیت معرفی شده است:

  1. دولومیت اولیه Syngenetic :
    دولومیت دیاژنز اولیه که در آن جانشینی پس از ته نشست و قبل از سیمانی شدن رسوب صورت می گیرد. این دولومیت ها در بین سري هاي تبخیري و به همراه ژیپس، انیدریت و نمک طعام یافت می شوند. تشکیل دولومیت در محیط دریایی به صورت اولیه بسیار نادر است، اگر چه مقدار نمک هاي منیزیم در آب دریا حدوداً سه برابرنمک هاي کلسیم است و لیکن هنوز از حد اشباع بودن خود بسیار دورند و تنها تبخیر است که می تواند این نمک ها را به حد اشباع نزدیک کند.
  2. دولومیت ثانویه Diagenetic :
    دولومیت دیاژنز تاخیري که در آن جانشینی پس از سیمانی شدن رسوب انجام می شود. این گونه دولومیت ها همراه سري هاي تبخیري نیستند، ترك هاي گلی، قشر هاي جلبکی (Algal mats) و دیگر شواهد دال بر محدود بودن حرفه وجود ندارد همچنین شواهدي از کلسیتی بودن سنگ اولیه وجود دارد مثلأ دولومیتی شدن فسیل هایی که اطمینان می رود در زمان تشکیل کلسیتی بوده اند و نیز مقادیر ایزوتوپی و عناصر کمیاب کانی هاي دولومیت، به طور خلاصه عواملی چون حرارت، نظم یونی در دولومیت ها، نسبت منیزیم به کلسیم، شوري، نقش یون سولفات، رژیم هیدرولیکی مناسب و خصوصیات سنگ شناسی سنگ اولیه در تشکیل دولومیت ثانویه مؤثرند.

    شواهدي از قبیل فسیل هاي آهکی جانشین شده، داده هاي ایزوتوپی و تجزیه شیمیایی نشان دهنده این است که بخش اعظم دولومیت ها، ثانویه می باشند و دولومیت هاي اولیه نادرترند.

طرح توجیهی تولید منیزیم

منیزیم

فلز راهبردي منیزیم بدلیل چگالی پایین، استحکام بالا، جوش پذیري و ماشین کاري آسان، استفاده گسترده اي در صنایع خودرو، فولاد، آلومینیوم و هوافضا دارد و با هدف تامین نیاز کشور به این فلز راهبردي، طرح تولید شمش منیزیم در دستور کار قرار دارد. بدلیل وجود منابع غنی دولومیت در کشور، امکان ایجاد ارزش افزوده از این منابع خدادادي بررسی شد که با سرمایه گذاري مشترك بخش خصوصی و دولتی، میتوان کارخانه تولید شمش منیزیم از دولومیت در کشور را راه اندازي نمود.

با توجه به نیاز صنعت خودرو به تولید قطعات سبک و مستحکم با هدف کاهش مصرف سوخت و آلایندگی و همچنین افزایش ایمنی خودروها، طرح دایکست منیزیم که پایین دستی طرح تولید شمش محسوب می شود نیز قابل انجام است .همچنین راه اندازي زنجیره ارزش منیزیم و صنایع پایین دستی این فلز، نظیر تولید آلیاژها، ورقها، لوله و مقاطع، آند و پودر منیزیمی، اقتصادي است.

با راه اندازي طرح هاي تولید آلومینیوم و گسترش صنایع ساخت قطعات منیزیمی، پیش بینی می شود نیاز کشور به منیزیم و آلیاژهاي منیزیمی در سالهاي آتی، افزایش قابل توجهی را نشان دهد.

روش هاي متنوعی همچون استحصال منیزیم از آب دریا وجود دارد که بلحاظ هزینه هاي بالا رقابتی نیست؛ لیکن روش تولید انتخابی ، فرایند سیلیکوترمی با استفاده از دولومیت و سیلیس است که اکنون مورد مصرف کشورهایی نظیر چین است.

منیزیم یک فلز راهبردي است. به دلیل داشتن چگالی بسیار پایین به عنوان سبک ترین فلز سازه اي با عدد اتمی 12 و دارا بودن مشخصات فلزي مناسب مثل جوش پذیري، ماشین کاري آسان، لحیم پذیري و… در صنایع مختلف از جمله خودروسازي مورد استفاده قرار می گیرد . منیزیم در صنعت به صورت خالص، اکسید منیزیم و آلیاژ کاربرد دارد.

