(Sinistra) Pellet reale di dolomite e ferrosilicio. La parte bianca è ricca di dolomite, e la parte nera è ricca di ferrosilicio. Il ferrosilicio è concentrato nella parte centrale. (a destra) Cinque impilati per formare la lunghezza d'onda delle microonde (struttura dell'antenna). Credito:Istituto di tecnologia di Tokyo
Un gruppo di ricerca guidato dal professor Yuji Wada e dal professor Satoshi Fujii del Tokyo Institute of Technology ha ideato un metodo di fusione del magnesio che utilizza quasi il 70% di energia in meno rispetto ai metodi convenzionali utilizzando le microonde.
Minerale dolomitico (MgO, CaO), che è una materia prima per il magnesio metallico, non assorbe bene l'energia delle microonde e non genera calore. Quando il ferrosilicio elettricamente conduttivo (FeSi) utilizzato come agente riducente è stato miscelato con il materiale grezzo di dolomite e trasformato in una struttura di antenna, assorbiva più facilmente l'energia delle microonde e si riduceva in temperatura. Riscaldamento interno e riscaldamento a punto di contatto, quali sono le caratteristiche delle microonde, sono stati osservati, e la temperatura media di reazione per questa fusione è stata abbassata dal convenzionale 1, 200 - 1, 400°C a 1, 000°C.
Questo risultato della ricerca è stato pubblicato nel numero del 12 aprile di Rapporti scientifici .
Attualmente, la fusione del magnesio metallico viene eseguita principalmente utilizzando il metodo Pidgeon (un metodo di riduzione termica) in cui la temperatura del materiale viene aumentata utilizzando una grande quantità di carbone come fonte di calore. Circa l'80% del magnesio metallico è prodotto in Cina. Una grande quantità di carbone viene consumata per la fusione, con conseguente generazione dell'inquinante atmosferico PM 2.5 (particolato fine) e rilascio di anidride carbonica nell'atmosfera, che sono grossi problemi.
Differenza nella distribuzione del campo elettrico nell'applicatore con e senza la struttura dell'antenna tramite simulazione. Credito:Istituto di tecnologia di Tokyo
Il metodo Pidgeon è una tecnica per riscaldare il minerale di dolomite e il ferro di silicio ad alte temperature e quindi raffreddare il magnesio evaporato per ottenere il metallo di magnesio.
Dove (s)=Solido e (g)=Gas:
2MgO (s) + 2CaO (s) + (Fe)Si (s) → 2Mg (g) + Ca2SiO4 (s)+ Fe (s)
Minerale dolomitico:MgO, CaO; Ferrosilicio:FeSi
Fonte di calore:carbone
Usando il ferrosilicio come agente riducente, ideando la forma del pellet di materia prima ottenuto mescolando dolomite e ferrosilicio e formandolo come un'antenna con una struttura di risonanza di 2,45 GHz (la frequenza per i forni a microonde), è stato possibile confinare l'energia delle microonde al pellet.
In un reattore sperimentale su piccola scala, 1 g di magnesio metallico è stato fuso con successo. Anche, per stimare con precisione l'energia, è stato prodotto un forno dimostrativo circa cinque volte più grande del forno sperimentale e sono stati condotti esperimenti, con conseguente fusione riuscita di circa sette grammi di magnesio metallico. Ciò può ridurre l'energia del 68,6% rispetto al metodo convenzionale.
Risultato della diffrazione dei raggi X del magnesio metallico ottenuto. Si osserva picco di magnesio. Credito:Istituto di tecnologia di Tokyo
Sviluppi futuri
Questa tecnica è promettente per il processo di riduzione degli ossidi ad alta temperatura. Nel futuro, attraverso l'ulteriore sviluppo di questa ricerca, sarà applicato alla fusione di altri materiali metallici per risparmiare energia con l'acciaio, metalli, materiali e chimica, e ridurre l'inquinamento da anidride carbonica, che è una delle cause del riscaldamento globale.
