Obtención

Para la extracción del magnesio se utilizan distintos métodos basados en dos procedimientos generales (Fig. sig.), la electrólisis ígnea del MgCl2 anhidro fundido (que representa el 80 % de lo obtenido) y la reducción térmica del MgO.

Sistema de producción

Procedimiento Dow

Es el método mas económico y más importante para producir magnesio, el cual utiliza agua de mar como la materia prima más importante, el agua de mar debe estar tibia , limpia y no debe de estar diluida.

Los pasos por los cuales se efectúa la extracción del magnesio son:

Decantación:

El agua de mar pasa por una compuerta la cual deja pasar el agua, en este punto tiene lugar una estratificación del agua de alta densidad, y del agua de baja densidad. Se añade al agua de mar cloro en cantidad que deje por lo menos. 5 p.p.m. de halógeno libre residual para impedir el desarrollo de algas marinas. Después se produce cal con conchas de ostras, la cal es convertida en lechada en un apagador rotatorio. El hidróxido de calcio es sedimentado en tanques, de los cuales se extrae una lechada rica, mientras el líquido claro que queda se vuelve a someter al ciclo. La lechada se mezcla con un poco de sosa cáustica y se diluye para facilitar el control, la mezcla de sosa cáustica y cal se agita con agua de mar en el deposito flocurador.

Filtración:

Esta operación se realiza en filtros moore, conectados a un colector central de succión, cada filtro se hace descender a un pozo lleno de lechada y durante dos horas permanece ahí y se recoge el hidróxido de magnesio. Después de sacar el cesto del pozo se lleva por medio de una grúa hasta tanques de vaciamiento, en los cuales se separa lavando las hojas del filtro con aire a presión.

Neutralización:

Este paso comienza con la disolución de lechada, que en este momento contiene aproximadamente el 25% de hidróxido de magnesio en peso, para transformarla en una lechada bombeable. Esto se realiza en homogeneizadores por agitación con una solución de cloruro de magnesio que vuelve al ciclo. La lechada resultante con una consistencia de crema, se bombea a los neutralizadores equipados con agitadores de hélice recubiertos con caucho. En el primer tanque se añade 75% del ácido necesario y todo el hidróxido de magnesio. La neutralización se completa en el segundo tanque.

Evaporación:

En esta operación se realiza la eliminación casi completa del agua de la solución del cloruro de magnesio al 15%, por evaporación y reducción en la solubilidad del cloruro de sodio. Este paso se efectúa en cuatro unidades de evaporación sumergidas del tipo de combustión colocadas

en serie. Cada unidad está en comunicación con una torre de enfriamiento equipada con un precipitador electrostático. El paso siguiente es otra evaporación que se lleva a cabo en calderas de ebullición.

Secado:

Para eliminar el agua en exceso para alimentar las cubas electrolíticas se calienta el liquido, de 50 % de cloruro de magnesio a 170 ºC en tuberías de monel, pulverizando en ellas seis veces su peso de sólido previamente secado en una mezcladora rotatoria. El material se almacena o se usa directamente en las celdas electrolíticas, que son equipo auxiliar de los secaderos. Se hace pasar los gases de escape cargados de polvo por separadores calientes de ciclón para recuperar el cloruro de magnesio.

Electrólisis:

Se realiza en celdas electrolíticas Dow. Las celdas en trabajo están llenas de una mezcla de sales fundidas, que consta de 25% de cloruro de magnesio, 15% de cloruro de calcio, 60% de cloruro de sodio. El agua residual es evaporada al fundirse el material por el calor del baño. Sin ninguna dificultad puede añadirse material de alimentación que contenga de 10 al 20 % de agua a un baño que este a 700 ºC, la adición se hace lenta y uniformemente.

Por electrólisis se puede producir magnesio fundido y cloro gaseoso. El magnesio sube hasta la punta del electrolito y es dirigido por placas de hierro hacia los pozos colectores situados en la parte delantera de la celda, y el metal se saca a mano de los pozos en lingotes.

