El proceso Pidgeon es un método práctico para fundir magnesio . El método más común implica que la materia prima, dolomita , se introduce en un tanque de reducción calentado externamente y luego se reduce térmicamente a magnesio metálico utilizando ferrosilicio al 75 % como agente reductor al vacío . [1] En general, los procesos de fundición de magnesio a través del proceso Pidgeon implican calcinación , molienda y granulación de dolomita , y reducción térmica al vacío. [1]
Además del proceso Pidgeon, también se utiliza la electrólisis del cloruro de magnesio para la producción comercial de magnesio, especialmente para minerales de magnesita , [2] que en un momento dado representaron el 75% de la producción mundial de magnesio. [3]
Con la tecnología del año 2000, se necesitaban entre 17 y 20 kilovatios-hora por kilo de magnesio producido mediante el proceso Pidgeon. [2] Todos los procesos Pidgeon en Canadá en el año 2000 utilizaban SF6 para cubrir la reacción y no introducir oxígeno extraviado en ella. En 2000 se estaban realizando investigaciones para sustituir el SF6 por trifluoruro de boro . [2] En 2011, la producción de magnesio había abandonado Canadá en virtud del Protocolo de Kioto . [4] Wu, Han y Liu se jactaban de que "China es el mayor productor mundial de magnesio primario y tiene una industria de fundición de magnesio que se basa principalmente en el proceso Pidgeon" en una época en la que China había obtenido una cuota de mercado del 80% de la producción de magnesio metálico. [1]
La reacción general que ocurre en el proceso Pidgeon es:
Para uso industrial, se utiliza ferrosilicio en lugar de silicio puro porque es más barato y se consigue más fácilmente. El hierro de la aleación es un espectador en la reacción. El CaC2 también se puede utilizar como una alternativa aún más barata al silicio y al ferrosilicio, pero es desventajoso porque disminuye ligeramente el rendimiento de magnesio. [5]
La materia prima de magnesio de este tipo de reacción es el óxido de magnesio , que se obtiene de muchas formas. En todos los casos, las materias primas deben calcinarse para eliminar tanto el agua como el dióxido de carbono. El óxido de magnesio también se puede obtener a partir del agua de mar o de lago, hidrolizando el cloruro de magnesio a hidróxido. El Mg(OH) 2 se deshidrata térmicamente. Otra opción es utilizar magnesita extraída (MgCO3 ) calcinada a óxido de magnesio.
La materia prima más utilizada es la dolomita extraída, una mezcla de (Ca,Mg)CO3 , donde el óxido de calcio presente en la zona de reacción elimina la sílice formada, liberando calor y consumiendo uno de los productos, lo que en última instancia ayuda a empujar el equilibrio hacia la derecha. c(1) Calcinación de dolomita
(2) Reducción
El proceso Pidgeon es una reacción endotérmica ( H° ~183,0 kJ/mol Si). Termodinámicamente hablando, las temperaturas disminuyen cuando se utiliza el vacío tanto para el MgO como para la dolomita calcinada. [5]
El proceso chino Pidgeon es descrito aquí por Wu, Han y Liu. Al ser una reacción endotérmica, se aplica calor para iniciar y mantener la reacción. Este requerimiento de calor puede ser muy alto. Para mantener bajas las temperaturas de reacción, los procesos se operan bajo presión. El horno rotatorio se usa típicamente en la calcinación de dolomita. En el horno rotatorio, la materia prima, dolomita calcinada, se mezcla con el agente reductor finamente molido, ferrosilicona y el catalizador, fluorita . Los materiales se mezclan y se prensan en pellets con forma de esfera y los materiales mezclados se cargan en retortas cilíndricas de acero al cromo-níquel . Se colocan varias retortas en un horno en bolsas de papel selladas para evitar la absorción de humedad de modo que la actividad de la dolomita calcinada no reduzca el rendimiento de magnesio. Luego, los pellets se colocan en un tanque de reducción y se calientan a 1200 °C. El interior del horno se aspira con una presión de 13,3 Pa o superior para producir vapor de magnesio. Los cristales de magnesio se extraen de los condensadores, la escoria se elimina en forma sólida y se recarga la retorta. El magnesio crudo se refina mediante fundente y se produce un lingote de magnesio comercial . Los autores no identifican en ninguna parte el nombre ni las características del fundente. [1]
