مطالعات منیزیم در ایران و جهان

فلز منیزیم به جهت سبکی و نسبت استحکام به وزن بالا (بالاتر از فولاد) اهمیت بالایی دارد. در این میان سری آلیاژهای AZ به جهت ساده بودن آلیاژسازی و خواص مناسب استفاده عمومی‌تری یافته است. تقریباً اکثر فرایندهای تولید متداول برای منیزیم قابلیت انجام دارد. این فلز دارای کاربردهای ... نویسنده: محسن قسوری

عنوان گزارش: مطالعات منیزیم در ایران و جهان

نویسنده: محسن قسوری

 
خلاصه گزارش
فلز منیزیم به جهت سبکی و نسبت استحکام به وزن بالا (بالاتر از فولاد) اهمیت بالایی دارد. در این میان سری آلیاژهای AZ به جهت ساده بودن آلیاژسازی و خواص مناسب استفاده عمومی‌تری یافته است. تقریباً اکثر فرایندهای تولید متداول برای منیزیم قابلیت انجام دارد. این فلز دارای کاربردهای متالورژیکی به عنوان عنصر آلیاژی، بهبوددهنده، اصلاح کننده مذاب و احیا کننده؛ الکتروشیمیایی به عنوان آند فداشونده، مواد آتش‌زا، سوخت جامد راکت؛ کاربردهای سازه‌ای در قطعات خودرو، ابزارکار، وسایل ورزشی، جعبه های مسافرتی، دوربین، ابزار منزل، ماشین های تجاری و قطعات صنایع هوایی و فضایی می‌باشد. ترکیبات منیزیم نیز در کاربردهای دارویی، کشاورزی و صنایع نسوز قابل استفاده است. ایران دارای منابع عظیم منیزیم بوده که عمدتاً (به جز یک واحد در شهرستان فردوس) بهره‌برداری صورت نگرفته است. امروزه منیزیم در ایران چه به لحاظ واردات و چه به لحاظ صادرات در جایگاه مناسبی قرار نگرفته است و تنها در مواردی از قبیل کود شیمیایی، عنصر آلیاژی در فولادسازی و آلومینیم سازی، آندسازی، و صنایع هوایی به شکل محدود مورد استفاده قرار گرفته است.

 

فهرست مطالب
فصل اول: مطالعات مقدماتی و مبانی منیزیم.. 4

الف: شناخت فلز منیزیم.. 4

ب:آلیاژ/آلیاژهای پرکاربرد منیزیم در جهان. 5

AZ91. 5

ج: بررسی فرایندهای تولید. 9

مواد اولیه. 9

استخراج و تصفیه. 12

آلیاژسازی.. 13

شکل نهایی.. 17

عملیات تکمیلی.. 18

فصل دوم: کاربردهای منیزیم.. 19

کابردهای متالورژیکی.. 19

کاربردهای الکتروشیمیایی.. 19

کاربردهای سازه‌ای.. 20

ترکیبات شیمیایی.. 20

فصل سوم: موقعیت منیزیم در ایران. 22

منابع و معادن موجود. 22

منیزیم فردوس... 22

دریاچه ارومیه. 26

دریاچه قم (حوض سلطان) 28

معادن چهارمحال و بختیاری.. 29

پروژه منیزیم منطقه ویژه اقتصادی جلفا (ارس) 30

پروژه منیزیم منطقه ویژه صنایع انرژی بر لامرد. 30

میزان صادرات و واردات منیزیم.. 31

موارد مصرف منیزیم در ایران. 32

جمع‌بندی و نتیجه‌گیری.. 33

ضمائم.. 34

ضمیمه «الف» 34

قطعات خودرو. 34

قطعات منیزیمی در مصارف غیر از خودرو. 47

 

 

فصل اول: مطالعات مقدماتی و مبانی منیزیم
الف: شناخت فلز منیزیم

شکل 1 کریستال رسوب داده شده از بخار منیزیم

منیزیم (Mg) فلزی به رنگ نقره‌ای روشن با ظاهری مشابه آلومینیم اما با وزنی حدود دو سوم آن است. با دانسیته‌ای برابر 738/1 گرم بر سانتی متر مکعب سبک ترین فلز سازه‌ای است.  این فلز ساختار کریستالی هگزاگونال فشرده (hcp) دارد بنابراین مانند تمام فلزات با ساختار مشابه دیگر، در دماهای پایین انعطاف پذیری کمی از خود نشان می‌دهد. به علاوه، در حالت خالص، استحکام کافی برای استفاده در کاربردهای سازه ای ندارد. افزودن عناصر آلیاژی این خواص را افزایش می‌دهد. در مواردی که نیاز توأمان استحکام و سبکی وجود داشته باشد، از آلیاژهای منیزیم استفاده می‌شود.

در دماهای بالا (بالای °C 645) منیزیم به شدت با اکسیژن به واکنش می‌دهد. توانایی ترکیب شیمیایی بالای منیزیم می‌تواند ترکیبات پایدار زیادی را ایجاد کند که در کاربردهای مختلف متالورژیکی استفاده می‌شود؛ مثلاً برای تولید تیتانیم از تیتانیم تتراکلرید و گوگردزدایی در کوره بلند. واکنش پذیری منیزیم سبب کاربردهای ترکیبات منیزیم در صنایع، پزشکی و کشاورزی دارد.

ب:آلیاژ/آلیاژهای پرکاربرد منیزیم در جهان
AZ91
AZ91 مشهورترین فلز تجاری پایه منیزیم است. این آلیاژ قابلیت ریخته گری فوق العاده و خواص مکانیکی به همراه مقاومت به خوردگی مناسبی در درصد خلوص های بالا از خود نشان می دهد. ترکیب شیمیایی نامی این گروه از آلیاژها در آمده است.

ترکیب شیمیایی
جدول 1 ترکیب شیمیایی آلیاژهای AZ91

Al
Mn
Zn
Si
Cu
Ni
Fe
عناصر دیگر
Mg
محدوده ترکیب شیمیایی AZ91A
%7/9-3/8
%13/0≤
%0/1-35/0
%5/0≥
%1/0≥
%03/0≥
-
%30/0
مابقی
محدوده ترکیب شیمیایی AZ91B
%7/9-3/8
%13/0≤
%0/1-35/0
%50/0≥
%35/0≥
%03/0≥
-
%30/0
مابقی
محدوده ترکیب شیمیایی AZ91C
%3/9-1/8
%13/0≤
%0/1-40/0
%30/0≥
%10/0≥
%01/0≥
-
% 3/0
مابقی
محدوده ترکیب شیمیایی AZ91D
%7/9-3/8
%15/0≤
%0/1-35/0
%10/0≥
%03/0≥
%002/0≥
%005/0≥
% 02/0
مابقی
محدوده ترکیب شیمیایی AZ91E
%3/9-1/8
%35/0-17/0
%0/1-4/0
%20/0≥
%015/0≥
%0010/0≥
%005/0≥
% 01/0
مابقی
 
سیستم‌های نامگذاری
جدول 2 آلیاژهای AZ91 در سیستم‌های نامگذاری متفاومت

AMS
Die castings
AZ91A, 4490
Sand castings
AZ91C, 4437; AZ91E, 4446
ASTM
Die castings
AZ91A, AZ91B, and AZ91D; B 94
Sand castings
AZ91C and AZ91E; B 80
Permanent mold castings
AZ9C and AZ91E; B 199
Investment castings
AZ91C and AZ91E; B 403
Ingot
B 93
SAE
AZ91A, 501;

AZ91B, 501A;

AZ91C, 504
UNS numbers
AZ91A: M11910.

AZ91B: M11912.

AZ91C: M11914.

AZ91D: M11916.

AZ91E: M11921.

