مترجم: حبیب الله علیخانی
منبع:راسخون
منبع:راسخون
منیزیت در واقع کربنات منیزیم است که به صورت تئوری، حاوی 47.6 % اکسید منیزیم و 52.4 % دی اکسید کربن است. در طبیعت، مگنزیت اغلب به همراه سیدریت (کربنات کلسیم) یافت می شود و ماده ی معدنی متشکل از این دو ماده، برئونیت یا brown spar نامیده می شود. این ماده که حاوی 30 % کربنات آهن است، عموماً حاوی یک مگنزیت تجاری است. برئونیت در استرالیا استخراج می شود اما کربنات آهن، معمولاً جزء ناخالصی های متداول در بسیاری از ذخایر مگنزیت، تلقی می شود. مگنزیت در طبیعت به صورت ذخایر ثانویه یافت می شود و به دلایل زیر ایجاد می شود: 1) تغییر سرپنیت ها و دونیت ها، 2) جایگزینی بستر دولومیتی با محلول های غنی از منیزیم و 3) پر شدن رگه ها. در نوع اول، منگنزیت یک ماده ی شبه کریستالی است، در نوع دوم، این ماده به صورت کریستال های درشت است و در نوع سوم، به صورت کریستالی می باشد.
در سال 1707، M.B. Valentine یک نمک سفید رنگ مشابه magnesia alba را آماده سازی کرد. او این نمک را از طریق کلسیناسیون باقیمانده ی بدست آمده از تبخیر پیش ماده ای بدست آورد که این محصول، در واقع محصول فرعی بود که در طی تولید پتاسیم نیترات، بدست آمده بود. اما او اشتباهاً آن را آهک نامید. در سال 1729، Hoffman با واکنش magnesia alba با آهک، سولفوریک اسید تولید کرد و از آن دو نوع نمک تولید کرد که وقتی در آب محلول می شدند، بی مزه بودند. اما او نتوانست درمورد این مسئله نتیجه ای بدست آورد. در سال 1754، Joseph Black برای اولین بار، ترکیب شیمیایی این ماده را توصیف کرد. او magnesia alba را کلسینه کرد و توانست گاز دی اکسید کربن، بدست آورد. علاوه بر این گاز، یک اکسید فلزی دیگر بدست آمد که منیزیا، نامیده شد. البته نباید بین این ماده و منگنز، اشتباه شود. او نتیجه گیری کرد که magnesia alba در حقیقت، یک ماده ی کربناتی است اما در آن زمان، فلز منیزیم، هنوز ناشناخته بود.
در نتیجه، در سال 1795، J.C. Delametherie از منیزینت به عنوان یک نام کلی برای توصیف یک سری از نمک ها استفاده کرد که کربنات، نیترات، سولفات، کلرید یک فلز بودند و در آزمایشکاه، تولید شدند. در طی همان سال، برای اولین بار، یک ذخیره ی طبیعی از همان کربنات، در موراویا کشف شد. در سال 1803، C.F. Ludwig این ماده را "کربنات تالک" نامید. در سال 1808، D.L.G. Karsten واژه ی منیزیت را تنها برای کربنات طبیعی استفاده کرد. magnesia alba امروزه، در واقع به عنوان کربنات هیدراته ی منیزیم نامیده می شود که دارای ترکیب شیمیایی xMgCO_3.yMg(OH)_2.zH_2 O می باشد.
در سال 1808، Humphrey Davie ماده ای را خالص سازی کرد که بعدها، آن را منگنز نامید. این دو ماده تاریخچه ی به هم پیچیده ای دارند و برخی این دو ماده را اشتباه می گرفتند.
بعد از کشف منیزیت در موراویا، سایر ذخایر این ماده نیز در استرالیا، یونان و کانادا، کشف شد. اولین استخراج تجاری از این ماده، در استرالیا، یونان و کانادا انجام شده است. این کار در طی نیمه ی دوم قرن نوزدهم، انجام شده است. اولین ذخیره ی منیزیت کشف شده در آمریکا در سال 1886 در کالیفرنیا انجام شده است.
تا زمان جنگ جهانی اول، استرالیا، بزرگترین تولیدکننده و فروشنده ی منیزیت در دنیا محسوب می شد.تولید جهانی این ماده در سال 1937، برابر با 2.1 میلیون تن بوده است و این میزان در سال 2001، به 20.5 میلیون تن رسیده است.
وزن مخصوص این ماده بین 2.95 تا 3.20 است. این وزن مخصوص به نوع و میزان ناخالصی وابسته است.
منیزیت دارای سختی در گستره ی 3.0 تا 4.5 موهس است.
منیزیت در دمای 700 درجه ی سانتیگراد، شروع به از دست دادن دی اکسید کربن می کند و بسته به دمای کلسیناسیون، مقادیری از دی اکسید کربن، در این محصول باقی می ماند. مقادیر قابل توجهی از این دی اکسید کربن، در دمای 1560 درجه، خارج می شود اما محصول باقیمانده، هنوز هم حاوی 2 الی 3 % دی اکسید کربن است. به دلیل واکنش پذیری بالا، منیزیای کلسینه شده در دمای پایین، منیزیای سوزآور (caustic magnesia) نامیده می شود.
