Magnezyum ve Üretimi Temel Özellikleri Simgesi: Mg Atom Numarası: 12

... konulu sunumlar: "Magnezyum ve Üretimi Temel Özellikleri Simgesi: Mg Atom Numarası: 12"— Sunum transkripti:

1 Magnezyum ve Üretimi Temel Özellikleri Simgesi: Mg Atom Numarası: 12
Atom Ağırlığı: 24,30 g/mol Yoğunluğu: 1,738 g/cm3 Ergime Sıcaklığı: 650 °C Kaynama Noktası: °C Kristal Yapısı: Hegzegonal Atom Yarıçapı: 150 pm

2 Mg Magnesium is the lightest structural metal used today, some 30 % lighter than aluminium, and is generally used in alloys. Pure magnesium burns vigorously once molten, but magnesium alloys have higher melting points and are widely used in the automotive and aircraft industries.

3 Uses of magnesium Magnesium is the third most used metal in construction (after iron and aluminium). Magnesium alloys, typically containing over 90% magnesium, have a very low density, comparatively high strength and excellent machinability. They contain one or more of the elements aluminium, zinc, manganese or silicon in various amounts, depending on how the alloy is to be processed.  Car components such as steering wheel cores, gearbox casings, dashboard structures and radiator supports are often made from high pressure die cast magnesium alloys.

4 Pure magnesium can be used itself as an alloying additive, for example in the aluminium industry.  Indeed, about half of magnesium produced today is used as an additive to aluminium.  An example is in the ring-pull system of a drinks can; the aluminium at the top of the can has magnesium added to it, making it stronger but less ductile, enabling the ring to tear open. A very important use of magnesium is in the manufacture of titanium.

5

6 Manufacture of Magnesium
Magnesium is found in solution in sea-water (about 1.3 kg m-3 magnesium) and in natural brines.  It is also found extensively in the ores magnesite (MgCO3) and dolomite (MgCO3.CaCO3). Magnesium is principally produced by two methods: a) thermal reduction of magnesium oxide b) electrolysis of magnesium chloride

7 Before the expansion of production in China, electrolysis was the more common method of production in countries where electrical energy is produced relatively cheaply.  Most Chinese plants, however, use an updated version of the thermal reduction process originally developed in Canada in the 1940 s to boost production during World War II (the 'Pidgeon Process').

8 (a) Thermal reduction process
Dolomite ore is crushed and heated in a kiln to produce a mixture of magnesium and calcium oxides, a process known as calcining:

9 The next step is reduction of the magnesium oxide
The next step is reduction of the magnesium oxide.  The reducing agent is ferrosilicon (an alloy of iron and silicon) which is made by heating sand with coke and scrap iron, and typically contains about 80% silicon. The oxides are mixed with crushed ferrosilicon, and made into briquettes for loading into the reactor. Alumina may also be added to reduce the melting point of the slag. The reaction is carried out at K under very low pressure, close to vacuum. Under these conditions the magnesium is produced as a vapour which is condensed by cooling to about 1100 K in steel-lined condensers, and then removed and cast into ingots:

10 The forward reaction is endothermic and the position of equilibrium is in favour of magnesium oxide.  However, by removing the magnesium vapour as it is produced, the reactiongoes to completion.  The silica combines with calcium oxide to form the molten slag, calcium silicate: The process gives magnesium with up to 99.99% purity, slightly higher than from the electrolytic processes.

11

12 (b) The electrolytic process
Outside China, the electrolytic process is usually the preferred choice. The process involves two stages: i) Production of pure magnesium chloride from sea water or brine. ii) Electrolysis of fused magnesium chloride.

13 (i) Production of pure magnesium chloride from sea water or brine
Where sea-water is the raw material, it is treated with dolomite which has been converted to mixed oxides by heating to a high temperature.  Magnesium hydroxide precipitates, while calcium hydroxide remains in solution. Magnesium hydroxide is filtered off and on heating readily forms the pure the oxide. Conversion to magnesium chloride is achieved by heating the oxide, mixed with carbon, in a stream of chlorine at a high temperature in an electric furnace (Figure 1). Figure 1  Illustrating the production of magnesium chloride from magnesium oxide.

