Terobosan dalam Magnesium Kemurnian Tinggi: Menghilangkan Kotoran Aluminium Menggunakan Skala Tungku – Solusi Industri Berbiaya Rendah

Para peneliti di Universitas Xi'an Jiaotong telah merintis strategi pemurnian magnesium baru yang secara efisien dan terjangkau menghilangkan kotoran aluminium di bawah kondisi industri,yang memungkinkan produksi skala besar magnesium dengan kemurnian tinggi rendah aluminiumTeknologi ini sudah digunakan pada jalur produksi komersial.

Magnesium adalah logam strategis penting dengan aplikasi luas dalam transportasi ringan, pengurangan logam kelas atas (misalnya, titanium, zirconium), dan perangkat biomedis.Sekitar 80% magnesium primer di dunia diproduksi melalui proses silikotermik, yang menawarkan keuntungan biaya dan skala tetapi menderita tingkat kekotoran yang tinggi dan berfluktuasi, terutama aluminium.a > 32 kali ayunan yang mencakup lima kelas kemurnianKetidakstabilan ini membatasi penggunaan magnesium dalam titanium kelas elektronik, zirconium kelas nuklir, dan implan medis, sementara mengikis profitabilitas bagi produsen.

Pada tahun 2023, tim mengidentifikasi akar penyebabnya: selama reduksi silikotermik, aluminium sebagian besar ada sebagai gas fluorida aluminium (AlF3), yang ko-kondensasi dengan magnesium.Setelah menganalisis endapan skala dinding tungku, mereka berhipotesis bahwa kalsium oksida (CaO) dapat secara efektif menghilangkan aluminium.

Penulis pertama Zheng Rui (kandidat PhD di Universitas Xi ̊an Jiaotong) mengkonfirmasi bahwa menambahkan CaO mengurangi kadar aluminium dari ~ 109,5 mg/kg menjadi hanya 6,3 mg/kg ∙ efisiensi penghapusan melebihi 90%.Bekerja dengan produsen magnesium mentah utama Teda Coal Chemical, dan memanfaatkan Shaanxi Provincial Magnesium-based New Materials Pilot Base, tim dengan cepat memvalidasi metode secara industri.Mereka mengganti CaO dengan dolomit kalsinasi (campuran CaO dan MgO), bahan yang lebih murah dan dapat didaur ulang yang biasa digunakan dalam peleburan magnesium.Mengubah “kesuksesan kebetulan” menjadi “produksi stabil”.

Analisis biaya menunjukkan metode pemurnian ini mengurangi biaya sekitar 96% dibandingkan dengan destilasi vakum arus perdana, menawarkan jalur praktis untuk biaya rendah,produksi besar-besaran magnesium dengan kemurnian tinggi aluminium rendah.

"Penghasilan ekonomi yang signifikan, tetapi apa yang lebih menarik bagi kami adalah reaksi rantai di seluruh rantai nilai", kata Prof. Shan Zhiwei,penulis koresponden dari penelitian yang diterbitkan di Nature MaterialsAluminium dalam magnesium tidak selalu bersifat logam. Beberapa ada sebagai senyawa seperti AlF3.

Sebagai contoh, dalam produksi spons titanium (kritis untuk titanium kelas elektronik), magnesium digunakan sebagai agen pengurangan.aluminium ditransfer ke titanium dan sangat sulit untuk dihilangkanDalam aplikasi biomedis, aluminium yang tinggi dalam sekrup magnesium tulang yang terdegradasi dapat menumpuk di tubuh manusia dan meningkatkan risiko Alzheimer.Mengurangi aluminium juga merupakan manfaat besar bagi perangkat medisShan menekankan.

Berlawanan dengan kepercayaan umum bahwa “aluminium dalam magnesium mentah tidak penting untuk paduan magnesium yang mengandung aluminium, “eksperimen tim terbaru yang belum dipublikasikan menunjukkan bahwa bahkan jejak aluminium (< 0,01 wt)."Kami sedang mempersiapkan temuan ini, kami percaya seluruh bidang paduan magnesium akan mendapat manfaat darinya", kata Shan.teknologi meningkatkan titanium hilir, elektronik, dan industri biomedis, kemungkinan mendorong revisi standar industri.

Kunci untuk memecahkan tantangan industri ini adalah pola pikir yang tepat. magnesium yang diproduksi pada hari yang sama menunjukkan tingkat aluminium yang sangat berfluktuasi.meskipun bahan baku"Itu tidak masuk akal", kata Shan.

Itu "mengapa" mendorong mereka ke lantai produksi sebuah pepatah lama mengatakan: "Untuk racun yang paling mematikan, penawarnya terletak dalam tujuh langkah".Masalah industri yang paling membuat frustrasi sering menyembunyikan solusi mereka dalam detail produksi yang paling biasa.Para pekerja berjuang setiap hari dengan lapisan sisik keras yang terbentuk di mulut reaktor pengurangan magnesium seperti limescale di ketel.mengkonsumsi tenaga kerja dan mempengaruhi transfer panasKetika tim menganalisis skala, mereka menemukan senyawa stabil kalsium-aluminium-fluoro-oksida.

Dikombinasikan dengan pengetahuan mereka sebelumnya bahwa kotoran aluminium tiba sebagai AlF3, wawasan memukul: jika skala sudah berkonsentrasi kalsium, fluor, aluminium, dan oksigen,bisakah mereka sengaja menggunakan kalsium oksida untuk "menangkap" aluminium dari AlF3, mengubahnya menjadi senyawa skala yang stabil dan dengan demikian memisahkan aluminium dari magnesium?Prinsipnya tampaknya sederhana, tapi hanya setelah satu dekade studi mekanis dan pengalaman industri tim bisa melihat petunjuk tersembunyi dalam skala tungku dibenci.

Apa yang paling menggembirakan mereka adalah saat kejelasan: skala yang dibenci pekerja dan menghabiskan waktu berjam-jam mengikisnya sebenarnya menyimpan rahasia inti untuk memecahkan fluktuasi aluminium.tim telah memperluas pendekatan untuk mengendalikan kotoran lain dalam magnesium, menawarkan paradigma baru untuk pemurnian logam.

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 itselfMetodologi ini dapat membimbing tantangan teknologi industri yang sama.