Government
Government
Die castings
AZ91A, QQ-M38
Permanent mold castings
AZ91C, QQ-M-55 and MIL-M-46062
Sand castings
AZ91C, QQ-M-56, and MIL-M-46062
Other
Elektron
AZ91
British
BS 2970 MAG3
French
AIR 3380 G-AZ91
German
DIN 1729 3.5912
 
دلایل اهمیت محصول
آلیاژهای پایه Mg-Al-Zn مانند AZ91، AZ31، AZ61 و AZ80 اصولاً برای کاربردهای با دمای محدود و متوسط مانند خودرو و صنعت الکترونیک توسعه یافته اند. این آلیاژها سه مزیت خواص مکانیکی، قابلیت ریخته گری و قیمت نسبتاً پایین را همزمان دارند. این آلیاژ در آب دریا مقاومت به خوردگی بسیار خوبی از خود نشان می دهد. 

انحلال در حالت جامد Al در Mg در حدود 1/2 درصد وزنی در دمای محیط است. افزون بر حد حلالیت جامد Al در فاز بین فلزی به شکل لایه‌ای رسوب می‌کند. افزودن Zn، بیشتر از حد حلالیت (حدود 8/0 درصد اتمی) خواص مکانیکی را در سیستم Mg-Al افزایش می‌دهد. افزودن Si خواص مکانیکی در دماهای بالاتر (تا حدود C°150) بهبود می بخشد. نتیجه‌ی ناچیز بودن حد حلالیت Si در زمینه Mg تشکیل فاز بین فلزی Si2Mg است. 

قطعات سیستم انتقال خودرو، سرپوش‌ سوپاپ، مانیفلدهای ورودی، براکت ها، پمپ ها و غیره کاربردهای معمول این آلیاژ هستند.

 
ویژگی‌ها و مشخصات آلیاژ
خواص فیزیکی
جدول 3 خواص فیزیکی آلیاژهای AZ91A، AZ91B، AZ91C، AZ91D و AZ91E

ویژگی
میزان
ضریب پواسون
35/0
E، مدول الاستیک
کششی  GPa45

برشی  GPa17
دانسیته
3g/cm 81/1
دمای ذوب 
C°595
دمای انجماد
C°470
ضریب انبساط دمایی خطی
µm/m.K 26 در 20 تا C°100
گرمای ویژه
kJ/kg.K 05/1
گرمای نهان ذوب
kJ/kg 373
هدایت حرارتی
W/m.K 72
 

خواص مکانیکی
جدول 4 خواص مکانیکی آلیاژهای AZ91A، AZ91B، AZ91C، AZ91D و AZ91E

خواص
AZ91A,B,D
AZ91C,E
دایکست بدون عملیات حرارتی
ریخته شده در ماسه بدون عملیات حرارتی
عملیات حرارتی T4
عملیات حرارتی T6
استحکام کششی (MPa)
230
165
275
275
استحکام تسلیم (MPa)
150
97
90
145
درصد ازدیاد طول mm50
3
5/2
15
6
استحکام تسلیم فشاری
165
97
90
130
سختی HB
63
60
55
70
استحکام به ضربه چارپی نمونه V-notch (J)
7/2
79/0
1/4
4/1
مقاومت به خوردگی
تست پاشش نمک مطابق با استاندارد ASTM B 117

AZ91D: کمتر از mg/cm2/day 13/0

AZ91E-T6: کمتر از mg/cm2/day 63/0

ویژگی‌های ساخت
فرایند
آلیاژ
توضیح
دمای ریخته گری
AZ91C و AZ91E
برای ریخته گری در ماسه، 705 تا C°845 و برای ریخته گری در قالب دائمی، 650 تا C°815
AZ91A ، AZ91B و AZ91D
برای ریخته گری دایکست، 625 تا C°700
جوش پذیری
AZ91C و AZ91E
جوشکاری می تواند با قوس با پوشش گازی با استفاده از میله AZ91C یا AZ92A انجام شود؛ نیاز به تنش زدایی دارد.
AZ91A ، AZ91B و AZ91D
جوش پذیر نیستند.
دمای Hot-shortness
C°400
 

موارد استفاده
·         AZ91A، AZ91B و AZ91D آلیاژهای دایکست بوده که در حالت ریخته شده استفاده می شود.

·         AZ91D آلیاژ با خلوص بالاست که مقاومت به خوردگی عالی دارد. این آلیاژ معمول‌ترین آلیاژ دایکست منیزیمی است.

·         AZ91A و AZ91B می‌توانند از فلزات برگشتی تولید شده و هزینه را کاهش دهند. این آلیاژها زمانی استفاده می شوند که نیاز به مقاومت به خوردگی نباشد.

·         AZ91E یک آلیاژ با خلوص بالا با مقاومت به خوردگی مناسب است که در قالب ماسه ای فشرده و قالب دائمی ریخته گری می شود و استحکام کششی بالا و استحکام تسلیم متوسط از خود نشان می دهد. 

·         AZ91C در قالب ماسه ای و قالب دائمی ریخته می شود به شرطی که نیاز به حد اکثر مقاومت به خوردگی نباشد.

ج: بررسی فرایندهای تولید
منیزیم دارای گستره‌ای از مصارف در صنایع مختلف مانند خودرو، حمل و نقل، هوایی، دفاعی، پزشکی، متالورژیکی و غیره می‌با شد بنابراین فرایندهای تولید و ساخت منیزیم دارای تنوع زیادی است. نمودار زیر شمای کلی از تمام مراحل تولید از معدن کاری تا مصرف محصول را نشان می‌دهد.

 

شکل 2 نمودار شمای کلی از مراحل تولید تا مصرف منیزیم

مواد اولیه
مواد اولیه‌ی تولید منیزیم عبارتند از: منیزیت[1]، دولومیت[2]، بیشوفت[3]، کارنالیت[4]، سرپانتین[5] . آب دریا. این منابع از نظر مقدار منیزیم، تکنولوژی تولید، و منشأ تشکیل، با یکدیگر متفاوت هستند. برخی از این مواد از معدن کاری بدست آمده، برخی از معادن روباز استخراج شده، برخی توسط فرایندهای متفاوتی که روی آب دریا یا دریاچه‌های نمکی صورت می‌گیرد بدست می‌آند و گروهی دیگر، ضایعات فرایند تولید آزبست هستند.

مواد اولیه‌ی تولید منیزیم از منابع مختلف منیزیم دار بدست می‌آیند. از آن جایی که این مواد اولیه از منابع طبیعی بدست می‌آیند، هرگز خالص نبوده و همیشه به همراه دیگر مواد دیده می‌شوند. نوع و مقدار این مواد همواره وابسته به منبع مورد استفاده است. جدول 5 فرمول شیمیایی مواد اولیه‌ی تولید منیزیم در حالت خالص این مواد را نشان می‌دهد.

جدول 5 مواد اولیه تولید منیزیم و فرمول مولکولی آن‌ها

ماده
فرمول شیمیایی
منیزیت
MgCO2
دولومیت
MgCO3.CaCO3
بیشوفیت
MgCl2.6h2O
کارنالیت
MgCl2.KCl.6h2O
سرپانتین
3MgO.2SiO2.2H2O
آب دریا
Mg2+(aq)
 

منیزیت
در طبیعت، این ماده به صورت کربنات منیزیم به همراه مقدار کمی کلسیم، آهن و منگنز به عنوان عناصر ناخالصی دیده می‌شود. منیزیت به گروه کلیست تعلق دارد که گروهی از کربنات‌ها هستند که دارای خواص فیزیکی یکسان می‌باشند. منیزیت عموماً در اثر تماس سنگ‌های غنی از منیزیم با محلول‌های غنی از کربنات تولید می‌شود. منیزیت غالباً بلورهای با شکل مشخص ایجاد نمی‌کند. ساختار بلوری آن مشابه کلیست بوده و دارای رنگ سفید است. منیزیت در برزیل، استرالیا، کره، چین و ساحل غربی ایالات متحده یافت شده و با عملیات معدن کاری استخراج می‌شود. در منیزیت خالص، 8/28 در صد وزنی منیزیم وجود دارد.

دولومیت
دولومیت اساساً نمک‌های دو گانه‌ی کربناتی منیزیم و کلسیم بوده و غلظت‌های کمی از آهن و منگنز به عنوان ناخالصی در آن دیده می‌شود. این نمک‌ها عموماً بدون رنگ بوده و دارای بلورهای شبیه الماس است، و در نتیجه‌ی دگرگونی‌های کلسیت در حضور یون‌های منیزیم تشکیل می‌شود. دولومیت علاوه بر تولید منیزیم، در صنعت ساختمان و سنگ‌های تزئینی نیز کاربرد دارد. منابع مهم آن در انگلستان، آلمان، برزیل، نروژ و مکزیک یافت می‌شود. غلظت منیزیم در دولومیت خالص 8/23 در صد وزنی است.