La composición típica del fundente es 49 % en peso de cloruro de magnesio anhidro , 27 % en peso de cloruro de potasio , 20 % en peso de cloruro de bario y 4 % en peso de fluoruro de calcio . [6] [7]
La variante canadiense se describe aquí con referencia a la variante china. En el año 2000, Canadá tenía tres fundiciones de magnesio. Las tres utilizaban SF6 como gas de cobertura para evitar la oxidación y la combustión de las superficies expuestas del magnesio, que es altamente combustible a condiciones normales de producción . El gas de cobertura SF6 se había utilizado en ese momento durante más de 20 años en todas las industrias que trabajaban con magnesio en bruto. [2] Se encargó a la industria canadiense que descubriera un gas de cobertura alternativo adecuado para no verse sacrificada por el Plan de Acción 2000 sobre el Cambio Climático . [8] [9] Se había considerado que el SF6 tenía un factor de Potencial de Calentamiento Global (PCG) de 23.900 veces el del CO2. [9] En 2011, la producción de magnesio se había alejado de Canadá debido al Protocolo de Kioto . [4]
Se han desarrollado muchas tecnologías para producir magnesio metálico. Estos enfoques se pueden clasificar en general como electrolíticos y térmicos. [10] La principal manifestación del método electrolítico es el proceso Dow. La principal aplicación de las rutas térmicas es el proceso Pidgeon. El proceso Bolzano merece ser mencionado porque es muy similar al proceso Pidgeon, excepto que el calentamiento se logra a través de conductores de calentamiento eléctrico y las retortas se colocan verticalmente en grandes bloques en el proceso Bolzano. [5] [11] El método Pidgeon es menos complejo tecnológicamente y debido a las condiciones de destilación/deposición de vapor, se puede lograr fácilmente un producto de alta pureza. [5]
Aunque el proceso Pidgeon tiene muchas ventajas, también existen algunas desventajas ambientales del proceso. Dado que la mayor demanda de magnesio ha aumentado en los últimos años, la producción a través de la reducción de mineral ha estado emitiendo grandes cantidades de dióxido de carbono y material particulado . [12] Debido a la naturaleza liviana del magnesio, así como a su alta densidad energética, se han hecho sugerencias sobre el aumento drástico del consumo global de este metal versátil, incluso más de lo que ya lo ha hecho. Existen impactos ambientales porque para crear materiales livianos en primer lugar, se necesita más energía en comparación con el material que se reemplaza, generalmente hierro o acero . Como aproximación, se queman alrededor de 10,4 kg de carbón y se liberan 37 kg de dióxido de carbono, por cada 1 kg de magnesio obtenido. [13] [14] [15] En China, la producción de magnesio mediante el proceso Pidgeon tiene un impacto en el calentamiento global un 60% mayor que el aluminio, un metal competidor producido en masa en el país también. [15]
La reducción silicotérmica de la dolomita fue desarrollada por primera vez por Amati en 1938 en la Universidad de Padua . Inmediatamente después, se estableció una producción industrial en Bolzano (Italia), utilizando lo que hoy se conoce como el proceso de Bolzano . [16]
Unos años más tarde, en 1939, cuando Canadá y sus aliados entraron en la Segunda Guerra Mundial , se encontraban escasos de suministros que requerían magnesio, como bombas, otros dispositivos militares y aleaciones de aluminio necesarias para los aviones. El Dr. Lloyd Montgomery Pidgeon, del Consejo Nacional de Investigación, pudo crear un método para extraer magnesio de la dolomita en vacío a alta temperatura con ferrosilicio como agente reductor. En ese momento, el método del ferrosilicio era conocido, sin embargo, aún no se había comercializado. A principios de 1942, se llevó a cabo una prueba piloto exitosa. [17]
Desde entonces, el proceso Pidgeon se ha utilizado ampliamente, especialmente en China, el mayor productor de magnesio del mundo.
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