منیزیم خالص نرم و فاقد استحکام است و در مواد آتش زا، موشک هاي منور، بمب هاي آتش زا، سوخت جنگ افزارها و احیاي فلزات گرانبها مثل تیتانیوم به دلیل میل ترکیبی بالاي این فلز با اکسیژن به کار می رود. اکسید منیزیم تحت نام منیزیت و دولومیت در تولید شیشه، صنایع عایق، سیمان، تولید رنگ برها، کودهاي شیمیایی، انواع خوراك دام، ساخت نسوزها و دیرگدازها، کمک ذوب در ذوب فلزات آهنی و غیرآهنی، پالایش و تصفیه فاضلاب ها، زدودن فلزات سنگین و سیلیکات ها و موارد بسیار دیگر کاربرد دارد، اما آنچه منیزیم را این روزها در سطح جهان بارز کرده است، آلیاژ آن با فلزات دیگر مثل آلومینیم است که به صورت هاي شمش و شکل یافته ، مورد مصرف قرار می گیرد و تقاضاي جهانی براي آن روزافزون است .

عمده ترین استفاده کننده از فلز منیزیم

خودروسازي و صنایع هوافضا. با توجه به پتانسیل کشور ما در تامین مواد معدنی و انرژي ارزان، راه اندازي واحدهاي تولیدي متعدد منیزیم در سطح کشور بویژه در استان هاي محروم. آینده روشنی را براي تولید این فلز سبک در پیش رو دارد. این امر موجب اشتغال بیشتر افراد و نیز ارتقاي دانش تخصصی می شود. با وجود آن که منیزیم فلزي سبک، راهبردي و پرمصرف است و با وجود دسترسی به مواد اولیه فراوان آن در معادن ایران، متاسفانه به دلیل نبود فناوري مناسب، تاکنون هیچ اقدامی براي استخراج آن انجام نشده است .

مطلب مرتبط : طرح توجیهی تولید کربوکسی متیل سلولز

فلز منیزیم خالص

دامنه استفاده از آن بسیار وسیع است. به عنوان پرکننده در صنایع لاستیک و پلاستیک، در صنایع سلولزي، خمیر کاغذ و تولید کاغذ، به عنوان عامل پوشش دهنده در تولید لوازم آرایشی و در صنعت داروسازي به عنوان داروي ضداسید و پایه پودر بهداشتی به کار می رود. در صنعت سرامیک، شیشه و رزین هم کاربرد دارد .

سازگاري با محیط زیست

منیزیم دوست طبیعت است. شاید در کشوري مثل چین که براي تولید آن از ذغال سنگ استفاده می شود، مشکل ساز باشد؛ اما در کشور ما با وجود سوخت گاز طبیعی به عنوان سوخت پاك ، مزیت بزرگی است که بتوانیم بدون آلودگی محیط، در تولید و استخراج این فلز مستقل شویم.

همچنین از منیزیم براي تولید شیشه، سیمان، گلوله هاي کوچک گرافیت، تیتانیوم و بدنه اتومبیل نیز استفاده می شود. کاربرد آن در صنایع عمرانی، کشاورزي، شیمیایی، ریخته گري و موشک سازي، کمک به جداسازي گوگرد از آهن و فولاد، ساخت مواد منفجره و فلاش دوربین عکاسی است.

کشورهاي عمده تولید کننده و مصرف کننده منیزیم

کشورهاي عمده تولید کننده و مصرف کننده محصول ، کشورهاي داراي منابع اولیه منجمله چین و ایالات متحده می باشند. لازم به ذکر است فراوري محصول در اکثر کشورهاي صنعتی جهان در حال انجام است.

شرایط صادرات منیزیم

محدودیتی جهت صادرات محصول وجود ندارد اما با توجه به نیاز بالاي کشور در حال حاضر تنها تولید کنندگان می توانند پاسخگوي نیاز داخل باشند.

بررسی روش تولید منیزیم از دولومیت

در فاز اول سنگ دولومیت مورد نیاز از معدن خریداري و به کارخانه حمل میگردد، پس از تحویل گیري مواد اولیه ، سنگهاي معدنی توسط کارگران جداسازي میگردد . آنگاه توسط کارگر و یا لودر در داخل سنگ شکن هاي مورد نظر ریخته میشود و خرد میگردد .

