Een doorbraak in hoogzuiver magnesium: het verwijderen van aluminiumverontreinigingen met behulp van een ovenschaal

Onderzoekers van de Xi'an Jiaotong Universiteit hebben een nieuwe magnesiumzuiveringsstrategie ontwikkeld die aluminiumverontreinigingen onder industriële omstandigheden efficiënt en betaalbaar verwijdert.die de grootschalige productie van magnesium met een lage gehalte aan aluminium en een hoge zuiverheid mogelijk maaktDe technologie is reeds in gebruik op commerciële productielijnen.

Magnesium is een cruciaal strategisch metaal met brede toepassingen in lichtgewicht transport, high-end metaalreductie (bijvoorbeeld titanium, zirconium) en biomedische apparaten.Ongeveer 80% van het wereldwijde primaire magnesium wordt geproduceerd via het silicothermische proces., dat kosten- en schaalvoordelen biedt, maar last heeft van hoge en fluctuerende onzuiverheidsniveaus, met name aluminium.met een gewicht van meer dan 32 gewichtspercenten en een zuiverheidsgraad van meer dan 5Deze instabiliteit beperkt het gebruik van magnesium in titanium van elektronische kwaliteit, zirconium van nucleaire kwaliteit en medische implantaten, terwijl de winstgevendheid van de producenten wordt ondermijnd.

In 2023 identificeerde het team de oorzaak: tijdens silicothermische reductie bestaat aluminium voornamelijk als gasvormig aluminiumfluoride (AlF3), dat co-condenseert met magnesium.Na het analyseren van de afzettingen van de schalen van de ovenweg, stelden ze de hypothese dat calciumoxide (CaO) effectief aluminium kon verwijderen.

Eerste auteur Zheng Rui (Ph.D. kandidaat aan de universiteit van Xi'an Jiaotong) bevestigde dat de toevoeging van CaO het aluminiumgehalte van ~ 109,5 mg/kg verlaagde tot slechts 6,3 mg/kg Samenwerken met de grote producent van ruwe magnesium Teda Coal ChemicalHet team heeft de methode snel gevalideerd op industrieel niveau.zij hebben CaO vervangen door gecalcineerde dolomiet (een mengsel van CaO en MgO)Het aandeel magnesium dat voldoet aan de hoogzuiverheidsnorm Mg9998 (ultra-laag aluminium) is gestegen van bijna 0% tot 83,3%,Het omvormen van ‘toevallig succes’ in ‘stabiele productie’.??

De kostenanalyse toont aan dat deze zuiveringsmethode de kosten met ongeveer 96% vermindert in vergelijking met de reguliere vacuümdestillatie.grootschalige productie van magnesium met een lage kwaliteit van aluminium.

De economische voordelen zijn aanzienlijk, maar wat ons meer opwindt, is de ketenreactie in de hele waardeketen, zegt prof. Shan Zhiwei.Correspondent-auteur van de studie gepubliceerd in Nature MaterialsHet aluminium in magnesium is niet altijd metaal, maar sommige bestaan als verbindingen zoals AlF3.

Bijvoorbeeld bij de productie van titanium spons (kritisch voor titanium van elektronische kwaliteit) wordt magnesium als reductiemiddel gebruikt.het aluminium overgaat in titanium en is uiterst moeilijk te verwijderenIn biomedische toepassingen kan een hoog gehalte aan aluminium in afbreekbare magnesium botschroeven zich ophopen in het menselijk lichaam en het risico op Alzheimer vergroten.¢Het verminderen van aluminium is ook een groot voordeel voor medische apparatenShan benadrukt.

In tegenstelling tot de algemene opvatting dat aluminium in ruwe magnesium niet van belang is voor aluminiumhoudende magnesiumlegeringen, tonen de laatste, nog niet gepubliceerde experimenten van het team aan dat zelfs sporen van aluminium (< 0,01 gewichtspercenten).De resultaten van deze studie zijn duidelijk te zien in het feit dat de concentratie van magnesium in de zuivere aluminiumlegeringen (%) de corrosiebestandheid van zuiver magnesium aanzienlijk verlaagt.de technologie verbetert het titanium stroomafwaarts, elektronica en biomedische industrieën, wat waarschijnlijk zal leiden tot herzieningen van de industrienormen.

Het team merkte een verbijsterende anomalie op: het magnesium dat op dezelfde dag werd geproduceerd, vertoonde enorm fluctuerende aluminium niveaus.ook al zijn de grondstoffen“Dat was niet logisch,” herinnert Shan zich.

Een oud gezegde luidt: "Voor het dodelijkste gif ligt het tegengif binnen zeven stappen".De meest frustrerende industriële problemen verbergen vaak hun oplossingen in de meest alledaagse details van de productie.De arbeiders worstelden dagelijks met een harde schaallaag die zich aan de mond van de magnesiumreductiereactoren vormde als kalk in een ketel.arbeidsintensief en warmteoverdracht beïnvloedenToen het team de schaal analyseerde, vonden ze een stabiele calcium-aluminium-fluor-oxide verbinding.

Gecombineerd met hun voorkennis dat aluminium onzuiverheden als AlF3 komen, sloeg de inzicht: als de weegschaal al calcium, fluor, aluminium en zuurstof concentreert,Kunnen ze opzettelijk calciumoxide gebruiken om aluminium van AlF3 te “vangen”?Het gebruik van een magneet om ijzerfilings aan te trekken, werd de belangrijkste ἀaluminium adsorberende stof.Het principe lijkt eenvoudigMaar pas na een decennium van mechanistische studies en industriële ervaring kon het team de aanwijzing zien verborgen in de verachtelijke oven schaal.

Wat hen het meest opwindde was het moment van helderheid: de schaal die werknemers haatten en uren lang wegschraapten, bevatte eigenlijk het kerngeheim om aluminiumschommelingen op te lossen.het team heeft de aanpak uitgebreid om andere onzuiverheden in magnesium te controleren, die een nieuw paradigma voor metaalzuivering biedt.

Prof. Shan emphasizes that the most impressive outcome of this research is not a single technical breakthrough but the “antidote within seven steps” mindset — finding answers on the factory floor and seeking solutions from the problem itselfDeze methodologie kan een leidraad vormen voor vergelijkbare industriële technologische uitdagingen.