بیشوفیت
این مینرال یک ترکیب بی‌رنگ و به صورت ورقه ورقه یا بلوری است. این ماده محصول جانبی فرایند تولید پتاس است که ماده‌ی اولیه آن، هم از معدن کاری و هم از آب دریا می‌تواند به دست آید. به منظور استحصال بیشوفیت از آب دریا، ابتدا مقداری از آب توسط انرژی خورشیدی تبخیر شده و سپس نمک‌های دیگر متبلور می‌شوند. در بیشوفیت خالص، 96/11 در صد وزنی منیزیم وجود دارد.

کارنالیت
کارنالیت عمدتاً به عنوان ماده‌ی اولیه‌ی تولید پتاس و کانه‌ی منیزیم به شمار می‌رود. این ماده در اثر تبخیر آب دریا در استخرهای تبخیر به صورت رسوبات نمکی به دست می‌آید. تشکیل کارنالیت نیاز به شرایط خاص آب و هوایی دارد که در این شرایط باید تبخیر پیوسته و شدید آب به صورت طبیعی امکان‌پذیر باشد. علاوه بر آن باید استخرهای تبخیر دارای شکل خاص باشند. نمونه‌های بارز چنین شرایطی در بحر میّت دیده می‌شود که در آن کارنالیت به صورت توده‌های بزرگ با ظاهر غیر بلوری یافت می‌شود. از مشخصه‌های کارنالیت چگالی کم آن است که فقط برابر با 6/1 گرم بر سانتیمتر مکعب است.

عملیات صنعتی مرتبط با تولید کارنالیت، از فرایند‌های سازگار با محیط زیست است. در تولید کارنالیت در بحر میّت، تبخیر آب و رسوبات کارنالیت عمدتاً در اثر تابش خورشید صورت می‌گیرد، و در نتیجه سالیانه در مصرف حدود 10 میلیون تن سوخت صرفه‌جویی می‌شود. استفاده از کارنالیت به عنوان یک مینرال در مناطق مختلفی مانند مکزیک، ایالات متحده، آلمان، روسیه، چین، ایران و فلسطین اشغالی متدارول در صد وزنی منیزیم در کارنالیت 75/8 است.

سرپانتین
سرپانتین به گروهی از مینرال‌های سیلیکاتی گفته می‌شود که دارای مشخصات شیمیایی یکسان و ساختار متقارن هستند. این گروه ترکیبات از مینرال‌های غنی از منیزیم تولید می‌شوند و عمدتاً از سیلیکات‌های هیدروکسید منیزیم سبز رنگ تشکیل شده‌اند. معروف‌ترین مینرال‌های گروه سرپانتین، کریسوتیل[6] نام دارند که فرمول شیمیایی آن Mg3[Si2O5](OH)4 است. اغلب مینرال‌های گروه سرپانتین از الیاف آزبست تشکیل شده‌اند و بنابراین منبع اصلی تولید تجاری آزبست هستند. آزبست در عایق‌بندی ساختمان‌ها و تاسیسات کاربرد دارد. ساختار سرپانتین شامل لایه‌هایی از سیلیکات‌های تتراهدرال و لایه‌های Mg(OH)2  در بین آن لایه‌ها است. سرپانتین ترکیبی است که در سنگ‌های دگرگونی یافت می‌شود. ماده‌ی اولیه سرپانتین توسط معدن‌کاری به دست می‌آید و عموماً در مناطقی مانند ایتالیا، روسیه و کانادا یافت می‌شود. سرپانتین به عنوان یکی از محصولات جانبی عمده‌ی تولید آزبست نیز می‌باشد. در صد وزنی منیزیم در سرپانتین 33/26 است.

آب دریا
یون منیزیم، سومین یون مهم موجود در آب دریا است. غلظت این یون در دریاهای مختلف متفاوت است. یون‌های منیزیم محصول فرسایش هستند. هیدروکسید و کربنات‌های منیزیم تشکیل شده در آب دریا انحلال کمی در آب دریا دارند و در نتیجه ته‌نشین شدن آن‌ها در کف دریا، عامل اصلی تشکیل تپه‌های مرجانی هستند. علاوه بر این، یکی از وظایف اکولوژیکی مهم این ترکیبات، تثبیت مقادیر زیادی از CO2 به صورت فازهای جامد بوده که این گاز را از اتمسفر حذف می‌کنند. میزان حلالت کم این ترکیبات در آب دریا، اصلی است که از آن برای تولید منیزیم از آب دریا استفاده می‌شود. این کار با استفاده از افزون یک عامل رسوب‌دهنده مانند Ca(OH)2 به آب دریا انجام می‌شود.

استخراج و تصفیه
روش‌های الکتروشیمیایی
می‌توان روش‌های تولید منیزیم را به دو دسته‌ی کلی روش‌های الکتروشیمیایی و روش‌های احیای حرارتی تقسیم‌یندی نمود. تفاوت این دو ناشی از تفاوت در روش احیای یون منیزیم و تولید منیزیم فلزی است. در روش‌های الکتروشیمیایی، این امر توسط جریان الکتریکی تغذیه شده به سلول‌های الکترولیتی انجام می‌شود. در روش‌های حرارتی، احیا توسط عوامل احیا کننده‌ی مختلف در دماهای بالا صورت می‌گیرد.

 
روش احیای حرارتی و آماده‌سازی مواد اولیه
تنها کانه‌های مورد استفاده در تولید منیزیم به روش‌های احیای گرمایی، دولومیت و منیزیت هستند. این کانه‌ها به روش‌های متداول معدن‌کاری و عمدتاً به روش‌های معدن‌کاری روباز استخراج می‌شوند. کانه استخراج شده در دمای 1000-700 درجه سانتیگراد تکلیس می‌شود. پس از تکلیس، اکسید منیزیم به دست آمده آسیاب شده و به پودر ریز تبدیل می‌شود.

دیگر ماده‌ی اولیه‌ی مهمی که در روش‌های احیای حرارتی مورد استفاده قرار می‌گیرد، الیاژی از آهن و سیلیسیم است، که فرو سیلیسیم نامیده می‌شود. درصد سیلیسیم این ماده 65 تا 85% بوده و در گاهی موارد مقدار کمی آلومینیم نیز در ترکیب آن دیده می‌شود. 

عامل احیا کننده‌ی دیگری که در روش احیای حرارتی مگنوترم به کار می‌رود، بوکسیت است. از آلومینیم، آلومینا، و زغال سنگ نیز می‌توان در احیای حرارتی به عنوان افزودنی یا عامل احیاکننده استفاده نمود. البته این مواد نیز قبل از استفاده در راکتور احیا حتماً باید پودری یا ورقه‌ای تبدیل شود.

روش گرمایش و احیای مورد استفاده در تکنولوژی‌های مختلف احیای حرارتی متفاوت بوده، شرایط ترمودینامیکی احیا، دمای احیا را مشخص می‌کند. ترمودینامیک واکنش احیا به نوع عوامل احیا کننده، محصولات احیا و شرایط احیا مانند دما، فشار و حضور افزودنی‌ها وابسته است. 

آلیاژسازی
شرح فناوری
اغلب کارخانه‌ها شمش‌های پیش آلیاژی می‌خرند و آنها را در داخل کوره به همراه مقادیر مشخصی از قراضه‌ها یا قطعات برگشتی شارژ می‌کنند. در مورد عملیات دایکست، مقدار قراضه تولید شده کم است و ذوب دوباره قراضه‌ها و تبدیل آنها به شمش آلیاژی و استفاده دوباره از آنها از نظر اقتصادی ممکن است. 