منیزیای سوزآور در دمای 1560 درجه، به طور جزئی، ذوب می شود. این ماده در گستره ی دمایی 1700 تا 1760 درجه ی سانتیگراد، به شکل کریستالی خود تبدیل می شود که پریکلاژ نامیده می شود. یک شکل پایدار و با دانسیته ی بالا از منیزیت که در واقع منیزیای دیرگداز نامیده می شود، به نام "منیزیت dead-burnt " (DBM) معروف است. به عنوان نتیجه ای از اعمال فرایند خاص، میزان وزن مخصوص DBM افزایش می یابد و 3.2 به 3.9 افزایش می یابد. به هر حال، اگر منیزیا خالص باشد، زینترینگ ممکن است در دماهای بالاتر (تا 2300 درجه) انجام شود. علت این مسئله، این است که هیج اثر فلاکسی در این ماده، ایجاد نمی شود.
وقتی این ماده در کوره ی قوس، تا دمای 2500 الی 3000 درجه، حرارت داده می شود، منیزیای dead-burnt به طور کامل ذوب و ری کریساله می شود. این منیزیادی ذوب شده که رنگی سفید دارد، قادر است تا دماهای بالا مقاومت کند و یک ماده ی قلیایی بسار قوی است.
دانسیته ی بالک مربوط به پودر با ذرات ریز از منیزیای سوزآور، در حدود 2.2 است و این نوع از منیزیا، به دلیل این خاصیت، منیزیای سبک، نامیده می شود.
اکسید کلسیم کلسینه شده، یک کاتالیست خوب است.
منیزیای سوزآور: منیزیای سوزآور با اعمال فرایند کلسیناسیون بر روی مواد اولیه ی منیزیتی، تولید می شود. این کار در یک کوره ی دوار یا شافت و در دمایی بین 800 تا 1000 درجه ی سانتیگراد، انجام می شود. به هر حال، بعد از تولید، منیزیای سوزآور عموماً در طی استفاده، دماهای بالایی را تجربه نمی کند.
منیزیای سوزآور دارای برخی کاربردهای صنعتی است و در نتیجه، گریدهای مختلفی از آن وجود دارد که از لحاظ میزان تخلخل و وزن مخصوص متفاوت می باشند. میزان تخلخل و همچنین نوع و میزان ناخالصی ها، به نوع استفاده، بستگی دارد. در واقع، با اعمال دما و شرایط کلسیناسیون مختلف، محصولات و گریدهای مختلفی از این ماده، تولید می شوند. به هر حال، گرید پایین این ماده، دارای حداقل 40 % اکسید منیزیم، 3.5 % سیلیس، 0.5 % اکسید آهن، 0.10 % آلومینا، 3 % اکسید کلسیم می باشد. میزان وزن مخصوص این ماده نیز در حدود 2.92 است.
در دماهای بالا، سیلیس و اکسید کلسیم واکنش می دهند و موجب تشکیل بتا دی کلسیم سیلیکات می شوند. این ماده سریعاً به فرم گاما تبدیل می شود و انبساط حجمی قابل توجه آن، منجر به خرد شدن ماده می شود. اگر علاوه بر این، آلومینا نیز در این ماده، وجود داشته باشد، سپس کلسیم آلومینو- سیلیکات با دمای ذوب پایین، تشکیل می شود. از این رو، سیلیس و آلومینا، برای هر دو نوع از منیزیای گفته شده در بالا، مضر می باشند.
اکسید آهن با اکسید منیزیم ترکیب می شود و منجر به تشکیل منیزیم فریت می شود که این ماده تخلخل ها را پر کرده و بنابراین، میزان تخلخل منیزیای سوزآور را کاهش می دهد.
کاهش وزن مخصوص منیزیت، منجز به تغییر در میزان فعالیت این ماده می شود.
منیزیای dead-burnt (DBM): برخلاف منیزیای سوزآور، DBM تنها در برخی از محصولات دیرگداز، مورد استفاده قرار می گیرد. DBM یک ماده ی دیرگداز اس تکه نه تنها توانایی تحمل دماهای بالاتر از 1550 را دارد، بلکه همچنین توانایی تحمل سیکل های سرد و گرم شدن را دارا می باشد.
ویژگی های DBM: کوارتز در دمای 574 درجه ی سانتیگراد، به فرم بتای خود تبدیل می شود. سپس در دمای 870 درجه ی سانتیگراد، به فرم بتا- تریدیمیت، تبدیل می شود و در نهایت، در دمای 1470، به کریستوبالیت، تبدیل می شود. این تغییرات، همراه با انبساط حجمی است. هر یک از این فرم ها، دارای اشکال دما پایین نیز می باشند و در حین سرد شدن، به فرم دما پایین تبدیل می شوند. این تغییر نیز با انبساط حرارتی، همراه است. بنابراین، سیکل های سرد و گرم شدن این دیرگدازها، منجر به ایجاد ترک در این دیرگدازها، می شود. علاوه بر این، در دماهایی که این دیرگدازها، با آنها مواجه هستند، سیلیس با اکسید کلسیم واکنش می دهد و بتا- کلسیم سیلیکات تشکیل می شود. این ماده سریعاً به شکل گاما تبدیل می شود و این تبدیل نیز با انبساط حرارتی قابل توجه، همراه است. اگر علاوه بر این، آلومینا نیز در این ماده وجود داشته باشد، کلسیم- آلومینو – سیلیکات تشکیل می شود که دارای دمای ذوب پایینی است و در زیر دمای 1100 درجه ی سانتیگراد، ذوب می شود. آلومینا موجب تشکیل سیلیکات هایی می شود که دارای وزن مخصوص بالاتری هستند. این مسئله به همراه تغییر شکل های ناشی از تغییر بافت، موجب تضعیف ساختار دیرگداز می شود. از این رو، هم سیلیس و هم آلومینا، مواد مضر برای DBM هستند.