سپس دانه بندي و مش بندي شده و پودر مربوطه دانه شکري با قطر یک میلی متر کلسینه میگردد و سپس سرد شده و نرم میگردد . به موازات دولومیت دیگر مواد اولیه یعنی فروسیلیس خرد و نرم شده و در نقطه اي مشترك در کنار دولومیت کلسینه شده ونرم با اضافه شدن مقداري مواد افزودنی بخصوص و مخلوط سازي توسط دستگاههاي مخصوص و موجود در خط تولید به محصول نهائی که همان دولومیت فرآوري شده میباشد تبدیل میگردد .

روش استخراج سیلیکوترمی

در این فناوري، منیزیم با خلوص 8/99 درصد به روش حرارتی، احیاي سیلیکوترمی استخراج می شود. فرآیند احیا در یک رآکتور بسته (رتیورت) انجام می شود که شرایط دما و فشار آن از بیرون قابل تنظیم است. تعداد زیادي از آنها را می توان در یک کوره قرار داد. به دلیل فعالیت بالاي فلز منیزیم ، طراحی این رآکتور از حساسیت ویژه اي برخوردار ست .

منیزیم در دنیا به 2 روش الکترولیز و حرارتی تولید می شود .روش حرارتی با توجه به نوع انرژي مصرفی از برتري ویژه اي برخوردار است. روش الکترولیز با استفاده از آب دریا که حاوي مقدار زیادي منیزیم است انجام می شود.

روش حرارتی با استفاده از معادن بسیار زیاد در ایران مناسب است، ارزان تر تمام می شود و اشتغال زایی بالا دارد و با سرمایه گذاري کم قابل انجام است، تا جایی که کشور چین بر همین پایه و اساس توانسته است با تولید بیش از 80 درصد منیزیم کل جهان رهبري تولید منیزیم در جهان را از آن خود کند و در رقابت با تولیدکنندگان اروپایی که از روش الکترولیز (انرژي الکتریکی) بهره می برند، پیشقدم باشد.

تولید نیمه صنعتی منیزیم به روش احیاي حرارتی (سیلیکوترمی) مورد بررسی قرار گرفته است. مواد اولیه مصرفی کانه دولومیت تکلیس شده با عیار تقریبی 99% و نیز فروسیلیس تجاري (عیار 75%) می باشد. این طرح بر پایه روش حرارتی پیگون و در یک ریتورت فولادي تحت شرایط خلاء عمل می نماید.

همچنین از یک کوره گاز سوز جهت تامین انرژي مورد نیاز طرح استفاده شده است. محصول نهایی کریستالهاي منیزیم با خلوص 8/99 درصد می باشد. در این طرح فرآیند استحصال بهینه سازي شده (میزان بازیابی بالاي 95%) و همچنین پارامترهاي دما، فشار، زمان و کاتالیست، بر بازده تولید منیزیم بررسی شده است.

 شمش منیزیم

استخراج منیزیم به روش الکترولیز

منیزیم به صورت قطراتی روي کاتد رسوب کرده و به طرف سطح الکترولیت رشد می کند،در حالیکه کلر در آند متصاعد می گردد و جهت تولید کلرید منیزیم بازیافت می شود.دومین فرآیند الکترولیز تولید منیزیم،به وسیله شرکت شیمیاییDOW توسعه یافت و در بزرگترین واحد جهانی تولید منیزیم واقع در بندر آزاد تگزاس که mgCl2 از آب دریا استخراج می کند،مورد استفاده قرار گرفته است.

منیزیم به صورت هیدروکسید در اثر افزودن آهک رسوب کرده و سپس در اسید کلریدریک حل می گردد. محلول به دست آمده متعاقباً تغلیظ و خشک شده و mgCl2 هیدراته شده آماده شارژ به سلول الکترولیز می شود.بر خلاف فرآیند IG سلولهاي الکترولیز از جنس فولاد ساخته شده که به عنوان کاتد عمل کرده و از بیرون حرارت داده می شود. این سلولها در محدوده 7-6 ولت و جریان 90000 آمپر کار می کنند .

انرژي مصرف شده به ازاء یک کیلوگرم منیزیم تولید شده حدود 12/5 کیلو وات ساعت در فرآیندIG و 17/5 کیلو وات ساعت در مورد سلول مربوط به شرکت DOW می باشد و لیکن هر کدام از فرآیندها نیاز به حدود 15کیلو وات ساعت انرژي اضافه جهت آماده سازي کلریدمنیزیم بدون آب براي شارژ به داخل سلول دارد که در این قسمت امکان صرفه جویی قابل ملاحظه وجود دارد.