در مورد آلیاژهای سری AZ که به روش ریخته گری در ماسه و یا دایکست ریخته می شوند کمی اصلاح در ترکیب شیمیایی ضروری است. اصلاح ترکیب شیمیایی می تواند به وسیله افزودن فلزات خالص (مانند روی، آلومینیم و میش متال) یا آلیاژهای هاردنر به میزان نسبتاً زیادی از عناصر انجام شود. در کنترل ترکیب شیمیایی باید به این مسأله توجه شود که افزودن یک آمیژان برای اصلاح میزان یک عنصر باعث رقیق شدن مذاب از عناصر دیگر است و در نهایت درصد عناصر دیگر کاهش می یابد. 

طبیعتاً این آمیژان ها در مذاب با قرار دادن آنها در سبد فولادی پیش گرم شده، اضافه می شوند. تکنیک لجن گیری[7] شامل دو روش همزنی دستی و همزنی مکانیکی می باشد. پس از همزنی به مذاب اجازه ته نشینی داده می شود تا کمپلکس های زیرکونیم تا محلول ته نشین و میزان فوق اشباع مذاب از زیرکونیم به مقدار مطلوب برسد.

مراحل آلیاژسازی
آلیاژسازی منیزیم شامل چند مرحله است. بعضی از این مراحل به صورت پی در پی و بعضی همراه با دیگری لازم الاجراست. بنابراین می‌توان آلیاژ سازی را شامل مراحل و اقدامات زیر دانست:

1. محافظت از مذاب
این اقدام همواره باید انجام گیرد. مادامی که در سیستم منیزیم فلزی به شکل مذاب موجود باشد باید محافظت از آن انجام گیرد. در غیر این صورت با رسیدن اولین توده گاز اکسیژن یا هوای اطراف منیزیم شروع به سوختن می کند. این سوختن تا آخر ادامه پیدا می کند و کنترل آن نیاز به تجهیزات مخصوصی دارد.

فرایند محافظت از مذاب عموماً به دو روش انجام می شود؛ محافظت با فلاکس و محافظت بدون فلاکس یا با گاز محافظ. هر دو روش در صورت اجرای کامل، می‌تواند قطعات بدون عیبی را تولید کند. 

2. آلیاژسازی
بیشتر واحدهای ریخته گری از شمش های از پیش آلیاژ شده در ریخته گری استفاده می کنند. البته کمی نیز قراضه استفاده می نمایند. در ریخته گری آلیاژهای سری AZ با قالب ماسه ای و همینطور با قالب فلزی نیاز مبرمی به اصلاح ترکیب جزئی آلیاژ احساس نمی شود. ذوب به طور مکانیکی و دستی هم زده می شود. 

اصولاً در آلیاژهای بدون زیرکونیم، عناصر آلومینیم، روی و منگنز وجود دارد. مقادیر بسیار کم کلسیم برای افزایش قابلیت نورد آلیاژ و همچنین مقادیر بسیار کم از برلیوم برای کاهش اکسیداسیون به مذاب افزوده می شود. البته بریلیم دانه بندی قطعات ریخته گری را افزایش می دهد لذا در افزایش آن باید دقت شود. Al و Zn را به راحتی می توان به مذاب افزود. افزودن این عناصر به مذاب با یک باسکت و با غوطه ور سازی این عناصر به درون مذاب انجام می‌گیرد. پس از هم زدن به شکل مکانیکی مذاب قابل استفاده است. منگنز را می توان به صورت هاردنر MnCl2 به مذاب افزود. 

برای آلیاژهای سری AZ که حاوی آلومینیم است می توان از Al-S/Mn استفاده کرد. کلسیم را می توان به صورت فلز خالص و یا MgSCa استفاده کرد. افزودن کلسیم درست قبل از ریختن مذاب انجام می گیرد زیرا اصولاً در فلاکس های مورد استفاده مقادیر کمی از MgCl وجود دارد. میزان Ca با آنالیز سریع می باید کنترل شود. راندمان در این آلیاژسازی حدوداً 50 درصد است.

تجهیزات مورد نیاز در آلیاژسازی
کوره
کوره هایی که در صنعت منیزیم مورد استفاده قرار می گیرند بر اساس منبع تولید انرژی به کوره های مقاومتی (الکتریکی) کوره های سوخت نسوز (سوخت فسیلی) و کوره های القایی تقسیم بندی می شود. کوره های نفت و گاز سوز مستعد تشکیل پوسته در جداره درون کوره هستند. این امر به دلیل وجود نقاط داغ و رطوبت بالای به وجود آمده از سوخت های فسیلی تشدید می شود. به همین دلیل کوره های مقاومتی مورد استقبال روز افزون ریخته گران قرار گرفته است. کنترل دما در این نوع کوره ها به دقت تمام انجام می گیرد. دو ترموکوپل یکی نزدیک به المنت و دیگری درون مذاب قرار گرفته است. کوره های القایی بدون هسته علیرغم اینکه هزینه اولیه ی بالایی را به واحد صنعتی تحمیل می نمایند اما در عوض دارای هزینه های جاری کمتری بوده و نسبت به کوره های نفت و گازسوز فضای کمتری را اشغال می کنند. کوره هایی که برای ذوب سازی و نگهداری مذاب منیزیم به کار برده می شوند، در حقیقت شامل بوته هایی هستند که می توانند به صورت غیر مستقیم حرارت ببینند. اما این نوع کوره ها به دلیل تماس غیر مستقیم با منبع حرارتی از بازدهی کمتری برخوردار هستند. نوع و اندازه کوره در ارتباط مستقیم با مقیاس عملیات ریخته گری است. در ریخته گری های کوچک، عملیات ریخته گری با ذوبهای ناپیوسته، انواع آلیاژها صورت می گیرد. اما در ریخته گری های با مقیاس بزرگتر، ریخته‌گری بر روی تعداد محدودی از آلیاژها انجام می شود. در این واحدها امکان دارد که بوته ای بزرگتر جهت تهیه و نگهداری ذوب اصلی آلیاژ وجود داشته باشد و سپس برای مصارف مختلف در بوته های کوچکتر توزیع گردد. میزان مصرف انرژی برای ذوب، 400 تا 500 کیلووات ساعت به ازای هر 1000 کیلوگرم از فلز مذاب منیزیم مورد نیاز است. البته مقدار تئوری این انرژی حدود310 کیلووات ساعت به ازای 1000 کیلوگرم از فلز مذاب است. حدود 15% از کل انرژی یاد شده در جهت پیشگرم شمش ها استفاده می شود.

بوته
تفاوت‌های موجود در ترکیب شیمیایی آلیاژهای آلومینیم و آلیاژهای منیزیم سبب شده است که جنس بوته و برخی از لوازم مورد استفاده در صنعت آلومینیم برای استفاده در صنعت منیزیم تغییر کرده و یا اصلاح شود. چون ذوب منیزیم تمایلی به واکنش با آهن ندارد، بوته‌ی نگهداری و ذوب آن را می‌توان از آهن و یا فولاد ساخت. استفاده از بوته‌ی فلزی این امکان را می‌دهد که بالای بوته‌ را با یک فلنج بست. این امر سبب می‌شود که انتقال حرارت به شارژ درون بوته بهتر صورت گیرد. 

وسایل انتقال و اندازه‌گیری فلز مذاب 
بسته به مقیاس ریخته گری انتقال و اندازه گیری مذاب به دو روش دستی و اتوماتیک صورت می گیرد. برای ریخته‌گری های کوچک استفاده از ملاقه به صورت سنتی و به طور دستی امکانپذیر است. ملاقه در ریخته گری‌های بزرگتر می تواند به شکل سطل بوده و برای ریخته گری های کوچکتر از نوع نیم دایره ای باشد.

برای اندازه گیری و انتقال مذاب به صورت اتوماتیک استفاده از انواع پمپ ها رایج است. پمپ های فشار گازی، پیستونی، گریز از مرکز، الکترومغناطیسی و ثقلی از جمله مصادیق پمپ ها می باشند. 

تجهیزات کمک کننده‌ی جانبی
عملیات ریخته گری و ذوب روزمره، ادوات و تجهیزات کمکی متنوعی جهت جمع آوری سرباره و لجن انتهای بوته می طلبد. همینطور یک ملاقه جهت نمونه گیری از فلز مذاب لازم است. وجود ابزار سرباره برداری، خارج ساختن لجن از انتهای بوته و همینطور مخازن نگهداری فولادی مجهز به درپوش و تحت پوشش گاز محافظ جهت نگهداری سرباره و لجن نیز ضروری است. تمامی تجهیزات باید از جنس فولاد باشند.