اکسید آهن، عموماً به عنوان یک ناخالصی مضر تلقی می شود. این ماده در دماهای پایین ذوب می شود. البته در برخی موارد، یک مقدار اندک از این ماده در دیرگدازهای DBM، مفید می باشد و موجب افزایش قابلیت زینتر شدن ذرات DBM می شود. اکسید اهن با MgO ترکیب می شود و موجب تشکیل فریت های منیزیم می شود. این ماده در واقع، عامل اتصال می باشد.
با توجه به این فاکتورها، یک گروه از ویژگی های مربوط به DBM به عنوان ویژگی های مهم تلقی می شود. در واقع DBM تجاری به 7 گرید، طبقه بندی می شود. این طبقه بندی، به نوع منیزیت مورد استفاده، وابسته است. بهترین گرید این ماده، حاوی 99 % اکسید منیزیم است. اما پایین ترین نوع آن که بوسیله ی صنایع مورد قبول می باشد، حاوی حداقل85 % اکسید منیزیم، ماکزیمم 6.5 % سیلیس، حداکثر 5 % آلومینا و اکسید آهن، و تا 2.5 % اکسید کلسیم کی باشد.
ویژگی های منیزیت مورد استفاده در تولید DBM: برای تولید گرید با کیفیت بالای DBM، مگنزیت خام باید دارای ویژگی های خاصی باشد. علاوه بر این، برای تولید DBM، مگنزیت خام در دمای بالایی در حدود 1700 درجه ی سانتیگراد، حرارت داده می شود. بنابراین، اجزایی مانند سیلیس، الومینا، اکسید آهن و اکسید کلسیم، در واقع عناصر نامطلوبی هستند که ممکن است برای DBM، مناسب نباشند.
منیزیای فیوزد: این ماده بسیار گران قیمت است و در برخی مواد اندک، مورد استفاده قرار می گیرد. صنایع برای تولید این نوع منیزیا، از اکسید منیزیم با خلوص 99 % استفاده می کنند و تنها مقادیر اندکی از ناخالصی در این نوع محصول، وجود دارد. در این مورد، هیچ اتصال دهنده ی مورد نیاز نیست و از این رو، حتی نیاز به افزودن اکسید آهن نیز وجود ندارد.
دیرگداز
لاستیک
کاغذ
لوازم آرایشی
عایق های الکتریکی
مواد شیمیایی
فلز منیزیم
سیمان های سورل (منیزیم اکسی کلرید)
سیمان های منیزیم اکسی سولفات
کودهای شیمیایی
خوراک حیوانات
شیشه
گیرنده های گردو غبار
تصفیه ی آب
لعاب سرامیکی
لعاب فلزی
جوش سرامیکی
در ادامه در مورد این استفاده ها، صحبت خواهیم کرد.
انواع منیزیت برای استفاده به عنوان دیرگداز
آجرها: DBM ابتدا خردایش می یابد و اندازه ی ذرات آن به گستره ی 5 تا 60 میکرون می رسد. سپس کسرهای مختلفی از ذرات که دارای اندازه ی مختلف هستند، با نسبت روبرو مخلوط می شوند: 45 % ذرات با اندازه ی 20 تا 26 میکرون، 10 % ذرات با اندازه ی 5 تا 20 میکرون، 45 % ذرات با اندازه ی کمتر از 5 میکرون. بعد از این کار، با عبور ذرات از داخل یک جداساز مغناطیسی، ذرات اهن از مخلوط حذف می شود. در نهایت، ماده با 2-5 % بایندر و 4-7 % آب، مخلوط می شود و سپس با استفاده از قالب و اعمال فشار، آجرها، در ابعاد مورد نظر، تولید می شوند. این آجرها، در دمای 1600 تا 1700 درجه، پخت می شوند. یک چنین آجرهایی، برای آسترکاری کوره های فولادسازی دهانه باز، کوره های ذوب آلومینیوم، مس و کوره های سیمان، مناسب می باشند.
گرانول: در سیکل های صنعتی، گرانول این مواد که در واقع از جنس DBM هستند، مورد استفاده قرار می گیرند. این منیزیت، برای تولید بسترهای مونولیتیک، استفاده می شود.
ملات ها: ملات های تولیدی از این ماده، حاوی ذرات بسیار ریز از DBM است که اندازه ی ذرات آن زیر 75 میکرون است و برای تعمیر و اصلاح آسترهای دیرگداز آسیب دیده، مورد استفاده قرار می گیرد.
به هر حال، محدودیت دیرگدازهای DBM در واقع پوسته شدن تحت شوک های حرارتی می باشد.
آجرهای منیزیای فیوزد: این آجرها، در واقع دیرگدازهای قلیایی هستند که قادرند در برابر عوامل شیمیایی، مقاومت کنند. این مقاومت تا دماهای بالا، حتی بالاتر از 2500 درجه ی سانیتگراد نیز میسر است. برای تولید این محصولات، منیزیای کلسینه شده ذوب می شود و به صورت اشکال مورد نظر، ریخته گری می شوند. در اینجا، بایندر مورد استفاده قرار نمی گیرد. این دیرگدازها، بسیار هزینه بر هستند و از این رو، در مواد خاص، مورد استفاده قرار می گیرند. مثلا یکی از کاربردهای آن، در هیترهای برقی غوطه وری و هیترهای مقاومتی است که برای ذوب فلزات و آلیاژها استفاده می شود.
آجرهای منیزیایی با باند قیری یا آغشته به قیر: برای فایق آمدن بر مشکل پوسته ای شدن این دیرگدازها تحت شوک های حرارتی، آجرهای دیرگداز منیزیتی می تواند با استفاده از قیر پوشش داده شوند.