14 Several reactions occur:
Where magnesium chloride-rich brines are the source of magnesium, the solution is treated for removal of various impurities and the remaining magnesium chloride solution concentrated by evaporation in several stages. The last stage of dehydration has to be carried out in the presence of hydrogen chloride gas to avoid hydrolysis of the magnesium chloride:

15 Figure 2 Illustrating the electrolysis of magnesium chloride.
 (ii) The electrolysis of fused magnesium chloride The resulting anhydrous magnesium chloride is fed continuously into electrolytic cells (Figure 2) which are hot enough to melt it. On electrolysis, magnesium and chlorine are produced: The molten metal is removed and cast into ingots.  The chlorine gas is recycled to the chlorination furnace. Figure 2  Illustrating the electrolysis of magnesium chloride.

16 The cell electrolyte is a molten mixture containing about 25% MgCl2 - 15% CaCl2 - 60% NaCl, and the cell is operated between 700oC and 750oC. The cell electrolytic reaction is:

17 KROM VE ÜRETİMİ Kimyasal sembolü : Cr Atom Numarası : 24 Atom Ağırlığı : 51,99 g·mol−1 Yoğunluğu : 7,19 g·cm−3 Ergime Derecesi : °C Kaynama Derecesi : 2671 °C Kristal Yapısı :Hacim Merkez Kübik Young Modülü : 279 GPa

18 KROM Genel Bilgiler Ekonomik olarak işletilen tek krom minerali kromittir. Teorik mineraloji formülü FeCr2O4 olmakla birlikte, doğada bulunduğu haliyle formülü ; [( Mg, Fe)++ (Cr, Al, Fe)+++] 2 O4 olan spinel grubu bir mineraldir. Bu grupta yer alan mineraller oksit türü mineraller olup en yaygın olanları: Chromite  (FeCr2O4) (Iron Chromium Oxide) Franklinite (Zinc Iron Manganese Oxide) Gahnite (Zinc Aluminum Oxide) Magnesiochromite (Magnesium Chromium Oxide) Magnetite (Iron Oxide) Minium (Lead Oxide) Spinel (Magnesium Aluminum Oxide)

19 Krom çok sert olması ve erime noktasının 1857 °C olması nedeniyle, metallere sertlik sağlanması ve zırhlı araç yapımı için kullanılır. En önemli kullanım alanı Ni ile beraber paslanmaz çeliklerdedir. Oluşturduğu kromoksit tabakası çelik yüzeyini film tabakası gibi kaplar ve kimyasal korozyona karşı dayanıklılık sağlar. Krom doğada +3 yüklüdür, indirgenme reaksiyonuyla +6 değerlik alır. Krom kristali (%99,999 saflık).

20 Kullanım Alanları Metalurjik olarak krom cevherinin en önemli kullanım alanı paslanmaz çelik yapımında kullanılan ferro-krom imalidir. Refrakter alanda ise çok geniş kullanıma sahip olan krom cevheri, kimya endüstrisinde; Renk maddesi ve kuru pil imalinde kullanılır. Son yıllarda metalurji sanayinde tüketilen kromun yaklaşık % 95'i ferrokrom şeklindedir. Ferrokromun % 90’ı başlıca paslanmaz ve ısıya dirençli çelik yapımında kullanılmaktadır. Paslanmaz çelikler %12-40 arasında krom içerir. Bu özelliği nedeniyle krom, savunma, sanayinin vazgeçilmez hammaddelerinden biridir ve bu açıdan stratejik öneme sahiptir. Konvansiyonel silahların üretimi dışında; Otomotiv, gemi, denizaltı ve uçak sanayi gibi birçok sektörlerde krom alaşımlı çelikler yaygın olarak kullanılmaktadır.

21 Dünya krom cevheri tüketiminin
% 79’u metalurji, % 12’si kimya, % 9’u refrakter sanayilerinde kullanılmaktadır. Dünya Krom Rezervleri Dünya toplam kromit kaynakları 7,6 milyar ton düzeyindedir. Bunun 3,6 milyar tonu rezerv sınıfındadır. Ekonomik olarak işletilebilen krom cevheri yatakları dünyada başlıca; Güney Afrika Cumhuriyeti, Kazakistan, Zimbabve, Finlandiya, Hindistan, Türkiye, İran, Filipinler Küba ve Brezilya’da bulunmaktadır.