ترموکوپل
جهت اندازه گیری بسیار دقیق دمای مذاب منیزیم استفاده از ترموکوپل‌های آهن-کنسانتان و یا کرومل-آلومل پیشنهاد می شود. 

شکل نهایی
ریخته گری
آلیاژهای منیزیم در سه حالت مذاب، نیمه جامد و جامد تولید می شود. اکثر قطعات منیزیم و آلیاژ های آن به روش ریخته‌گری در حالت مذاب به خصوص دایکست ساخته می شوند. این روش فوایدی دارد از جمله: بهره­ی تولید بالا، حجم تولید بالا، هزینه ی تولید پایین. در عوض قطعات دارای عیوبی هستند مانند تخلخل گازهای حبس شده حین پرشدن قالب، ایجاد پارگی داغ حین انجماد در قالب که باعث کاهش شدید خواص مکانیکی و ممانعت از تقویت بیشتر با عملیات حرارتی می شود. روش دیگری که استفاده می شود ریختگری در حالت نیمه مذاب می‌باشد. در این فرآیندها هدف دستیابی به یک ریزساختار غیر دندریتی است که در یک مذاب احاطه شده است و خواص تیکسوتراپی[8] مناسب حین شکل دهی را داراست. 

مواد تیکسوتراپیک اگر در معرض  یک شدت برش ثابت و دمای معین  قرار داده شوند تنش برشی آنها نسبت به زمان یک کاهش برگشت پذیر خواهد داشت . البته تنش برشی در نهایت به یک مقدار حدی دست خواهد یافت. 

چنین ساختاری این امکان را به ماده می دهد که مانند یک ماده جامد تمامیت خود را حفظ نموده و در مقابل مانند یک مذاب در مقابل نیروهای برشی از خود مقاومت کمی نشان دهد.

قطعات تولیدی در شکل دهی نیمه جامد دارای ساختارهای غیر دندریتی و کروی هستند و نسبت به قطعات ریختگی دارای خواص مکانیکی مطلوب تری هستند. فرایندهای ریخته‌گری نیمه جامد شامل تیکسوکستینگ[9]، تیکسومولدینگ[10]، رئوکستینگ[11] و کومپوکستینگ[12] می‌باشند.

فرایندهای شکل دهی
برای ساخت قطعات با برخی از آلیاژها از فرایندهای شکل دهی مختلفی می‌توان استفاده کرد. فرایندهای اکسترود، فورجینگ، نورد و غیره برای ساخت قطعات منیزیم مورد استفاده می‌باشد. یکی از مشکلات موجود در فرایندهای شکل دهی، ایجاد ترک‌های گرم حین تغییر شکل است. 

متالورژی پودر
منیزیم به شکل پودری نیز قبلیت ساخت دارد. پودر منیزیم به شکل‌های خالص و آلیاژی تولید می‌شود. تمام مراحل ساخت پودر منیزیم چه به شکل خالص و چه به شکل آلیاژی در محیط محافظت شده با گاز محافظ انجام می‌شود. پودر منیزیم با اندازه‌های مختلف برای کاربردهای گوناگون از جلمه نظامی، سوخت راکت و نور افشانی قابلیت تولید دارد.

کامپوزیت
قطعات منیزیمی به شکل کامپوزیت نیز قابلیت تولید دارند. کامپوزیت‌های پایه منیزیمی خواص بالاتری نسبت به آلیاژهای مرسوم دارند. قطعات کامپوزیت منیزیم خواص وزن سبک و استحکام بالا را به طور هم زمان دارا می‌باشند. از فایبرگلاس، ذرات کاربید سیلیسیم و برخی دیگر از تقویت کننده‌ها می‌توان در تولید کامپوزیت استفاده کرد.

عملیات تکمیلی
پس از ساخت قطعه به شکل نهایی مراحل جوشکاری، عملیات حرارتی، تراشکاری و تمام کاری انجام می‌شود. تمام این مراحل برای منیزیم شکل ویژه‌ای دارند. شرایط خاص جوشکاری و تراشکاری منیزیم به دشواری کار با منیزیم افزوده است. 

 
فصل دوم: کاربردهای منیزیم
منیزیم خالص در درجه‌های خلوص 90/99، 95/99 و 98/99 درصد در دسترس هست اما در عمل گریدهای 95/99 و 98/99 محدود به استفاده در صنعت هسته ای است. برای کاربردهای حجیم، گریدهای 90/99 و 80/99 بیشتر استفاده می‌شود.

کابردهای متالورژیکی
امروزه بیشترین میزان مصرف منیزیم به عنوان عنصر آلیاژی در آلیاژسازی آلومینیم است. افزودن منیزیم در محدوده 1 تا 10 درصد باعث افزایش خواص مکانیکی و مقاومت به خوردگی آلومینیم می‌شود. به طور مشابه آلومینیم خالص به عنوان عنصر آلیاژی در آلیاژهای پایه منیزیم مورد استفاده قرار می‌گیرد.

در صنایع آهن و فولادسازی، مقدار کمی منیزیم به چدن سفید و خاکستری افزوده می‌شود. ای عمل استحکام و چکش‌خواری آهن را افزایش می‌دهد. به علاوه در کوره بلند افزودن منیزیم به همراه آهک و مواد دیگر سبب بهبود خواص مکانیکی فولاد به وسیله حذف گوگرد و اکسیژن می‌شود. 

سایر کاربردهای متالورژیکی منیزیم شامل تولید تیتانیم، زیرکونیم، اورانیم و هافنیم است. مهم‌ترین فرایند موجود فرایند کرول[13] برای احیای تیتانیم تتراکلرید به تیتانیم است.

کاربردهای الکتروشیمیایی
منیزیم به دلیل الکترونگاتیویته بالایی که دارد در باتری‌های سلول- خشک مورد استفاده قرار می‌گیرد. همچنین به عنوان آند فداشونده در محافظت کاتدی فولاد استفاده می‌شود. 

سلول‌های خشک منیزیم، بیشتر در تجهیزات نظامی و امداد و نجات استفاده می‌شود. این باتری‌ها دارای وزن سبک، طول عمر و میزان انرژی بالایی می‌باشند. این باتری‌ها شامل آند منیزیم و کاتدی از جنس کلرید نقره یا کلرید مس هستند. هنگامی که با آب فعال می‌شوند، به سرعت ولتاژ پایداری در حدود 3/1 تا 8/1 ولت تولید می‌کند. 

هنگامی که منیزیم در حضور آب، اتصال الکتریکی با فولاد داشته باشد، منیزیم به عنوان آند فداشونده خورده خواهد شد و فولاد سالم باقی خواهد ماند. بدنه کشتی، گرم کننده‌های آب، تانکرهای ذخیره سازی، سازه‌های پل، خطوط لوله و بسیاری دیگر از محصولات فولادی به این روش محافظت می‌شود.

از سال‌های دور منیزیم در مواد آتش‌زای نظامی مورد استفاده قرار گرفته است و تا کنون موارد مصرف زیادی یافته است. منیزیم در شکل ذره‌ای به عنوان سوخت جامد در پیشرانه‌ راکت استفاده می‌شود.

کاربردهای سازه‌ای
خواص مکانیکی منیزیم با افزودن مقادیر کمی از فلزات دیگر به عنوان فلز آلیاژی افزایش می‌یابد. در بسیاری از موارد عناصر آلیاژی به وسیله تشکیل ترکیبات بین فلزی، باعث افزایش خواص مکانیکی در مرحله عملیات حرارتی می‌شود. 

