(Izquierda) Pellet real de dolomita y ferrosilicio. La porción blanca es rica en dolomita, y la parte negra es rica en ferrosilicio. El ferrosilicio se concentra en la parte central. (Derecha) Cinco apilados para formar la longitud de onda de microondas (estructura de la antena). Crédito:Instituto de Tecnología de Tokio
Un grupo de investigación dirigido por el profesor Yuji Wada y el profesor adjunto Satoshi Fujii del Instituto de Tecnología de Tokio ha ideado un método de fundición de magnesio que utiliza casi un 70 por ciento menos de energía que los métodos convencionales mediante el uso de microondas.
Mineral de dolomita (MgO, CaO), que es una materia prima para el magnesio metálico, no absorbe bien la energía de microondas y no genera calor. Cuando el ferrosilicio de conductividad eléctrica (FeSi) utilizado como agente reductor se mezcló con el material de dolomita en bruto y se convirtió en una estructura de antena, absorbió más fácilmente la energía de microondas y redujo la temperatura. Calefacción interna y calefacción por puntos de contacto, que son características de microondas, fueron observados, y la temperatura media de reacción para esta fundición se redujo de la convencional 1, 200 - 1, 400 ° C hasta 1, 000 ° C.
El resultado de esta investigación se publicó en la edición del 12 de abril de Informes científicos .
En la actualidad, La fundición de magnesio metálico se realiza principalmente mediante el método Pidgeon (un método de reducción térmica) en el que se eleva la temperatura del material utilizando una gran cantidad de carbón como fuente de calor. Aproximadamente el 80 por ciento del magnesio metálico se produce en China. Se consume una gran cantidad de carbón para la fundición, resultando en la generación del contaminante atmosférico PM 2.5 (partículas finas) y la liberación de dióxido de carbono a la atmósfera, que son problemas importantes.
Diferencia en la distribución del campo eléctrico en el aplicador con y sin estructura de antena mediante simulación. Crédito:Instituto de Tecnología de Tokio
El método Pidgeon es una técnica para calentar mineral de dolomita y hierro de silicio a altas temperaturas y luego enfriar el magnesio evaporado para obtener magnesio metálico.
Donde (s) =sólido y (g) =gas:
2MgO (s) + 2CaO (s) + (Fe) Si (s) → 2Mg (g) + Ca2SiO4 (s) + Fe (s)
Mineral de dolomita:MgO, CaO; Ferrosilicio:FeSi
Fuente de calor:carbón
Al usar ferrosilicio como agente reductor, idear la forma de la pastilla de materia prima obtenida mezclando dolomita y ferrosilicio y formándola como una antena con una estructura de resonancia de 2,45 GHz (la frecuencia de los hornos microondas), era posible confinar la energía de microondas a la pastilla.
En un reactor experimental a pequeña escala, Se fundió con éxito 1 g de magnesio metálico. También, para estimar con precisión la energía, Se fabricó un horno de demostración unas cinco veces más grande que el horno experimental y se llevaron a cabo experimentos. resultando en la fundición exitosa de aproximadamente siete gramos de magnesio metálico. Esto puede reducir la energía en un 68,6 por ciento en comparación con el método convencional.
Resultado de la difracción de rayos X del magnesio metálico obtenido. Se observa pico de magnesio. Crédito:Instituto de Tecnología de Tokio
Futuros desarrollos
Esta técnica es prometedora para el proceso de reducción de óxidos a alta temperatura. En el futuro, mediante un mayor desarrollo de esta investigación, se aplicará a la fundición de otros materiales metálicos para ahorrar energía con acero, rieles, materiales y química, y reducir la contaminación por dióxido de carbono, que es una de las causas del calentamiento global.