دیرگدازهای DBM- کرومیتی: به منظور فایق آمدن بر مشکل پوسته ای شدن این دیرگدازها، این دیرگدازها، با کرومیت مخلوط می شوند. یک چنین دیرگدازهایی با آجرهای معمولی جایگزین شده اند. موارد زیر از جمله کاربردهای این دیرگدازهاست:
آجرهای منیزیت- کرومیتی: در این آجرها، میزان منیزیت بیشتر از کرومیت است. حداقل میزان اکسید منیزیم در این آجرها، 55 % و میزان اکسید کروم نیز در حدود 6 تا 10 % است. این آجرها، ممکن است به صورت پخته شده یا خام، مورد استفاده قرار گیرند. از این آجرها، در EAF، OHF، کوره های بر پایه ی اکسیژن (BOF)، کوره های مورد استفاده برای ذوب فلزا، کوره های دوار سیمان، کوره های ذوب شیشه و ... کاربرد دارند. از آجرهایی که دارای میزان کرومیت بیشتری هستند، در ساخت بستر کوره های باز مورد استفاده در فولاد سازی، استفاده می شود.
آجرهای منیزیت- کرومیتی با باند شیمیایی: ترکیب این آجرها، مشابه با آجرهای منیزیت- کرومیتی است اما در این نوع از آجرها، یک بخشی از کرومیت، با مواد بایندر، جایگزین می شود. یک چنین آجرهایی نباید پخته شوند زیرا این پخت، موجب تخریب باند شیمیایی می شود. البته همین پخته نشدن، موجب می شود تا خواص آنها تضعیف شود. مهم ترین استفاده از این نوع آجرها، در ساخت سقف کوره های ذوب فولاد و فلزات غیر آهنی است.
آجرهای کرومیت- منیزیتی: در یک چنین آجرهایی، میزان کرومیت از میزان منیزیت بیشتر است. این آجرها، ممکن است به صورت پخته شده یا پخته نشده، مورد استفاده قرار می گیرند. این اجرها در بخش های خاصی از کوره ی قوس الکتریکی (EAF)، کوره های با بستر باز (OHF) ، کوره های ذوب شیشه، کوره های ذوب فلزات غیر آهنی و ... مورد استفاده قرار می گیرند.
آجرهای کرومیت- منیزیتی با باند شیمیایی: این آجرها، در واقع مشابه آجرهای کرومیت- منیزیتی هستند که حاوی باندر شیمیایی می باشند. این آجرها، پخته نمی شوند.
دیرگدازهای DBM- گرافیتی (دیرگدازهای Mag-carb): استفاده از این آجرها، در کشورهایی مانند آمریکا، آلمان و ... انجام می شود. علت استفاده از آنها، مسائل زیست محیطی ایجاد شده به دلیل استفاده از کرومیت می باشد. از این رو، این آجرها، به طور قابل توجهی با آجرهای حاوی کروم، جایگزین شده اند. این محصولات ابتدا در آمریکا و در دهه ی 1960، تولید شده اند. از این آجرها، در کوره های قوس الکتریکی، کنورتورهای اکسیژن و ملاقه های تصفیه ی فولاد، استفاده می شود.
در آجرهای Mag-carb، مقاومت بالای گرافیت در برابر شوک حرارتی، با ویژگی دیرگدازی بالاای منیزیت، ترکیب می شود. میزان بالاتر گرافیت، موجب می شود تا تعداد سیکل های حرارتی که آجر می تواند تحمل کند، افزایش یابد. در کنورتورهای اکسیژن، میزان گرافیت مورد استفاده، عموماً تا 20 % نیز می رسد. این میزان از کربن، در EAF های آب گرد، از 15 تا 20 % (برای 500 سیکل) و 20-25 % (برای 1000 سیکل) متغیر است. تکنولوژی آب گرد، حاوی انتقال حرارت از دیواره ها، به سیستم خنک سازی می باشد. در این حالت، انتقال حرارت خوب در گرافیت، یک مزیت مهم محسوب می شود. در این کاربرد، استفاده از این آجرها، موجب می شود تا کوره در دماهای بالاتری (در حدود 2000 درجه ی سانیتگراد) کار کند.
منبع:
Uses of Industrial Minerals, Rocks and Freshwater/ Kaulir Kisor Chatterjee
استفاده از مطالب این مقاله، با ذکر منبع راسخون، بلامانع می باشد.
تاریخچه
منشأ نام منیزیت ، منیزیا و منیزیم، در واژه ی یونانی به نام منیزیا، نهفته است. مقادیر فراوانی از این مینرال قلیایی در زمین وجود دارد. برخی از مواد معدنی به صورت مواد نرم و برخی دیگر، به صورت سنگ های منیزیمی، تشکیل می شوند. کیمیاگران دوره ی قرون وسطا، این ماده ی معدنی سفید رنگ را آلبا منیزی (magnesia alba) یا منیزیای سفید، می نامیدند. نوع سیاه رنگ را نیز منیزیای سیاه یا magnesia nigra می نامند.در سال 1707، M.B. Valentine یک نمک سفید رنگ مشابه magnesia alba را آماده سازی کرد. او این نمک را از طریق کلسیناسیون باقیمانده ی بدست آمده از تبخیر پیش ماده ای بدست آورد که این محصول، در واقع محصول فرعی بود که در طی تولید پتاسیم نیترات، بدست آمده بود. اما او اشتباهاً آن را آهک نامید. در سال 1729، Hoffman با واکنش magnesia alba با آهک، سولفوریک اسید تولید کرد و از آن دو نوع نمک تولید کرد که وقتی در آب محلول می شدند، بی مزه بودند. اما او نتوانست درمورد این مسئله نتیجه ای بدست آورد. در سال 1754، Joseph Black برای اولین بار، ترکیب شیمیایی این ماده را توصیف کرد. او magnesia alba را کلسینه کرد و توانست گاز دی اکسید کربن، بدست آورد. علاوه بر این گاز، یک اکسید فلزی دیگر بدست آمد که منیزیا، نامیده شد. البته نباید بین این ماده و منگنز، اشتباه شود. او نتیجه گیری کرد که magnesia alba در حقیقت، یک ماده ی کربناتی است اما در آن زمان، فلز منیزیم، هنوز ناشناخته بود.