این آلیاژها به دو دسته کلی ریخته‌گری شده و کارشده تقسیم ‌می‌شوند. منیزیم سبک‌ترین فلز قابل ماشین‌کاری است. خواص ریخته گری عالی منیزیم به دلیل گرمای نهان کم و ویسکوزیته کم آن است. انجام کارسرد به دلیل شبکه hcp منیزیم با مشکل مواجه است اما برای کارگرم در دمای 150 تا °C400 مناسب است. کاربردهای منیزیم مرهون وزن سبک، استحکام بالا، قابلیت دمپینگ بالا، تلرانس ابعادی محدود و سادگی تولید است. کاربردهای سازه‌ای منیزیم شامل قطعات خودرو، ابزارکار، وسایل ورزشی، جعبه های مسافرتی، دوربین، ابزار منزل، ماشین های تجاری است. صنایع هوایی منیزیم را در ساخت هواپیما، راکت و ماهواره‌های فضایی به کار می‌برد. 

تصاویر قطعات منیزیمی ساخته شده در کاربردهای مختلف در ضمیمه «الف» آمده است.

ترکیبات شیمیایی
ترکیبات شیمیایی منیزیم گروه مهمی از ترکیبات را تشکیل می‌دهند. معروف ترین ترکیب دارویی منیزیم شیر منیزیم یا هیدروکسید منیزیم است. این ماده به عنوان ضد اسید، ملین و یا تأمین کننده عنصر منیزیم در بدن مورد استفاده قرار می‌گیرد. منیزیم سولفات آبدار (MgSO4·7H2O) به عنوان نمک ایپسوم شناخته می‌شود. این نمک به عنوان ملین استفاده می‌شود.

از دولومیت در زمین‌های کشاورزی به عنوان بارور کننده خاک‌های اسیدی استفاده می‌شود. اکسید منیزیم از املاحی است که به خوراک دام در ابتدای بهار افزوده می‌شود.

مصرف عمده ترکیبات منیزیم، استفاده از منیزیت و دولومیت در آجر نسوز است. آجرهای با منیزیای خلوص‌بالا، مقاومت فوق العاده ای نسبت به دما و سایش به همراه ظرفیت و هدایت حرارتی بالا از خود نشان می‌دهد. منیزیای گرانتر در ساخت مواد عایق در کوره‌ها و اجاق‌های الکتریکی استفاده می‌شود در حالی که منیزیای ارزان‌تر در صنایع کاغذ سازی به عنوان ترکیبات قلیایی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

 

فصل سوم: موقعیت منیزیم در ایران
منابع و معادن موجود
کشور ایران سرشار از منابع و معادن خدادادی از عناصر و ترکیبات فلزی است. بنابراین بهره برداری صحیح و منظم از این منابع می‌تواند باعث رونق اقتصادی در بخش صنعت و معدن گردد. در این قسمت به منابع بالقوه و بالفعل عنصر منیزیم موجود در کشور ایران پرداخته می شود. دریاچه های ارومیه و قم و دریای عمان هر کدام منابع بالقوه‌ی سرشاری از منیزیم در اختیار می‌گذارد. در پایان به پروژه های انجام شده و در حال اجرای منیزیم مربوط به ایران اشاره شده است. 

منیزیم فردوس
دولومیت (Dolomite) به عنوان یکی از منابع معدنی فلز منیزیم محسوب می‌شود و در میان منابع مختلف این فلز، از نظر تجاری مورد توجه است. فرآیند احیای حرارتی منیزیم از سنگ معدن دولومیت به دلیل امکان استفاده از انرژی نسبتا پاک و ارزان قیمت گاز طبیعی مورد توجه کشورهای بزرگ صنعتی از جمله چین قرار دارد به طوری که بیش از ۸۵% منیزیم جهان در کشور چین و به طور عمده به روش احیای سیلیکوترمی صورت می‌گیرد.

در فرآیند احیای سیلیکوترمی منیزیم (Pidgeon Process) از سنگ معدن دولومیت، ابتدا سنگ معدن دولومیت طی یک فرآیند پخت در کوره در دمای ۱۴۰۰ – ۱۲۰۰ درجه سانتی‌گراد، کلسینه می‌شود. دولومیت کلسینه شده با فروسیلیس (Ferrosilicon) و فلورین (Calcium fluoride) به عنوان دیگر مواد اولیه فرآیند مخلوط شده و به صورت بریکت به سمت کوره‌های احیا منتقل می‌شود. در کوره‌های احیا بریکت‌ها در ریتورت‌های مخصوص در دمای ۱۳۰۰ – ۱۲۰۰ درجه سانتی‌گراد و تحت شرایط خلاء، قرار گرفته و عملیات احیای منیزیم صورت می‌گیرد. منیزیم به صورت بخار در محفظه‌های مخصوص چگالش به صورت بلورهای منیزیمی حاصل می‌شود. بلورهای منیزیمی حاصل پس از ذوب و تصفیه در کوره‌های ذوب، در قالب‌های مخصوص ریختگری شده و شمش منیزیم تولید می‌شود. شماتیک نمودار جریان فرآیند تولید منیزیم از سنگ معدن دولومیت در شکل 3 نشان داده شده است:

 

شکل 3 شماتیک استحصال منیزیم به روش حرارتی از ماده اولیه دولومیت

 شرکت آرامیکو به عنوان مجری EPC با بهره‌مندی از توان مهندسی داخلی و تلفیق آن با توان و تجربه مشاوران خارجی (شرکت‌های چینی) که در این زمینه شناسایی شده، توانسته طراحی‌‌های لازم و عملیات اجرایی را در خصوص پروژه‌ منیزیم فردوس انجام دهد. کارخانه تولید شمش فلز منیزیم فردوس برای اولین بار در ایران در دی ماه ۱۳۹۳ به بهره‌برداری رسیده است. نقشه‌ها و دستورالعمل‌های لازم جهت راه‌اندازی، بهره‌برداری و تعمیرات توسط تیم مهندسی شرکت آرامیکو تهیه شده است.

 

شکل 4 تصویری از واحد صنعتی تولید شمش منیزیم در فردوس

 

شکل 5 تصویری از واحد صنعتی تولید شمش منیزیم در فردوس

 

شکل 6 تصویری از واحد صنعتی تولید شمش منیزیم در فردوس

 

شکل 7 تصویری از واحد صنعتی تولید شمش منیزیم در فردوس

 

شکل 8 تصویری از واحد صنعتی تولید شمش منیزیم در فردوس

 

شکل 9 تصویری از واحد صنعتی تولید شمش منیزیم در فردوس

 

شکل 10 تصویری از واحد صنعتی تولید شمش منیزیم در فردوس

 

شکل 11 تصاویری از پروژه منیزیم فردوس

دریاچه ارومیه
دریاچه ارومیه یکی از منابع عظیم خدادای است که دارای یون‌های منیزیم و سدیم است. قابل ذکر است که در گذشته ی نه چندان دور، چند روش نیمه صنعتی مانند تبخیر خورشیدی پیشنهاد شده که با توجه به شرایط اقلیمی منطقه و اینکه فصل گرما کوتاه است، این روش ها به صورت نیمه تمام باقی مانده است.  

الف- یون کلراید
یون کلرید موجود در آب دریاچه ارومیه حدود 57 گرم در صد گرم نمک بدست آمده است که این مشخصه در مورد آب اقیانوس،گریت سالت لک و بحرالمیت به ترتیب 4/55، 2/55 و 4/66 گرم در 100 گرم نمک بدست آمده، می باشد و این در حالی است که درصد وزنی یون کلراید در محلول، در مورد دریاچه ارومیه بیش از اقیانوس و گریت سالت لک و کمتر از بحرالمیت است.

ب- یون سولفات
غلظت یون سولفات موجود در آب دریاچه حدود یک درصد محلول است که این مشخصه در مورد آب اقیانوس، بحرالمیت و گریت سالت لک به ترتیب 27/0، 057/0 و 2 درصد می باشد که بدین ترتیب غلظت سولفات موجود در آب دریاچه ارومیه بیش از اقیانوس و بحرالمیت و کمتر از دریاچه گریت سالت لک می باشد.