El proceso Pidgeon (proceso de reducción térmica)

En el proceso Pidgeon, se produce magnesio a partir de la calcinación de dolomita, bajo vacío y a altas temperaturas, usando silicio como agente reductor. En el proceso, este carbonato (magnesio / calcio) finamente triturado se alimenta a un horno rotativo donde se calcina, y donde se evacua dióxido de carbono, quedando un producto de dolomita calcinada. Luego, la dolomita calcinada se pulveriza en un molino de rueda antes de mezclarse con ferrosilicio y fluorespato finamente divididos. Se pesan lotes de dolomita calcinada fina, ferrosilicio y fluorespato y se cargan en un mezclador rotativo. A esta mezcla se le da después forma de briquetas mediante prensas a tal fin.

Posteriormente, las briquetas son transportadas a los hornos de reducción. La operación de reducción es un proceso por lotes que libera magnesio en forma de vapor, que condensa en la sección de la retorta enfriada por agua, ubicada externamente a la pared del horno. Luego de la remoción del horno, se comprime la corona magnésica desde la manga, mediante una prensa hidráulica. El residuo remanente de la carga reductora se elimina de la retorta y se envía a un repositorio. La Figura de la página siguiente ilustra el proceso en forma esquemática.

Proceso de deshidratación Norsk Hydro

Norsk Hydro ha desarrollado y llevado a la práctica con éxito una nueva tecnología, un proceso de deshidratación de MgCl2, en su planta de Canadá.

La planta produce salmuera de MgCl2 por disolución de roca magnesita en ácido clorhídrico. Las impurezas tales como el aluminio, el hierro y el manganeso se eliminan del licor de lixiviado por purificación. Posteriormente, la salmuera se somete a evaporación y formación de pepitas, y secado usando la técnica de lecho fluidizado. Esto da como resultado un producto de MgCl2 anhidro.

Las celdas de electrólisis Hydro se operan a 400 kA aproximadamente. Las pepitas de MgCl2 se alimentan en forma continua, desde la planta de deshidratación a las celdas electrolíticas. Esta operación produce magnesio metálico y gas cloro. El gas se hace reaccionar con hidrógeno para producir ácido clorhídrico, que se recicla a la etapa de disolución de la magnesita. El magnesio fundido se moldea en condiciones controladas. Los productos finales son el metal puro y aleaciones en la forma de lingotes y planchas para moler.

Obtención del Magnesio

Joaquín Jiménez Lorenzo

El magnesio es uno de los elementos más abundante en la corteza terrestre (2,2 % en masa). Está presente en el agua de mar

(0,13 % en masa) y en diversos minerales como la dolomita (CaCO3 · MgCO 3), la magnesita (MgCO3), la brucita (Mg (OH )2) ó la epsomita (MgSO 4 ·7H2O). En cuanto a los minerales son los dos primeros los que mayor trascendencia tienen industrialmente, pero es a partir de aguas marinas como se

hace la extracción a gran escala. Otros minerales interesantes desde el punto de vista comercial serían la carnalita (KM gCl 3 ·6(H2O ))el talco (H2Mg 3(Si O3 )4) y el

olivino ((MgFe )2SiO4 ).

La dolomita es un constituyente fundamental de las rocas sedimentarias carbonatadas (dolomías y calizas dolomíticas) . Su presencia también es notable en filones hidrotermales de baja temperatura y en rocas metamórficas (formadas por altas presiones).

La magnesita se encuentra por lo común en masas espáticas compactas. Hay importantes depósitos en la antigua Unión Soviética, Austria, Grecia y Estados Unidos.

Dolomita Magnesita

El magnesio metálico puede obtenerse por reducción, tanto térmica como electrolítica. En la reducción térmica, la dolomita se descompone para dar óxido de magnesio, el cual se reduce en hornos eléctricos a 1200 ºC con

reductores como pueden ser aleaciones de hierro y silicio (ferrosilicio), carbono, CaC 2 , etc. A esta temperatura el magnesio se vaporiza a medida que se produce, desplazando el equilibrio de la reacción, que en principio era desfavorable a la reducción.

El otro método y el más importante es la electrólisis ígnea. En éste a su vez distinguimos la electrólisis del MgOdisuelto en un

fluoruro y el método de electrólisis delMgCl2 fundido.