در نتیجه، در سال 1795، J.C. Delametherie از منیزینت به عنوان یک نام کلی برای توصیف یک سری از نمک ها استفاده کرد که کربنات، نیترات، سولفات، کلرید یک فلز بودند و در آزمایشکاه، تولید شدند. در طی همان سال، برای اولین بار، یک ذخیره ی طبیعی از همان کربنات، در موراویا کشف شد. در سال 1803، C.F. Ludwig این ماده را "کربنات تالک" نامید. در سال 1808، D.L.G. Karsten واژه ی منیزیت را تنها برای کربنات طبیعی استفاده کرد. magnesia alba امروزه، در واقع به عنوان کربنات هیدراته ی منیزیم نامیده می شود که دارای ترکیب شیمیایی xMgCO_3.yMg(OH)_2.zH_2 O می باشد.
در سال 1808، Humphrey Davie ماده ای را خالص سازی کرد که بعدها، آن را منگنز نامید. این دو ماده تاریخچه ی به هم پیچیده ای دارند و برخی این دو ماده را اشتباه می گرفتند.
بعد از کشف منیزیت در موراویا، سایر ذخایر این ماده نیز در استرالیا، یونان و کانادا، کشف شد. اولین استخراج تجاری از این ماده، در استرالیا، یونان و کانادا انجام شده است. این کار در طی نیمه ی دوم قرن نوزدهم، انجام شده است. اولین ذخیره ی منیزیت کشف شده در آمریکا در سال 1886 در کالیفرنیا انجام شده است.
تا زمان جنگ جهانی اول، استرالیا، بزرگترین تولیدکننده و فروشنده ی منیزیت در دنیا محسوب می شد.تولید جهانی این ماده در سال 1937، برابر با 2.1 میلیون تن بوده است و این میزان در سال 2001، به 20.5 میلیون تن رسیده است.
معیار استفاده
منیزیت از 47.6 % اکسید منیزیم تشکیل شده است که از لحاظ شیمیایی، بازی است.وزن مخصوص این ماده بین 2.95 تا 3.20 است. این وزن مخصوص به نوع و میزان ناخالصی وابسته است.
منیزیت دارای سختی در گستره ی 3.0 تا 4.5 موهس است.
منیزیت در دمای 700 درجه ی سانتیگراد، شروع به از دست دادن دی اکسید کربن می کند و بسته به دمای کلسیناسیون، مقادیری از دی اکسید کربن، در این محصول باقی می ماند. مقادیر قابل توجهی از این دی اکسید کربن، در دمای 1560 درجه، خارج می شود اما محصول باقیمانده، هنوز هم حاوی 2 الی 3 % دی اکسید کربن است. به دلیل واکنش پذیری بالا، منیزیای کلسینه شده در دمای پایین، منیزیای سوزآور (caustic magnesia) نامیده می شود.
منیزیای سوزآور در دمای 1560 درجه، به طور جزئی، ذوب می شود. این ماده در گستره ی دمایی 1700 تا 1760 درجه ی سانتیگراد، به شکل کریستالی خود تبدیل می شود که پریکلاژ نامیده می شود. یک شکل پایدار و با دانسیته ی بالا از منیزیت که در واقع منیزیای دیرگداز نامیده می شود، به نام "منیزیت dead-burnt " (DBM) معروف است. به عنوان نتیجه ای از اعمال فرایند خاص، میزان وزن مخصوص DBM افزایش می یابد و 3.2 به 3.9 افزایش می یابد. به هر حال، اگر منیزیا خالص باشد، زینترینگ ممکن است در دماهای بالاتر (تا 2300 درجه) انجام شود. علت این مسئله، این است که هیج اثر فلاکسی در این ماده، ایجاد نمی شود.
وقتی این ماده در کوره ی قوس، تا دمای 2500 الی 3000 درجه، حرارت داده می شود، منیزیای dead-burnt به طور کامل ذوب و ری کریساله می شود. این منیزیادی ذوب شده که رنگی سفید دارد، قادر است تا دماهای بالا مقاومت کند و یک ماده ی قلیایی بسار قوی است.
دانسیته ی بالک مربوط به پودر با ذرات ریز از منیزیای سوزآور، در حدود 2.2 است و این نوع از منیزیا، به دلیل این خاصیت، منیزیای سبک، نامیده می شود.
اکسید کلسیم کلسینه شده، یک کاتالیست خوب است.