 

ج- یون برماید
 مقدار برم در آب دریاچه ارومیه بیش از برم موجود در آب دریاچه گریت سالت لک و آب اقیانوس بوده و از آب بحرالمیت کمتر است. در حالیکه از آب اقیانوس ها برای تهیه برم استفاده می شود. غلظت یون برم در آب دریاچه از این نقطه نظر قابل توجه خواهد بود. (086/0 گرم در 100 گرم مواد جامد محلول)

د- یون سدیم
غلظت یون سدیم محلول در آب دریاچه ارومیه حدود 7% می باشد که این در حدود غلظت یون سدیم در گریت سالت لک (6/7 درصد) و بیش از مقدار مشابه در اقیانوس و بحرالمیت به ترتیب با غلظت های 06/1 و 3/3 درصد است.

ه- یون منیزیم
مقدار منیزیم موجود در آب دریاچه ارومیه حدود 5/0 درصد محلول بوده که مقدارآن از آب اقیانوس بیشتر و از آب دریاچه گریت سالت لک و بحرالمیت به ترتیب با غلظت های 1/1 و 4/3 کمتر می باشد. در هر حال با توجه به این واقعیت که در حال حاضر آب دریاها در تهیه ترکیبات منیزیم استفاده می گردد و اینکه غلظت منیزیم در آب دریاچه ارومیه از آن بیشتر است لذا وجود این عنصر در آب دریاچه جهت استحصال، می تواند مورد توجه قرار گیرد.

و- یون پتاسیم
غلظت پتاسیم موجود در آب دریاچه ارومیه بیش از اقیانوس و کمتر از بحرالمیت و گریت سالت لک است. چنانچه این مشخصه در آب دریاچه حدود 1/0 درصد و در اقیانوس،بحرالمیت و گریت سالت لک به ترتیب 04/0، 6/0 و 7/0 درصد می باشد.

ز - منیزیم کلرید
منیزیم کلرید در طبیعت به مقدار زیاد یافت می شود. این ماده از شورابه های به جا مانده از صنعت پتاسیم کربنات و منیزیم اکسید و یا از آب دریا و شوراب ها تولید می گردد. در روش شیمیایی داو، به آب دریا، شیر آهک افزوده می‌شود. سپس هیدروکسید رسوب کرده با هیدروژن کلرید واکنش داده شده (با افزودن همزمان اسید سولفوریک، کلسیم به صورت سولفات رسوب می‌کند.) و نهایتاً محلول منیزیم کلرید در دمای 200 درجه سانتی گراد تبخیر می‌گردد. محصول نهایی 5/1 تا 2 مولکول آب هیدراسیون خواهد داشت.

دریاچه قم (حوض سلطان)
دریاچه نمک از جاذبه های طبیعی استان قم به شمار می رود و فقط زمستان ها آب دارد. این دریاچه در ۴۰ کیلومتری شمال شهرستان قم و ۸۵ کیلومتری جنوب تهران و در حاشیه بزرگراه تهران قم قرار دارد. این دریاچه با مساحتی حدود ۳۳۰ کیلومتر مربع که به دریاچه ساوه قم ودریاچه شاهی هم معروف است به مساحت تقریبی ۲۴۰ تا ۱۲۰۰ کیلومتر مربع و ۱۰۵۰۰ هکتار درشمال شرق شهرستان قم واقع شده است ورشته کوههای البرز در شمال آن قرار دارد. وسعت و شکل دریاچه متناسب با ورود آب و میزان بارندگی آن درفصول مختلف سال متفاوت است. در مواقع بارندگی و ذوب برف های ارتفاعات اطراف چون بر میزان آب ورودی افزوده می شود، وسعت آن زیاد و در غیر از این ایام وسعت آن کاهش می یابد. بدین ترتیب سطح آب دریاچه پیوسته در نوسان است.

درموقع پرآبی سطح دریاچه گسترش می یابد وآب آن اراضی پست وشوره زار باتلاقی پیرامون را می پوشاند ودریاچه بزرگی به طول ۸۰ و عرض ۶۰ کیلومتر تشکیل می دهد که به نام دریاچه حوض سلطان یا کویر نمک مشهور است. رودهای متعددی به این دریاچه وارد می شوند که عموما" از اراضی شوره زار ونمکی اطراف عبور می کنند. آب‌هایی که به این دریاچه می ریزد دایمی نیست و به علت عبور از طبقات نمکی، بی نهایت شور است.

کانی‌های تبخیری از جمله کانیهای مهم دریاچه حوض سلطان هستند. از آن جمله می توان به کلرورها، سولفات‌ها و کربنات ها اشاره کرد. در ایران کانیهای تبخیری به جز در دریاچه حوض سلطان در دریاچه ارومیه و مهارلو فارس قابل وجود دارند.

تاکنون به شیوه های سنتی ، تنها از نمک طعات موجود در این عرصه بسیار گسترده جهت مصارف صنعتی ، مورد استفاده قرار گرفته است. این در حالی است که به استناد تحقیقات انجام گرفته در خصوص ترکیبات تشکیل دهنده نمکهای دریاچه ، موادی از قبیل سدیم کلرید، سدیم سولفات ، منیزیم کلرید و منیزیم سولفات از جمله بارزترین و مهمترین ترکیبات تشکیل دهنده این منبع عظیم خدادادی به شمار می آید.

میزان منیزیم استحصالی از آب دریا تنها ۲/۰ تا ۳/۰ درصد می باشد. نتایج حاصل از تحقیقات انجام گرفته پیرامون ترکیبات منیزیم دریاچه نمک ، میز ان منیزیم استحصالی را ۳۵ تا ۵۰ برابر منیزیم آب دریا (یعنی ۱۰ تا ۷/۱۴ درصد) نشان می دهد.   

معادن چهارمحال و بختیاری
معادن فعال استان چهارمحال و بختیاری شامل معدن سنگ تزئینی، سنگ لاشه، سنگ گچ، سیلیس، خاک نسوز و مواد اولیه سیمان است.

چهار محال بختیاری در قسمت زاگرس مرتفع و چین خورده قرار دارد که سازنده‌های زمین‌شناسی آن آهک و دولومیت است. این سازنده‌های زمین‌شناسی از شمال غرب تا جنوب شرق استان امتداد دارند و در ۷ شهرستان از ۹ شهرستان استان این رخ‌نما دیده می‌شود. این سنگ‌ها تاکنون به عنوان سنگ لاشه و در برخی موارد به عنوان سنگ مرمریت برای نمای ساختمان استفاده می‌شد و هیچ وقت به عنوان سنگی که بتوان از آن فلز منیزیم استخراج کرد مد نظر نبود.

 

شکل 12 تصویری از معادن استان چهارمحال بختیاری

دولومیت به عنوان سنگ لاشه از مهم‌ترین ذخایر معدنی استان است که با استحصال و تجزیه این سنگ با فناوری بومی، از آن منیزیم استخراج می‌شود.  با دستیابی به این فناوری در استان واحد تولید منیزیم از سنگ لاشه دولومیت، در سال‌1393  در شهرک صنعتی شهر گندمان به بهره‌برداری رسید. این واحد صنعتی توانمندی تولید سالانه هزار تن منیزیم را دارد که با برنامه‌ریزی‌های انجام شده این میزان تا ۵ سال آینده به بیش از ۳ هزار تن در سال افزایش داده خواهد شد. این درحالی است که این اقدام فقط با سرمایه‌گذاری‌های جدید و ورود بخش خصوصی به امر تولید در سطح استان توسعه خواهد یافت. درحال حاضر فلز منیزیم به شکل بلورهای ریز استحصال شده است. این بلورهای ریز با کنار هم قرار گرفتن تبدیل به شمش خواهند شد. البته با توجه به اینکه فناوری بومی در استحصال این فلز جواب مثبت دریافت کرده، جواز تاسیس نخستین واحد تولید منیزیم استان صادر شده است. 

البته با بهره‌برداری از این معادن و راه‌اندازی واحدهای فرآوری به ازای استخراج هر هزار تن منیزیم برای ۱۵۰ نفر شغل جدید به وجود خواهد آمد.

این ناحیه صنعتی دارای ۳۰ هکتار مساحت است که تاکنون بیش از ۵۵۵ میلیارد ریال از سوی ۴۷ واحد صنعتی مستقر در آن سرمایه‌گذاری شده که از زیرساخت‌های بسیار مناسب و تکمیلی برای فرآوری سنگ‌های لاشه و دولومیت برای استخراج فلز منیزیم برخوردار است.     