La electrólisis del MgOdisuelto en un fluoruro está actualmente en desuso. Se fundamenta en una transformación del método clásico empleado para el aluminio consistente en que la magnesita se disuelve en un baño de fluoruros

ajustando su densidad y su punto de fusión. Uno de los problemas del método es su tratamiento en la célula electrolítica debido a la tendencia a flotar fundido por encima del electrolito.

Finalmente se estudiará en más detalle el segundo de los métodos electrolíticos, también llamado proceso Dow con el que se obtiene el 80% del magnesio mundial.

Éste proceso parte del agua de mar o salmueras donde el magnesio se encuentra disuelto en su forma iónica Mg2+

(que proviene

del MgCl2 (aq ) ) en concentraciones de alrededor de 1350 mg/l.

Estas aguas marinas, tras ser filtradas y limpiadas se conducen a una planta donde se les añade cal apagada (Ca(OH )2 ), que se diluirá generando iones hidroxilo y dando lugar a la reacción

Mg2+ ( aq)+2(OH )−( aq )⃗Mg(OH )2 (s )↓ (*)(1)

en la que se obtendrá hidróxido de magnesio que es muy poco soluble en agua y que por tanto precipitará. Para obtener la mayor cantidad de precipitado el proceso debe llevarse a cabo en un tanque de sedimentación.

Es típico que la cal apagada se produzca paralelamente a este proceso aunque no forme parte de él estrictamente. Para su

obtención es común la utilización de conchas de ostras por su alto contenido de CaCO3 . Éstas se llevan a una planta trituradora y

posteriormente se las introduce en un horno a altas temperaturas para producir cal y dióxido de carbono de manera que éste último se evapore y sólo quede la cal.

CaCO3( s ) Δ⃗TCO 2( g )↑+CaO (s )

Más tarde se añade a la cal una cantidad limitada de agua cuya reacción da la cal apagada.CaO (s )+H2O( l )⃗Ca(OH )2 (s )

Después de la reacción (1) se procede a filtrar la suspensión lechosa resultante. ElMg (OH )2 sólido que da el filtrado se somete a un

proceso de lavado y secado, para más tarde neutralizarlo con HCl .Mg (OH )2( s )+2HCl( aq)⃗MgCl 2 (aq )+2H2O( l ) (2)

Después, la disolución obtenida se conduce primero a unos evaporadores y más tarde a unos secadores con el objeto de eliminar el agua.

MgCl2 (aq )+2H2O( l) Δ⃗TMgCl2 (s )+2H2O(v )↑

El MgCl2 ( s )que resulta se funde en una cuba electrolítica (fig.) a unos 700ºC bajo atmósfera inerte (para minimizar las reacciones

secundarias no deseadas) para producir Mg fundido y Cl2 gaseoso. El magnesio metálico se forma en el cátodo de acero y sube a la superficie, donde se recoge periódicamente. El cloro gaseoso se forma entorno al ánodo de grafito y se extrae. Este cloro gaseoso se

convierte en HCl , que se reutilizará en la reacción (2). La reacción de reciclaje es

2Cl2 (g )+2H2O(v ) Δ⃗T 4 HCl(g )+O2 (g )

(+ V cc)

(-V cc)R ecip ien te de acero que hace de cátodo

Á nodo de grafito

)(2:Red u cció n

2)(2 :Ox id ació n 2

2

lMgeMg

egClCl

)(2 gCl

)(2 lMg Cl

)(lMg

(*)Nota: la reacción que realmente se produce es Ca(OH )2+MgCl 2( aq)⃗CaCl2 (aq )+Mg (OH )2(s )

dando como subproducto CaCl2 que habrá que tratar por su toxicidad.

En los últimos años China se ha convertido en uno de los grandes exportadores del metal y ha cambiado las tendencias de obtención anteriormente expuestas. Ha apostado sobre todo por un proceso térmico llamado Pidgeon. Es una técnica algo más sofisticada en la que se hace reaccionar silicio con óxido de magnesio a una temperatura muy elevada para obtener magnesio gaseoso.

2MgO⋅CaO (s )+Si Δ⃗T 2Mg (g )+Ca2 SiO4