محصولات میانی
منیزیت خام، به صورت مستقیم برای تولید محصولات نهایی مانند مواد شیمیایی و لاستیک مصنوعی، مورد استفاده قرار می گیرد. در کاربردهای دیرگداز، این ماده به شکل فیوزد، مورد استفاده قرار می گیرد. اما در بیشتر کاربردها، منیزیت، به صورتی یکی از اشکال سوزآور یا به صورت dead-burnt مورد استفاده قرار می گیرد. در ادامه در مورد این موارد، صحبت خواهیم کرد.منیزیای سوزآور: منیزیای سوزآور با اعمال فرایند کلسیناسیون بر روی مواد اولیه ی منیزیتی، تولید می شود. این کار در یک کوره ی دوار یا شافت و در دمایی بین 800 تا 1000 درجه ی سانتیگراد، انجام می شود. به هر حال، بعد از تولید، منیزیای سوزآور عموماً در طی استفاده، دماهای بالایی را تجربه نمی کند.
منیزیای سوزآور دارای برخی کاربردهای صنعتی است و در نتیجه، گریدهای مختلفی از آن وجود دارد که از لحاظ میزان تخلخل و وزن مخصوص متفاوت می باشند. میزان تخلخل و همچنین نوع و میزان ناخالصی ها، به نوع استفاده، بستگی دارد. در واقع، با اعمال دما و شرایط کلسیناسیون مختلف، محصولات و گریدهای مختلفی از این ماده، تولید می شوند. به هر حال، گرید پایین این ماده، دارای حداقل 40 % اکسید منیزیم، 3.5 % سیلیس، 0.5 % اکسید آهن، 0.10 % آلومینا، 3 % اکسید کلسیم می باشد. میزان وزن مخصوص این ماده نیز در حدود 2.92 است.
در دماهای بالا، سیلیس و اکسید کلسیم واکنش می دهند و موجب تشکیل بتا دی کلسیم سیلیکات می شوند. این ماده سریعاً به فرم گاما تبدیل می شود و انبساط حجمی قابل توجه آن، منجر به خرد شدن ماده می شود. اگر علاوه بر این، آلومینا نیز در این ماده، وجود داشته باشد، سپس کلسیم آلومینو- سیلیکات با دمای ذوب پایین، تشکیل می شود. از این رو، سیلیس و آلومینا، برای هر دو نوع از منیزیای گفته شده در بالا، مضر می باشند.
اکسید آهن با اکسید منیزیم ترکیب می شود و منجر به تشکیل منیزیم فریت می شود که این ماده تخلخل ها را پر کرده و بنابراین، میزان تخلخل منیزیای سوزآور را کاهش می دهد.
کاهش وزن مخصوص منیزیت، منجز به تغییر در میزان فعالیت این ماده می شود.
منیزیای dead-burnt (DBM): برخلاف منیزیای سوزآور، DBM تنها در برخی از محصولات دیرگداز، مورد استفاده قرار می گیرد. DBM یک ماده ی دیرگداز اس تکه نه تنها توانایی تحمل دماهای بالاتر از 1550 را دارد، بلکه همچنین توانایی تحمل سیکل های سرد و گرم شدن را دارا می باشد.
ویژگی های DBM: کوارتز در دمای 574 درجه ی سانتیگراد، به فرم بتای خود تبدیل می شود. سپس در دمای 870 درجه ی سانتیگراد، به فرم بتا- تریدیمیت، تبدیل می شود و در نهایت، در دمای 1470، به کریستوبالیت، تبدیل می شود. این تغییرات، همراه با انبساط حجمی است. هر یک از این فرم ها، دارای اشکال دما پایین نیز می باشند و در حین سرد شدن، به فرم دما پایین تبدیل می شوند. این تغییر نیز با انبساط حرارتی، همراه است. بنابراین، سیکل های سرد و گرم شدن این دیرگدازها، منجر به ایجاد ترک در این دیرگدازها، می شود. علاوه بر این، در دماهایی که این دیرگدازها، با آنها مواجه هستند، سیلیس با اکسید کلسیم واکنش می دهد و بتا- کلسیم سیلیکات تشکیل می شود. این ماده سریعاً به شکل گاما تبدیل می شود و این تبدیل نیز با انبساط حرارتی قابل توجه، همراه است. اگر علاوه بر این، آلومینا نیز در این ماده وجود داشته باشد، کلسیم- آلومینو – سیلیکات تشکیل می شود که دارای دمای ذوب پایینی است و در زیر دمای 1100 درجه ی سانتیگراد، ذوب می شود. آلومینا موجب تشکیل سیلیکات هایی می شود که دارای وزن مخصوص بالاتری هستند. این مسئله به همراه تغییر شکل های ناشی از تغییر بافت، موجب تضعیف ساختار دیرگداز می شود. از این رو، هم سیلیس و هم آلومینا، مواد مضر برای DBM هستند.
اکسید آهن، عموماً به عنوان یک ناخالصی مضر تلقی می شود. این ماده در دماهای پایین ذوب می شود. البته در برخی موارد، یک مقدار اندک از این ماده در دیرگدازهای DBM، مفید می باشد و موجب افزایش قابلیت زینتر شدن ذرات DBM می شود. اکسید اهن با MgO ترکیب می شود و موجب تشکیل فریت های منیزیم می شود. این ماده در واقع، عامل اتصال می باشد.
با توجه به این فاکتورها، یک گروه از ویژگی های مربوط به DBM به عنوان ویژگی های مهم تلقی می شود. در واقع DBM تجاری به 7 گرید، طبقه بندی می شود. این طبقه بندی، به نوع منیزیت مورد استفاده، وابسته است. بهترین گرید این ماده، حاوی 99 % اکسید منیزیم است. اما پایین ترین نوع آن که بوسیله ی صنایع مورد قبول می باشد، حاوی حداقل85 % اکسید منیزیم، ماکزیمم 6.5 % سیلیس، حداکثر 5 % آلومینا و اکسید آهن، و تا 2.5 % اکسید کلسیم کی باشد.
ویژگی های منیزیت مورد استفاده در تولید DBM: برای تولید گرید با کیفیت بالای DBM، مگنزیت خام باید دارای ویژگی های خاصی باشد. علاوه بر این، برای تولید DBM، مگنزیت خام در دمای بالایی در حدود 1700 درجه ی سانتیگراد، حرارت داده می شود. بنابراین، اجزایی مانند سیلیس، الومینا، اکسید آهن و اکسید کلسیم، در واقع عناصر نامطلوبی هستند که ممکن است برای DBM، مناسب نباشند.
منیزیای فیوزد: این ماده بسیار گران قیمت است و در برخی مواد اندک، مورد استفاده قرار می گیرد. صنایع برای تولید این نوع منیزیا، از اکسید منیزیم با خلوص 99 % استفاده می کنند و تنها مقادیر اندکی از ناخالصی در این نوع محصول، وجود دارد. در این مورد، هیچ اتصال دهنده ی مورد نیاز نیست و از این رو، حتی نیاز به افزودن اکسید آهن نیز وجود ندارد.
استفاده ها و ویژگی ها
منیزیت خام به طور گسترده، مورد استفاده قرار نمی گیرد. بیشترین کاربردهای صنعتی را منیزیای سوزآور، منیزیت DB و منیزیای فیوزد دارد. استفاده های صنعتی این ماده، عبارتست از:دیرگداز
لاستیک
کاغذ
لوازم آرایشی
عایق های الکتریکی
مواد شیمیایی
فلز منیزیم
سیمان های سورل (منیزیم اکسی کلرید)
سیمان های منیزیم اکسی سولفات
کودهای شیمیایی
خوراک حیوانات
شیشه
گیرنده های گردو غبار
تصفیه ی آب
لعاب سرامیکی
لعاب فلزی
جوش سرامیکی
در ادامه در مورد این استفاده ها، صحبت خواهیم کرد.
دیرگداز
مواد دیرگداز، در واقع موادی هستند که در برابر حرارت مقاوم هستند و دمای ذوب آنها کمتر از 1580 درجه ی سانتیگراد نیست. عملکرد آستر دیرگداز، نه تنها مقاومت در برابر دماهای بالاست، بلکه همچنین مقاومت در برابر نوسانات دمایی نیز می باشد. این آسترها، علاوه بر این، در برابر نفوذ، ایروژن و خوردگی نیز مقاوم هستند و با مواد مذاب موجود در کوره، واکنش نمی دهند. عمر مفید آسترکاری های دیرگداز، به طور قابل توجهی بر روی بهره وری یک کوره و مسائل اقتصادی مربوط به کارخانه، مرتبط است. علت این مسئله، این است که در صورت خراب شدن این آسترکاری، باید خط تولید متوقف شود و از این رو، هزینه های اضافی به سیستم، وارد می شود. منیزیت بیشتر به شکل DBM مورد استفاده قرار می گیرد. البته در برخی کاربردهای اندک، این ماده به صورت فیوزد نیز مورد استفاده قرار می گیرد. تمام دیرگدازهای بر پایه ی DBM، به صورت شیمیایی بازی است و می تواند در گستره ی دمایی نزدیک به دمای 1785 درجه ی سانتیگراد، مورد استفااده قرار گیرد. استحکام فشاری این ماده، در گستره ی 250 تا 400 کیلوگرم بر سانتیمتر مربع می باشد. این میزان به نوع دیرگداز، وابسته است.انواع منیزیت برای استفاده به عنوان دیرگداز
دیرگدازهای منیزیتی
دیرگدازهای منیزیتی DBM: این دیرگدازها، تنها حاوی DBM است و برای اهداف کلی مورد استفاده قرار می گیرد. این نوع از دیرگدازها به سه نوع تقسیم بندی می شوند:آجرها: DBM ابتدا خردایش می یابد و اندازه ی ذرات آن به گستره ی 5 تا 60 میکرون می رسد. سپس کسرهای مختلفی از ذرات که دارای اندازه ی مختلف هستند، با نسبت روبرو مخلوط می شوند: 45 % ذرات با اندازه ی 20 تا 26 میکرون، 10 % ذرات با اندازه ی 5 تا 20 میکرون، 45 % ذرات با اندازه ی کمتر از 5 میکرون. بعد از این کار، با عبور ذرات از داخل یک جداساز مغناطیسی، ذرات اهن از مخلوط حذف می شود. در نهایت، ماده با 2-5 % بایندر و 4-7 % آب، مخلوط می شود و سپس با استفاده از قالب و اعمال فشار، آجرها، در ابعاد مورد نظر، تولید می شوند. این آجرها، در دمای 1600 تا 1700 درجه، پخت می شوند. یک چنین آجرهایی، برای آسترکاری کوره های فولادسازی دهانه باز، کوره های ذوب آلومینیوم، مس و کوره های سیمان، مناسب می باشند.
گرانول: در سیکل های صنعتی، گرانول این مواد که در واقع از جنس DBM هستند، مورد استفاده قرار می گیرند. این منیزیت، برای تولید بسترهای مونولیتیک، استفاده می شود.
ملات ها: ملات های تولیدی از این ماده، حاوی ذرات بسیار ریز از DBM است که اندازه ی ذرات آن زیر 75 میکرون است و برای تعمیر و اصلاح آسترهای دیرگداز آسیب دیده، مورد استفاده قرار می گیرد.
به هر حال، محدودیت دیرگدازهای DBM در واقع پوسته شدن تحت شوک های حرارتی می باشد.
آجرهای منیزیای فیوزد: این آجرها، در واقع دیرگدازهای قلیایی هستند که قادرند در برابر عوامل شیمیایی، مقاومت کنند. این مقاومت تا دماهای بالا، حتی بالاتر از 2500 درجه ی سانیتگراد نیز میسر است. برای تولید این محصولات، منیزیای کلسینه شده ذوب می شود و به صورت اشکال مورد نظر، ریخته گری می شوند. در اینجا، بایندر مورد استفاده قرار نمی گیرد. این دیرگدازها، بسیار هزینه بر هستند و از این رو، در مواد خاص، مورد استفاده قرار می گیرند. مثلا یکی از کاربردهای آن، در هیترهای برقی غوطه وری و هیترهای مقاومتی است که برای ذوب فلزات و آلیاژها استفاده می شود.
آجرهای منیزیایی با باند قیری یا آغشته به قیر: برای فایق آمدن بر مشکل پوسته ای شدن این دیرگدازها تحت شوک های حرارتی، آجرهای دیرگداز منیزیتی می تواند با استفاده از قیر پوشش داده شوند.
دیرگدازهای DBM- کرومیتی: به منظور فایق آمدن بر مشکل پوسته ای شدن این دیرگدازها، این دیرگدازها، با کرومیت مخلوط می شوند. یک چنین دیرگدازهایی با آجرهای معمولی جایگزین شده اند. موارد زیر از جمله کاربردهای این دیرگدازهاست:
آجرهای منیزیت- کرومیتی: در این آجرها، میزان منیزیت بیشتر از کرومیت است. حداقل میزان اکسید منیزیم در این آجرها، 55 % و میزان اکسید کروم نیز در حدود 6 تا 10 % است. این آجرها، ممکن است به صورت پخته شده یا خام، مورد استفاده قرار گیرند. از این آجرها، در EAF، OHF، کوره های بر پایه ی اکسیژن (BOF)، کوره های مورد استفاده برای ذوب فلزا، کوره های دوار سیمان، کوره های ذوب شیشه و ... کاربرد دارند. از آجرهایی که دارای میزان کرومیت بیشتری هستند، در ساخت بستر کوره های باز مورد استفاده در فولاد سازی، استفاده می شود.
آجرهای منیزیت- کرومیتی با باند شیمیایی: ترکیب این آجرها، مشابه با آجرهای منیزیت- کرومیتی است اما در این نوع از آجرها، یک بخشی از کرومیت، با مواد بایندر، جایگزین می شود. یک چنین آجرهایی نباید پخته شوند زیرا این پخت، موجب تخریب باند شیمیایی می شود. البته همین پخته نشدن، موجب می شود تا خواص آنها تضعیف شود. مهم ترین استفاده از این نوع آجرها، در ساخت سقف کوره های ذوب فولاد و فلزات غیر آهنی است.
آجرهای کرومیت- منیزیتی: در یک چنین آجرهایی، میزان کرومیت از میزان منیزیت بیشتر است. این آجرها، ممکن است به صورت پخته شده یا پخته نشده، مورد استفاده قرار می گیرند. این اجرها در بخش های خاصی از کوره ی قوس الکتریکی (EAF)، کوره های با بستر باز (OHF) ، کوره های ذوب شیشه، کوره های ذوب فلزات غیر آهنی و ... مورد استفاده قرار می گیرند.
آجرهای کرومیت- منیزیتی با باند شیمیایی: این آجرها، در واقع مشابه آجرهای کرومیت- منیزیتی هستند که حاوی باندر شیمیایی می باشند. این آجرها، پخته نمی شوند.
دیرگدازهای DBM- گرافیتی (دیرگدازهای Mag-carb): استفاده از این آجرها، در کشورهایی مانند آمریکا، آلمان و ... انجام می شود. علت استفاده از آنها، مسائل زیست محیطی ایجاد شده به دلیل استفاده از کرومیت می باشد. از این رو، این آجرها، به طور قابل توجهی با آجرهای حاوی کروم، جایگزین شده اند. این محصولات ابتدا در آمریکا و در دهه ی 1960، تولید شده اند. از این آجرها، در کوره های قوس الکتریکی، کنورتورهای اکسیژن و ملاقه های تصفیه ی فولاد، استفاده می شود.
در آجرهای Mag-carb، مقاومت بالای گرافیت در برابر شوک حرارتی، با ویژگی دیرگدازی بالاای منیزیت، ترکیب می شود. میزان بالاتر گرافیت، موجب می شود تا تعداد سیکل های حرارتی که آجر می تواند تحمل کند، افزایش یابد. در کنورتورهای اکسیژن، میزان گرافیت مورد استفاده، عموماً تا 20 % نیز می رسد. این میزان از کربن، در EAF های آب گرد، از 15 تا 20 % (برای 500 سیکل) و 20-25 % (برای 1000 سیکل) متغیر است. تکنولوژی آب گرد، حاوی انتقال حرارت از دیواره ها، به سیستم خنک سازی می باشد. در این حالت، انتقال حرارت خوب در گرافیت، یک مزیت مهم محسوب می شود. در این کاربرد، استفاده از این آجرها، موجب می شود تا کوره در دماهای بالاتری (در حدود 2000 درجه ی سانیتگراد) کار کند.
منبع:
Uses of Industrial Minerals, Rocks and Freshwater/ Kaulir Kisor Chatterjee
استفاده از مطالب این مقاله، با ذکر منبع راسخون، بلامانع می باشد.