پروژه منیزیم منطقه ویژه اقتصادی جلفا (ارس)
پروژه منیزیم ارس با ظرفیت تولید سالانه ۶۰۰۰ تن شمش توسط شرکت شمش منیزیم ارس تعریف گردیده و پس از طی مراحل شناسایی معدن و تخصیص زمین، مراحل تأمین سرمایه پروژه مذکور از طریق مشارکت بانک، صندوق توسعه ملی و مشارکت شرکت­‌های صاحب نام ترکیه‌ای در جریان است.

 پروژه منیزیم منطقه ویژه صنایع انرژی­ بر لامرد
پروژه منیزیم لامرد با ظرفیت تولید سالانه ۱۲ هزار تن و با پیش­‌بینی توسعه طرح تا ۲۴ هزارتن، توسط شرکت بین ­المللی شمش منیزیم لامرد در منطقه ویژه صنایع انرژی­‌بر لامرد تعریف شده است. این طرح پس از تخصیص زمین به وسعت ۴۰ هکتار در منطقه ویژه در فاز طراحی چیدمان خط تولید است. پروژه منیزیم لامرد با مشارکت شرکت ایرانی آگاهان راه میهن (۴۰ درصد) و شرکت کویتی الشجره (۶۰ درصد) در حال اجرا است.

 
میزان صادرات و واردات منیزیم
منیزیم با دو کد تعرفه گمرکی وارد و یا صادر می‌شود که عبارتند از: 

81041100 (منیزیم بصورت کارنشده، باخلوص حداقل 8/99 درصد) 

 81041900 (منیزیم بصورت کارنشده، باخلوص کمترا ز  8/99 درصد)

با توجه به آمار موجود میزان صادرات و واردات منیزیم در ایران به شکل نامتوازن وجود دارد. در سال‌های اخیر واردات منیزیم به شکل خالص تجاری بسیار زیاد تر از صادرات آن بوده است. نمودار زیر بیان‌گر میزان واردات این محصول در سال‌های اخیر بوده است.

 

شکل 13میزان واردات منیزیم به ایران از سال‌ 1388 تا کنون

 

شکل 14میزان صادرات منیزیم از سال 1388 تا کنون

کشورهای صادرکننده منیزیم به ایران عبارتند از: چین، ترکیه، اتریش، هند، تایوان، هنگ کنگ، جمهوری کره، امارات متحده عربی، اسپانیا، استرالیا، عراق و آذربایجان.

کشورهای واردکننده منیزیم از ایران عبارتند از: هلند و ترکیه. (اطلاعات برگرفته از سایت اتاق بازرگانی، صنایع، معادن و کشاورزی تهران)

موارد مصرف منیزیم در ایران
امروزه بیشترین مصرف منیزیم به شکل ترکیبی و عمدتاً در کشاورزی، صنایع شیمیایی و ... است. کاربرد عمده منیزیم به شکل فلزی در فولادسازی، آلومینیم سازی و آندهای منیزیمی و سایر مصارف متالورژیکی است.

همچنین قطعات منیزیمی در صنایع دفاعی و هواپیمایی کاربرد دارد و تعداد انگشت شماری از قطعات خودرو از این جنس است.

 
جمع‌بندی و نتیجه‌گیری
منیزیم یکی از مهمترین فلزاتی است که در دنیا مورد استقبال قرار گرفته است. روند رو به رشد استفاده از منیزیم در دنیا حاکی از ویژگی‌های منحصر به فرد این فلز دارد. دارا بودن همزمان استحکام و سبکی سبب استفاده گسترده از این فلز در صنایع مختلفی مانند هوا فضا و حمل و نقل در سطح جهان شده است. همچنین معادن و منابع عظیم موجود این عنصر در کشور و در دسترس بودن فن‌آوری تولید و استخراج آن استفاده از این فلز را در صنایع مختلف توجیه پذیر می‌کند. متأسفانه عدم وجود نقشه راه منیزیم در کشور و همچنین عدم اهتمام صنایع برای استفاده از این فلز مانع توسعه کاربردهای آن شده است.

 

ضمائم
ضمیمه «الف»
قطعات خودرو
   

شکل 15 راست: مانیفولد 12 سیلندری Audi از جنس AZ91 (43/8 کیلوگرم)؛ چپ: پشت قطعه

 

شکل 16 مانیفولد ورودی Audi V8 از جنس AZ91 (وزن 490/5 کیلوگرم) 

 

شکل 17 پوسته موتور؛ از جنس AS41 (وزن 7/9 کیلوگرم)

 

 

شکل 18 نمونه اولیه پوسته موتور از جنس AZ91 (وزن 6/10 کیلوگرم) 

 

شکل 19 پوسته سرسیلند خودرو Audi از جنس AZ91

 

شکل 20پوسته سرسیلند خودرو BMW از جنس AZ91 (وزن 929 گرم)

 

شکل 21 راست: غربیلک فرمان خودرو فولکس واگن گلف از جنس AM50 (515 گرم) ؛ غربیلک فرمان خودرو فولکس واگن 3L Lupo از جنس AM50

 

شکل 22 کنسول میله فرمان خودرو Audi A6 از جنس AZ91 (وزن 920 گرم)

 

شکل 23 قفل فرمان خودرو فولکس واگن از جنس AZ91 (295 گرم)

 

شکل 24 فریم صندلی خودرو آلفارومئو

 

شکل 25 قاب رادیو خودرو از جنس AZ91 (74 گرم)

 

شکل 26 اهرم ترمز دستی خودرو پورشه (وزن با روکش 920 گرم)

 

شکل 27 قاب کیسه هوا

 

شکل 28 قسمت داخلی درب عقب خودروی VW 3L Lupo

 

شکل 29 محفظه باک خودروی دایملر کرایسلر SLK از جنس AM60 (2/3 کیلوگرم)

 

 

شکل 30 پنل داشبورد خودرو فیات ستیلو

 

 

شکل 31پنل داشبورد خودروی BMW-mini

 

 

شکل 32سقف اتاقک خودروی پورشه بوکستر

 

شکل 33 قسمت داخلی کاپوت خودروی VW – 3L-Lupo  از ورق منیزیم 

 

شکل 34 کاپوت سرهم شده با قطعه شکل قبل

 

شکل 35 فریم پنجره خودرو فولکس واگن اکسترود شده (نمونه تحقیقاتی)

 

 

شکل 36 خودرو فولکس واگن 1 لیتر مصرف. ویژگی‌های کلیدی: وزن کل: 290 کیلوگرم؛ حداکثر سرعت: km/h120 موتور یک سیلندر؛ مصرف: 99/0 لیتر در km100

 

شکل 37 طرح و مواد مصرفی در خودرو 1 لیتر مصرف شکل قبل

              

شکل 38 محفظه قفل فرمان 

 

 

 

 

شکل 39 براکت ستون فرمان، داخلی و بیرونی

           

شکل 40 براکت پدال ترمز (منیزیم و آلومینیم)

  

شکل 41 فریم صندلی خودروی فورد

 

قطعات منیزیمی در مصارف غیر از خودرو
 

شکل 42 سیستم جعبه دنده منیزیمی نوعی هلیکوپتر از جنس منیزیم

 

شکل 43 درهای آلومینیمی و منیزیمی برای هواپیمای B-47

 

شکل 44 پایه منیزیمی دایکست و گارد اره برای اره دیسکی

 

شکل 45 قاب اره زنجیری از جنس منیزیم دایکست

 

 

شکل 46 قاب لبتاپ از جنس منیزیم دایکست

 

شکل 47 فریم بلندگو از آلیاژ منیزیم دایکست

 

شکل 48 بدنه دوچرخه از جنس لوله منیزیمی اکسترود شده

 

شکل 49 فن خنک کننده از جنس منیزیم ساخته شده به روش تیکسومولدینگ

 
[1]- Magnesite
[2]- Dolomite
[3]- Bischofite
[4]- Carnallite
[5]- Serpantine
[6]- Chrysotil 
[7] - Puddling
[8] - Thixotropy
[9] -Thixocasting
[10] -Thixomolding
[11] -Reocasting
[12] - Compocasting
[13] - Kroll