Proses utama untuk memproduksilogam magnesiumadalah Proses Pidgeon.Ferro Silikon 75, karena kandungan silikonnya yang tinggi dan kandungan pengotornya yang rendah, merupakan pilihan zat pereduksi yang optimal. Alasan inti kesesuaiannya adalah sebagai berikut:
Kandungan silikon sebesar 72%-80% memastikan reaksi reduksi yang lengkap, dan biayanya lebih rendah dibandingkan silikon bermutu tinggi seperti FeSi90, sehingga menyeimbangkan efisiensi dan ekonomi;
Proses Pidgeon memerlukan kondisi keras 1150-1250 derajat dan vakum 1-10 Pa. Stabilitas kimia FeSi 75% menghindari reaksi samping, memastikan kemurnian produk magnesium;
Dalam produksi industri, 1,2-1,3 ton 75FeSi dikonsumsi untuk setiap ton logam magnesium yang diproduksi, menjadikannya "inti biaya dan efisiensi" dalam peleburan magnesium.
Peran dan Mekanisme Reaksi FeSi75 dalam Peleburan Magnesium
(1) Reaksi Reduksi Inti
Silikon dalam FerroSilicon 75 bertindak sebagai elemen pereduksi inti, mengalami reaksi perpindahan dengan dolomit terkalsinasi (CaO・MgO) untuk menghasilkan gas magnesium dan kalsium silikat. Persamaan reaksinya adalah sebagai berikut:
Reaksi Utama:2MgO・CaO + Si (dari FerroSilicon 75%) → 2Mg↑ + Ca₂SiO₄ (Suhu 1150-1250 derajat, Vakum 1-10Pa)
Dasar Termodinamika:Energi bebas Gibbs standar (ΔG derajat ) dari reaksi ini adalah -68kJ/mol pada 1200 derajat , memenuhi kondisi untuk reaksi spontan; perbedaan potensial elektroda antara silikon dan magnesium (Si⁴⁺/Si=-0.86V, Mg²⁺/Mg=-2.37V) memastikan prioritas reduksi.
(2) Analisis Langkah-demi-Langkah dari Proses Reaksi
Perlakuan Awal Bahan Baku: Dolomit (CaCO₃・MgCO₃) dikalsinasi pada suhu 900-1000 derajat untuk terurai menjadi putih terkalsinasi (CaO・MgO);
Pengemasan dan Pengepresan Bahan:Dikalsinasi putih danbubuk FeSi75(ukuran Kurang dari atau sama dengan 1mm) dicampur dengan perbandingan massa 7:1, dan bahan pengikat ditambahkan untuk menekan menjadi pelet (diameter 20-30mm);
Pengurangan Vakum:Pelet dimasukkan ke dalam tangki reduksi dan dipanaskan hingga... Pada 1150-1250 derajat, di bawah vakum 1-10 Pa, silikon mereduksi MgO untuk menghasilkan uap Mg.
Kondensasi dan pengumpulan:Uap Mg didinginkan oleh kondensor di bagian atas tangki reduksi, mengembun menjadi magnesium mentah padat (kemurnian lebih besar dari atau sama dengan 99,5%).
Pemurnian dan pemurnian:Magnesium mentah dimurnikan dengan garam cair (misalnya, sistem NaCl-KCl-MgCl₂) untuk menghilangkan sedikit pengotor, menghasilkan magnesium dengan kemurnian-tinggi ( Lebih besar dari atau sama dengan 99,9%).
Persyaratan Mutu FeSi75
Kandungan kemurnian dan pengotor 75# FerroSilicon secara langsung mempengaruhi tingkat perolehan dan kemurnian magnesium.
| Tipe Indikator | Ruang Lingkup Persyaratan | Dampak Melebihi Standar |
| Kandungan Silikon (Si). | 72%-80% | 72%: Incomplete reduction reaction, magnesium recovery rate decreases by 5%-8%; >80%: Peningkatan biaya, tidak ada peningkatan efisiensi tambahan. |
| Kandungan Aluminium (Al). | Kurang dari atau sama dengan 1,0% (sebaiknya Kurang dari atau sama dengan 0,5%) | >1,0%: Meningkatkan reaktivitas FeSi75, mengonsumsi zat pereduksi secara berlebihan, dan meningkatkan konsumsi FeSi75 per ton magnesium sebesar 5%-10%. |
| Kandungan karbon (C). | Kurang dari atau sama dengan 0,2% | ＞0,2%: Produk samping MgC₂ terbentuk, menyebabkan kemurnian magnesium turun di bawah 99%, sehingga memengaruhi kinerja pemrosesan selanjutnya. |
| Kandungan belerang (S). | Kurang dari atau sama dengan 0,05% | ＞0,05%: Membentuk inklusi MgS dengan magnesium, mengurangi plastisitas dan ketahanan korosi magnesium. |
| Kandungan fosfor (P). | Kurang dari atau sama dengan 0,04% | ＞0,04%: Menginduksi kerapuhan pada paduan magnesium; tidak cocok untuk paduan magnesium kelas atas (seperti paduan magnesium dirgantara) |
| Ukuran | Kurang dari atau sama dengan 1mm (bubuk) | ＞1mm: Pencampuran tidak sempurna dengan bubuk putih terkalsinasi, mengakibatkan reaksi reduksi tidak sempurna di area tertentu dan fluktuasi efisiensi reaksi di dalam bejana sebesar ±10%. |
Dampak Inti FeSi75 pada Produksi Magnesium
(1) Dampak terhadap Tingkat Pemulihan Magnesium
Bila kandungan silikon 75% FeSi adalah 75% dan Al Kurang dari atau sama dengan 0,5%, tingkat perolehan magnesium dapat mencapai 85%-90%;
Ketika kandungan silikon turun hingga 70%, tingkat pemulihan turun menjadi 78%-82%; ketika kandungan Al meningkat menjadi 1,5%, tingkat pemulihan semakin turun menjadi 75%-78%.
