Прорыв в области производства магния высокой чистоты: удаление примесей алюминия с помощью печной окалины – недорогое промышленное решение

Исследователи из университета Сиань Цзяотун разработали новую стратегию очистки магния, которая эффективно и недорого удаляет примеси алюминия в промышленных условиях.позволяет производить в больших масштабах высокочистый магний с низким содержанием алюминияТехнология уже применяется на коммерческих производственных линиях.

Магний является критически важным стратегическим металлом с широкими применениями в легкой транспортировке, редукции высококачественных металлов (например, титан, цирконий) и биомедицинских устройствах.Около 80% первичного магния в мире производится через силикотермический процесс., который предлагает преимущества по стоимости и масштабу, но страдает от высокого и колеблющегося уровня примесей, особенно алюминия.> 32 разных колебаний, охватывающих пять степеней чистотыЭта нестабильность ограничивает использование магния в титане электронного класса, цирконии ядерного класса и медицинских имплантатах, снижая при этом прибыльность производителей.

В 2023 году команда определила основную причину: во время силикотермической редукции алюминий преимущественно существует в виде газообразного алюминиевого фтора (AlF3), который соконденсируется с магнием.После анализа отложений на стенках печи, они предположили, что оксид кальция (CaO) может эффективно удалять алюминий.

Первый автор Чжэн Руи (кандидат на докторскую степень в университете Сиань Цзяотун) подтвердил, что добавление CaO снижает уровень алюминия с ~ 109,5 мг/кг до всего 6,3 мг/кг. эффективность удаления превышает 90%.Работа с крупным производителем магния Teda Coal Chemical, и используя экспериментальную базу новых материалов на основе магния провинции Шэньси, команда быстро проверила метод в промышленности.они заменили CaO кальцинированным доломитом (смесью CaO и MgO)Доля магния, отвечающего стандарту высокой чистоты Mg9998 (ультра-низкий алюминий), подскочила с почти 0% до 83,3%.преобразование "случайного успеха" в "стабильное производство".??

Анализ затрат показывает, что этот метод очистки сокращает расходы примерно на 96% по сравнению с обычной вакуумной дистилляцией, предлагая практический путь для недорогой,крупномасштабное производство высокочистого магния с низким содержанием алюминия.

"Экономические выгоды значительны, но нас больше всего волнует цепная реакция по всей цепочке создания стоимости", - говорит профессор Шань Чживэй.автор исследования, опубликованного в Nature MaterialsАлюминий, содержащийся в магнии, не всегда является металлическим. Некоторые из них существуют в виде соединений, таких как AlF3.

Например, при производстве титановых губок (критически важных для титана электронного класса) магний используется в качестве редуктора.алюминий превращается в титан и его очень трудно удалитьВ биомедицинских приложениях высокое содержание алюминия в разлагаемых костных винтах магния может накапливаться в организме человека и увеличивать риск развития болезни Альцгеймера.Уменьшение алюминия - огромная выгода и для медицинских изделийШан подчеркивает.

В отличие от распространенного мнения, что алюминий в сыром магнии не имеет значения для алюминиесодержащих магниевых сплавов, последние неопубликованные эксперименты команды показывают, что даже следы алюминия (< 0,01 мас.."Мы готовим это открытие, мы считаем, что все поле магния получат выгоду от него", - говорит Шэнь.Технология улучшает титановую продукцию в нижнем направлении, электроники и биомедицинской промышленности, что, вероятно, приведет к пересмотру отраслевых стандартов.

Команда заметила загадочную аномалию: магний, произведенный в тот же день, показывал дико колеблющиеся уровни алюминия.даже если сырье"Это не имело логического смысла", - вспоминает Шэнь.

Старая поговорка гласит: "Для самого смертоносного яда противоядие находится в семи шагах".Самые разочаровывающие промышленные проблемы часто скрывают свои решения в самых повседневных деталях производства.Работники ежедневно боролись с твердым слоем чешуи, образующимся в устье реакторов для редукции магния, как известковая чешуя в чайнике.потребляющие рабочую силу и влияющие на теплопередачаКогда команда проанализировала масштаб, они нашли стабильное соединение “кальций-алюминий-фторид-оксид”.

В сочетании с их предварительными знаниями о том, что алюминиевые примеси поступают в виде АльФ3, они пришли к выводу: если в шкале уже сосредоточены кальций, фтор, алюминий и кислород,Может быть, они намеренно использовали оксид кальция, чтобы "захватить" алюминий из AlF3Как и при использовании магнита для притяжения железных отложений, CaO стал ключевым адсорбентом алюминия.Принцип кажется простым, но только после десятилетия механических исследований и промышленного опыта команда смогла увидеть ключ, скрытый в презренной шкале печи.

Что их больше всего взволновало, так это момент ясности: весы, которые рабочие ненавидели и часами вычищали, на самом деле содержат главный секрет решения проблем с колебаниями алюминия.команда расширила подход для контроля других примеси в магнии, предлагая новую парадигму для очистки металлов.

Профессор 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 itselfЭта методология может помочь решить аналогичные задачи промышленной технологии.