22 Türkiye Krom Rezerlerinin Bölgelere Göre Dağılım Oranları

23 Öncelikle krom cevheri krom okside dönüştürülür
Öncelikle krom cevheri krom okside dönüştürülür. Daha sonrada alüminyum ile tepkimeye sokularak krom metali üretilir. Krom oksitten karbonla krom üretimi mümkün değildir. Çünkü oksijen atomu ile çok güçlü bağ oluşturmuştur bu nedenle kromdan daha reaktif bir metal kullanılarak krom oksit kroma indirgenebilir. chromium(III) oxide + aluminium ==> aluminium oxide + chromium Cr2O3 + 2Al ==> Al2O3 + 2Cr Cr2O3(s) + 2Al(s) ==> Al2O3(s) + 2Cr(s) 

24 TİTANYUM Kimyasal sembolü : Ti Atom Numarası : 22 Atom Ağırlığı : g·mol−1 Yoğunluğu : g·cm−3 Ergime Derecesi : 1668 °C Kaynama Derecesi : 3287 °C Kristal Yapısı : Hegzagonal Young Modülü : 116 GPa

25 TİTANYUM ÜRETİMİ Titanyum üretimi çok fazla enerji tüketilen proseslerden ve pahalı pek çok reaktif metallerin (Na, Mg ve Al) kullanımını içermekte olduğundan üretimi oldukça pahalıdır. Titanyum çok faydalı bir metaldir fakat üretmek pahalıdır. Titanyumun oksidini basit bir şekilde indirgeyebilmek mümkün değildir. Çünkü aşırı reaktif bir metaldir ve oksijen atomlarıyla çok güçlü bağ oluşturur. Bu nedenle titanyumu üretebilmek için daha pahalı bir yol izlenir. Birden fazla uygulamayı içeren üretim aşamasında klorin (Cl2) ve daha reaktif sodyum ya da magnezyum gibi bir metal tüketilir. Bu üretim prosesi gayet tabi ucuz değildir. Fakat titanyum çok değerli bir metaldir.

26 Titanyum cevheri genel yapı olarak TiO2 içerir buda karbon ve klorinle ısıtılarak titanyum tedracloride (TiCl4) dönüştürülür. TiO2 + C + 2Cl2 ==> TiCl4 + CO2 Daha sonra klorit sodyum veya magnezyumla tepkimeye sokularak metalik titanyum ile sodyum klorit yada magnezyum klorit oluşturulur. Bu reaksiyon basitçe bir yeralan reaksiyonudur. Daha az reaktif olan titanyum daha fazla reaktif olan sodyum veya magnezyum metaliyle yer değiştirmektedir.

27 Reaksiyon inert argon atmosferinde gerçekleştirilir
Reaksiyon inert argon atmosferinde gerçekleştirilir. Bu şekilde atmosferin oksijeni ile bir metal oksit oluşumu da engellenmiş olacaktır. titanium(IV) chloride + magnesium ==> titanium + magnesium chloride TiCl4 + 2Mg ==> Ti + 2MgCl2 veya titanium(IV) chloride + sodium ==> titanium + sodium chloride TiCl4 + 4Na ==> Ti + 4NaCl Bu bir yer alan reaksiyonudur ve bu reaksiyonda daha fazla reaktif olan magnezyum veya soydun daha az reaktif olan titanyumla yer değiştirmektedir. Titanyum oksidin tamamı titanyum metaline indirgenirken kaybedilen oksijenin tamamı magnezyum ya da sodyumu okside ederken bu metaller bir indirgeyici madde olarak görev yapmış olmaktadır. Titanyumun mukavemetli bir metal olması aynı zamanda düşük yoğunlukta ve korozyona karşı yüksek bir direnç göstermesi onu iyi bir yapı malzemesi yapmaktadır. Titanyum alaşımlar en güçlü ve en hafif metal alaşımları arasında yer alırken uçak yapımında kullanılır. Uçak ve uzay alanında tüketilen titanyum alaşımları nükleer reaktörlerde de tüketilmektedir.

28

29

30