Avanço em magnésio de alta pureza: remoção de impurezas de alumínio usando escala de forno – uma solução industrial de baixo custo

Pesquisadores da Universidade Xi'an Jiaotong foram pioneiros numa nova estratégia de purificação de magnésio que elimina de forma eficiente e acessível as impurezas de alumínio em condições industriais.permitindo a produção em larga escala de magnésio de baixa pureza de alumínioA tecnologia já está implantada em linhas de produção comerciais.

O magnésio é um metal estratégico crítico com amplas aplicações em transporte leve, redução de metais de ponta (por exemplo, titânio, zircônio) e dispositivos biomédicos.Cerca de 80% do magnésio primário mundial é produzido através do processo silicotérmico, que oferece vantagens de custo e escala, mas sofre de níveis elevados e flutuantes de impurezas, em especial de alumínio, cujo teor de alumínio pode variar entre 21 e 845 mg/kg em função dos lotes de produção,Uma inclinação > 32 vezes que abrange cinco graus de purezaEsta instabilidade limita a utilização do magnésio em titânio de qualidade electrónica, zircônio de qualidade nuclear e implantes médicos, ao mesmo tempo em que corrói a rentabilidade dos produtores.

Em 2023, a equipe identificou a causa raiz: durante a redução silicotérmica, o alumínio existe predominantemente como fluoreto de alumínio gasoso (AlF3), que co-condensa com magnésio.Após analisar os depósitos de escala na parede do forno, eles fizeram a hipótese de que o óxido de cálcio (CaO) poderia efetivamente remover o alumínio.

O primeiro autor Zheng Rui (candidato a doutorado na Universidade de Xi'an Jiaotong) confirmou que a adição de CaO reduziu os níveis de alumínio de ~ 109,5 mg/kg para apenas 6,3 mg/kg ∙ uma eficiência de remoção superior a 90%.Trabalhando com a Teda Coal Chemical, grande produtora de magnésio bruto, e alavancando a Base Piloto de Novos Materiais Baseados em Magnésio da Província de Shaanxi, a equipe rapidamente validou o método industrialmente.substituíram o CaO por dolomita calcinada (mistura de CaO e MgO)A percentagem de magnésio que atende ao padrão de alta pureza Mg9998 (alumínio ultra-baixo) saltou de quase 0% para 83,3%,Transformando o sucesso acidental numa produção estável.

A análise de custos mostra que este método de purificação reduz os custos em cerca de 96% em comparação com a destilação a vácuo convencional, oferecendo um caminho prático para a destilação a baixo custo,produção em larga escala de magnésio de baixa puridade de alumínio.

Os ganhos económicos são significativos, mas o que nos entusiasma mais é a reação em cadeia em toda a cadeia de valor, diz o Prof. Shan Zhiwei,Autor correspondente do estudo publicado na Nature MaterialsO alumínio no magnésio não é sempre metálico, existem alguns como compostos como o AlF3, que atuam como "invisíveis perturbadores" que se transmitem para produtos a jusante.

Por exemplo, na produção de esponjas de titânio (críticas para o titânio de qualidade eletrônica), o magnésio é usado como agente redutor.O alumínio transfere-se para o titânio e é extremamente difícil de remover.Em aplicações biomédicas, o alto teor de alumínio em parafusos ósseos de magnésio degradáveis pode acumular-se no corpo humano e aumentar o risco de Alzheimer.A redução do alumínio é também um grande benefício para os dispositivos médicos"Shan enfatiza.

Contrariamente à crença comum de que o alumínio no magnésio bruto não é importante para ligas de magnésio que contêm alumínio, os últimos experimentos não publicados da equipa mostram que mesmo traços de alumínio (< 0,01 wt).O estudo foi realizado no âmbito de um projecto de investigação sobre a utilização de magnésio na indústria da construção civil, que foi lançado no ano passado.A tecnologia melhora o titânio a jusante, eletrónica e biomédica, provavelmente levando a revisões das normas industriais.

A chave para resolver este desafio industrial foi a mentalidade correta. a equipe notou uma anomalia desconcertante: o magnésio produzido no mesmo dia mostrou níveis de alumínio muito flutuantes,mesmo que as matérias-primasO processo de fabricação de máquinas e equipamentos de fabricação de máquinas e equipamentos de fabricação de máquinas e equipamentos de fabricação de máquinas e equipamentos de fabricação de máquinas e equipamentos de fabricação de máquinas e equipamentos de fabricação de máquinas e equipamentos de fabricação de máquinas e equipamentos de fabricação de máquinas e equipamentos de fabricação de máquinas e equipamentos de fabricação de máquinas e equipamentos de fabricação de máquinas.

Um velho ditado diz: "Para o veneno mais mortal, o antídoto está dentro de sete passos".Os problemas industriais mais frustrantes escondem muitas vezes as suas soluções nos detalhes mais mundanos da produção.Os trabalhadores lutavam diariamente com a formação de uma camada de escamas duras na boca dos reatores de redução de magnésio, como cal em uma chaleira.que consomem trabalho e afetam a transferência de calorQuando a equipa analisou a escala, encontraram um composto estável de calcio-alumínio-fluoro-óxido.

Combinado com o seu conhecimento prévio de que a impureza de alumínio chega como AlF3, a percepção atingiu: se a balança já concentra cálcio, flúor, alumínio e oxigénio,poderiam intencionalmente usar óxido de cálcio para “capturar” alumínio do AlF3O CaO tornou-se o principal adsorvente de alumínio.O princípio parece simples, mas só depois de uma década de estudos mecânicos e experiência industrial a equipa pôde ver a pista escondida na desprezada escala de fornos.

O que mais os entusiasmou foi o momento da clareza: a escala que os trabalhadores odiavam e passavam horas a raspar, na verdade, continha o segredo principal para resolver as flutuações do alumínio.A equipa alargou a abordagem para controlar outras impurezas no magnésio, oferecendo um novo paradigma para a purificação de metais.

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 itselfEsta metodologia pode orientar desafios tecnológicos industriais similares.