(2) Dampak terhadap Kemurnian Magnesium
FeSi75# berkualitas tinggi-(pengotor total Kurang dari atau sama dengan 1,5%) dapat menghasilkan 99,7%-99,9% magnesium olahan;
Jika kandungan karbon FeSi75 melebihi standar menjadi 0,3%, kemurnian magnesium turun menjadi 99,2%-99,5%, sehingga memerlukan biaya pemurnian tambahan.
(3) Dampak terhadap Biaya Produksi
FerroSilicon75 menyumbang 60%-70% biaya bahan baku peleburan magnesium. Fluktuasi harga sebesar 1000 RMB/ton setara dengan perubahan biaya per ton magnesium sebesar 1200-1300 RMB.
Meskipun harga pembelian paduan FerroSilicon 75 dengan pengotor rendah (Al Kurang dari atau sama dengan 0,5%) adalah 5%-8% lebih tinggi, hal ini dapat mengurangi konsumsi bahan pereduksi dan biaya pemurnian, sehingga menghasilkan pengurangan biaya keseluruhan per ton magnesium sebesar 3%-5%.
Strategi Optimasi Penerapan FeSi75 pada Peleburan Magnesium
(1) Pemilihan Bahan Baku dan Pengendalian Mutu
FeSi75-Al0.5kadar (Al Kurang dari atau sama dengan 0,5%) harus diprioritaskan, hindari penggunaan kadar-alumina tinggi dan-karbon tinggi.
Inspeksi Masuk:Spektrometer digunakan untuk mendeteksi secara cepat indikator inti seperti Si, Al, dan C.-Uji reduksi skala kecil dilakukan pada sampel dari setiap batch untuk memverifikasi aktivitas reaksi.
(2) Adaptasi Parameter Proses
Ukuran:Ukuran partikel bubuk FeSi75 dikontrol pada 0,1-1 mm, dan keseragaman pencampuran dengan bubuk putih terkalsinasi lebih besar dari atau sama dengan 95% untuk memastikan kontak reaksi yang cukup;
Kondisi Pengurangan:Suhu distabilkan pada 1200±20 derajat, dan tingkat vakum dipertahankan di bawah 5Pa untuk menghindari reaksi FeSi75 yang tidak lengkap karena fluktuasi suhu.
(3) Kontrol Pengotor dan Penekanan Reaksi Samping
Penekanan Karbon:0,1%-0,2% batu kapur (CaCO₃) ditambahkan ke pelet untuk menekan reaksi karbon dengan MgO membentuk MgC₂;
Dukungan Penyempurnaan:Proses ganda yaitu "reduksi vakum + pemurnian garam cair" diadopsi untuk menghilangkan jejak kotoran yang diperkenalkan oleh FeSi75, memastikan bahwa kemurnian magnesium memenuhi standar.
Tren Industri: Peningkatan Arah FeSi75 dalam Peleburan Magnesium
Hibridisasi Rendah:
Paduan magnesium kelas atas (untuk ruang angkasa dan elektronik) memiliki persyaratan yang lebih ketat terhadap pengotor dalam paduan 75FeSi, sehingga menyebabkan peningkatan permintaan untuk paduan FeSi khusus 75 dengan Al Kurang dari atau sama dengan 0,3% dan C Kurang dari atau sama dengan 0,1%;
Penghijauan:
Penggunaan paduan FeSi75 yang diproduksi dengan listrik ramah lingkungan dapat mengurangi emisi karbon dari peleburan magnesium hingga lebih dari 50%, sejalan dengan tren global menuju netralitas karbon;
Efisiensi Tinggi:
Mengembangkan "FeSi75 + tanah jarang" zat pereduksi komposit dapat menurunkan suhu reduksi sebesar 50-80 derajat dan mengurangi konsumsi listrik per ton magnesium sebesar 800-1000kWh, sehingga meningkatkan efisiensi produksi.