تولید منیزیم با استفاده از فرآیندهاي حرارتی

تولید منیزیم با استفاده از احیایی حرارتی مستقیم دولومیت کلسینه شده با فروسیلیکون مطابق واکنش ساده زیر صورت می گیرد.
CAO.Mgo+Si→2mg+(cao)2sio22
در فرآیند پیچن بریکت هاي متشکل از مواد واکنش کننده در اندازه هاي 150 کیلوگرمی به داخل راکتورهاي استوانه اي شکل فولادي که تحت خلاء 1/0 torr قرار دارد و از بیرون تا دماي 1200 درجه سانتی گراد گرم می شوند،شارژ می گردد.منیزیم تولید شده که به صورت بخار می باشد در انتهاي اکتور قرع که خارج از کوره قرار دارد و به وسیله آب خنک می شود،تقطیر می گردد.

از مزایاي فرآیند پیجن هزینه سرمایه گذاري نسبتاً پایین و حساس نبودن به خلوص مواد خام می باشد ولیکن محدودیت عمدة آن طولانی بودن زمان فرآیند می باشد به طوري که تقریباً 8 ساعت وقت لازم است تا حدود 20 کیلوگرم منیزیم در هر راکتور تولید گردد.

در فرآیند مگنترم،از کوره قوس الکتریک که در دماي حدود Ċ1550 و فشار داخلی torr )10- 15(کار می کند،استفاده می شود.چون واکنش در فاز مذاب اتفاق می افتد زمان لازم براي تکمیل آن کمتر از فرآیند پیچن خواهد بود.

مطلب مرتبط : طرح توجیهی تولید فرومنگنز، فروسیلیکومنگنز

عمل شارژ کوره ممکن به صورت پیوسته و تخلیه در فواصل زمانی منظم صورت گیرد.آلومینا با باکسیت به مخلوط شارژي اضافه می شود.تا سیلیکات کلسیم محصول جدا شده و به صورت سرباره خارج گردد.

در این حالت هم منیزیم به صورت بخار تولید شده و در یک کندانسور مجزا جامد می گردد و احدهاي تولید منیزیم به این روش در فرانسه ،ژاپن،امریکا و یوگسلاوي سابق قرار داشته و ظرفیت کوره به 11 تن بالغ می گردد.

در مجموع هزینه عملیاتی روش هاي سیلیکوترمی بیشتر از فرآیندهاي الکترولیز استخراج منیزیم می باشد.با این حال استفاده از روش هاي حرارتی به دلیل هزینه سرمایه گذاري کمتر و امکان اجرا در مقیاس کوچک ادامه دارد.تکنیک هاي حرارتی به دلیل هزینه سرمایه گذاري کمتر و امکان اجرا در مقیاس کوچک ادامه دارد.

تکنیک هاي حرارتی مختلفی تاکنون جهت استخراج منیزیم ارائه شده است ولیکن هیچکدام در حال حاضر در مقیاس تجارتی به بهره برداري نرسیده است.به عنوان نمونه یکی از روشهاي امیدبخش درآینده استفاده از کوره قوسی پلاسما است که در آن پلت هاي ساخته شده از مخلوط mgo و کک به داخل سرباره مذاب متشکل از Al2o3،cao ،mgo شارژ می شود با توجه به چگالی انرژي بالاي پلاسما و دماهاي بالاي حاصله در سطح سرباره در اثر واکنش هاي سیلیکوترمی (مثلا 1500c) امکان نگاه داشتن فشار بخار منیزیم در حد اتمسفر معمولی فراهم می گردد.

این مزیت به همراه بازده تقریباً کامل مصرف سیلیسیم باعث افزایش امکان رقابت اقتصادي روش حرارتی تولید منیزیم خواهد شد.

مواد اولیه مورد نیاز در طرح توجیهی تولید فلز منیزیم از دولومیت

  • سنگ دولومیت
  • فروسیلیس
  • فلوریت
امتیاز نویسنده

امتیاز کاربران: 3.17 ( 3 رای)
سفارش طرح توجیهی
دانلود رایگان طرح توجیهی

نوشته های مشابه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.

دکمه بازگشت به بالا
Call Now Buttonتماس فقط جهت سفارش طرح توجیهی