Magnesio

• Características generales del magnesio

• Historia

• Corrosión

• Propiedades físicas y químicas

• Sistema de producción

• Aspectos económicos

• Aleaciones

• Fabricación, acabados y usos

• Conclusiones

• Fuentes de información

características generales del magnesio    

El magnesio, Mg, numero atómico 12, peso atómico 24.32 esta en el grupo II del sistema periódico. El magnesio en sus diversos compuestos esta muy diseminado en la naturaleza , sus principales minerales son la dolomita la magnesita y la carnalita. El magnesio se produce por la reducción térmica del oxido de carbón, ferrosilcio u otros reductores o por la electrólisis del cloruro de magnesio en mezclas de sales fundidas.

El magnesio metálico tiene un color blanco plata, tiene de densidad aproximadamente 1.74, es el material metálico estructural mas ligero,. Para las aplicaciones de ingeniería se alea con uno o varios elementos de un grupo que comprende el cinc, aluminio, manganeso, circonio, y el cerio para producir algunas de las aleaciones que tienen las mas elevadas razones de resistencia peso, entre los materiales metálicos estructurales. Las características más notables que hacen que las aleaciones de magnesio ofrezcan interés comercial son su poco peso, la facilidad con que se trabaja y la adaptabilidad a muchos procesos de fabricación y montaje. Otras características que hacen que el magnesio sea muy requerido son su buena conductividad térmica y eléctrica.

No presentan ningún peligro de toxicidad conocido. Las aleaciones de magnesio se encuentran en el comercio en casi todas las formas usuales para los metales entre ellas las siguientes :lingote, piezas fundidas en arena , moldes permanentes y en matrices , piezas forjadas ,barras, varillas , tubos formas especificas de extrusión, planchas y laminas.

Los usos potenciales importantes del magnesio en operaciones no estructurales son las adiciones metalúrgicas a las aleaciones de níquel, cinc, aluminio, la adición a la fundición de hierro, el uso químico en la producción de metales.

historia    

En 1808, Sir Humphrey Davy descubrió la producción de magnesio por reducción electrolítica de su oxido, usando un cátado de mercurio para formar amalgamas. