Procés de Pidgeon

Archiu:Magnesium crystals.jpg

Cristals de magnesi depositats en vapor del procés Pidgeon

El procés de Pidgeon és un dels métodos de producció de magnesi metàlic, a través d'una reducció silicotérmica. La producció pràctica requerix aproximadament 35–40 MWh/tonellada de metal produït, lo que està a la parell en els métodos de producció electrolítics de sals foses, encara que per damunt del mínim teòric de 7 MWh/tonellada.

Química

L'equació química bàsica d'este procés és:

Si_(s) + 2 MgO_(s) ↔ SiO_2(s) + 2 Mg_(g) (alta temperatura, zona d'ebullició per destilació)

El silici i la magnesia reaccionen per a produir sílice i magnesi.

No obstant, d'acort en els diagrames de Ellingham, esta reacció és termodinámicamente desfavorable, d'acort en el principi d'equilibri de li Chatelier, encara es pot conduir cap a la dreta per mig del suministrament continu de calor i per mig de l'eliminació d'un dels productes, és dir, la destilació del vapor de magnesi. El punt d'ebullició a pressió atmosfèrica del magnesi metàlic és molt baix, solament 1090 °C, i inclús més baix en buit. Es preferix el buit, ya que permet temperatures més baixes.

La forma més utilisada i més barata de silici és com una aleació de ferrosilicio. El ferro de l'aleació no és més que un espectador en les reaccions.

La matèria primera de magnesi d'esta reacció és l'òxit de magnesi, que es pot obtindre de vàries maneres. En tots els casos, les matèries primeres deuen ser calcinades per a eliminar tant l'aigua com el diòxit de carbono, que seria gaseós a les temperatures de reacció, i seguiria el vapor de magnesi i revertiria la reacció.

Una forma és per mar o aigua de llac, clorur de magnesi hidrolizado a hidròxit, que després es calcina a òxit de magnesi per mig de l'eliminació d'aigua. Una atra forma és usar magnesita extreta (MgCO₃) que ha segut calcinada a òxit de magnesi per mig de l'eliminació de diòxit de carbono. En molt, la matèria primera més utilisada és la dolomita minada, un mescla (Ca, Mg)CO₃, a on l'òxit de calcio present en la zona de reacció elimina la sílice formada, llibera calor i consumix un dels productes, lo que ajuda a impulsar l'equilibri a la dreta.

(Ca, Mg) CO_3(s) → CaO. MgO_(s) + CO_2(g) (calcinació de dolomita)

(Fe, Si)_(s) + 2 MgO_(s)↔ Fe_(s)+ SiO_2(s)+ 2 Mg_(g)

CaO + SiO₂ → CaSiO₃

El procés Pidgeon és un procés per lots en el que la dolomita calcinada finamente polvorisada i el ferrosilicio es mesclen, es convertixen en briquetas i es carreguen en retortes fetes d'aleació de níquel-cromo-acer. La porció de la zona de reacció calenta de la retorta es calfa en gas, carbó o es calfa eléctricamente en un forn, mentres que la secció de condensació equipada en deflectors extraíbles s'estén des del forn i es gela en aigua. Per la destilació, es produïxen corones de magnesi de molt alta purea, que després es tornen a fondre i es convertixen en lingots.

Procés carbotérmico inviable

No es pot usar l'us metalúrgic habitual del carbono com a agent reductor en lloc del silici, perque el diòxit de silici és un sòlit, mentres que el diòxit de carbono i el monòxit són gaseosos, i seguirien al magnesi a la zona de condensació, revertint la reacció de la següent manera.

C (s) + MgO (s) → CO (g) + Mg (g) (alta temperatura, zona d'ebullició per destilació)

CO (g) + Mg (g) → C (s) + MgO (s) (baixa temperatura, zona de destilació i condensació)

En este cas, la reacció carbotérmica no produiria rendiment quan els vapors es mogueren a les zones de condensació més fredes dins del reactor, encara que temporalment hi hauria monòxit de carbono intermig i vapors de magnesi reals. Encara hi ha un procés factible en carbono, que utilisa la congelació dels vapors, per a no permetre en qualsevol moment la reacció inversa, encara que tal refredat per choc està molt llunt de ser un procés industrial econòmic.

A temperatures a on el magnesi encara és líquit o sòlit (digam 600-700 °C), pero els òxits de carbono són gaseosos, l'immens contraconjunto termodinàmic fa que les reaccions siguen poc pràctiques, inclús si l'argón va porgar el monòxit de carbono. L'equilibri pot ser teòricament conduït de qualsevol manera, pero és pràcticament llent si les velocitats de reacció directa i inversa són minúscules.

A baixes temperatures, l'energia de reacció domina tot lo demés, i en este sentit també el silici supera al carbono, perque el diòxit de silici té una calor de formació molt major que els òxits de carbono, com es veu millor en els diagrames de Ellingham.