Una svolta nel magnesio di alta purezza: rimuovere le impurità dell'alluminio utilizzando la scala del forno

I ricercatori dell'Università Xi'an Jiaotong hanno sviluppato una nuova strategia di purificazione del magnesio che rimuove in modo efficiente e conveniente le impurità di alluminio in condizioni industriali,che consente la produzione su larga scala di magnesio a bassa purità a basso contenuto di alluminioLa tecnologia è già utilizzata nelle linee di produzione commerciali.

Il magnesio è un metallo strategico critico con ampie applicazioni nel trasporto leggero, nella riduzione di metalli di fascia alta (ad esempio, titanio, zirconio) e nei dispositivi biomedici.Circa l'80% del magnesio primario mondiale è prodotto attraverso il processo silicotermico, che offre vantaggi in termini di costi e di scala, ma soffre di livelli elevati e fluttuanti di impurità in particolare dell'alluminio.a> 32 volte di oscillazione di cinque gradi di purezzaQuesta instabilità limita l'uso del magnesio nel titanio di grado elettronico, nello zirconio di grado nucleare e negli impianti medici, minando al contempo la redditività dei produttori.

Nel 2023, il team ha identificato la causa principale: durante la riduzione silicotermica, l'alluminio esiste prevalentemente come fluoruro di alluminio gassoso (AlF3), che si co-condensa con il magnesio.Dopo aver analizzato i depositi di scala delle pareti del forno, hanno ipotizzato che l'ossido di calcio (CaO) potesse rimuovere efficacemente l'alluminio.

Il primo autore Zheng Rui (candidato al dottorato di ricerca presso l'Università di Xi'an Jiaotong) ha confermato che l'aggiunta di CaO ha ridotto i livelli di alluminio da ~ 109,5 mg/kg a soli 6,3 mg/kg, con un'efficienza di rimozione superiore al 90%.Lavorare con il principale produttore di magnesio greggio Teda Coal Chemical, e sfruttando la base pilota di nuovi materiali a base di magnesio della provincia di Shaanxi, il team ha rapidamente convalidato il metodo industrialmente.hanno sostituito il CaO con dolomite calcinata (miscela di CaO e MgO)La percentuale di magnesio che soddisfa lo standard di alta purezza Mg9998 (alluminio ultra-basso) è passata da quasi lo 0% all'83,3%,Trasformare il successo accidentale in una produzione stabile.

L'analisi dei costi mostra che questo metodo di depurazione riduce le spese di circa il 96% rispetto alla distillazione a vuoto tradizionale, offrendo un percorso pratico perproduzione su larga scala di magnesio a bassa purità di alluminio.

"I guadagni economici sono significativi, ma ciò che ci entusiasma di più è la reazione a catena attraverso l'intera catena del valore", afferma il Prof. Shan Zhiwei,Autore corrispondente dello studio pubblicato su Nature MaterialsL'alluminio contenuto nel magnesio non è sempre metallico, ma esiste sotto forma di composti come l'AlF3.

Ad esempio, nella produzione di spugne di titanio (critico per il titanio di livello elettronico), il magnesio viene utilizzato come agente riduttore.l'alluminio si trasforma in titanio ed è estremamente difficile da rimuovereIn applicazioni biomediche, un elevato contenuto di alluminio nelle viti ossee degradabili di magnesio può accumularsi nel corpo umano e aumentare il rischio di Alzheimer.La riduzione dell'alluminio è un enorme vantaggio anche per i dispositivi medici- Shan sottolinea.

Contrariamente alla credenza comune secondo cui l'alluminio nel magnesio grezzo non ha importanza per le leghe di magnesio contenenti alluminio, gli ultimi esperimenti non pubblicati del gruppo dimostrano che anche tracce di alluminio (< 0,01 p.w.).Per quanto riguarda il magnesio puro, il suo grado di resistenza alla corrosione è notevolmente diminuito.la tecnologia migliora il titanio a valle, dell'elettronica e delle industrie biomediche, probabilmente spingendo a revisioni delle norme del settore.

La chiave per risolvere questa sfida industriale era la giusta mentalità.anche se le materie prime"Questo non aveva senso logico", ricorda Shan.

Un vecchio detto dice: "Per il veleno più letale, l'antidoto si trova in sette fasi".I problemi industriali più frustranti spesso nascondono le loro soluzioni nei dettagli più banali della produzione.I lavoratori hanno lottato quotidianamente con uno strato di scaglie dure che si formava all'ingresso dei reattori di riduzione del magnesio come calce in un bollitore.che consumano lavoro e influenzano il trasferimento di caloreQuando il team ha analizzato la scala, hanno trovato un composto stabile di calcio-alluminio-fluoro-ossido.

In combinazione con la loro conoscenza preliminare che l'impurità di alluminio arriva come AlF3, l'intuizione ha colpito: se la scala già concentra calcio, fluoro, alluminio e ossigeno,Potrebbero utilizzare intenzionalmente l'ossido di calcio per catturare l'alluminio dall'AlF3Come usando un magnete per attirare i rivestimenti di ferro, il CaO divenne l'assorbente chiave dell'alluminio.Il principio sembra semplice, ma solo dopo un decennio di studi meccanici ed esperienze industriali il team riuscì a vedere l'indizio nascosto nella disprezzata scala del forno.

Ciò che li ha emozionati di più è stato il momento della chiarezza: la scala che i lavoratori odiavano e passavano ore a raschiare in realtà teneva il segreto principale per risolvere le fluttuazioni dell'alluminio.la squadra ha esteso l'approccio al controllo di altre impurità nel magnesio, offrendo un nuovo paradigma per la depurazione dei metalli.

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 itselfQuesta metodologia può guidare sfide tecnologiche industriali simili.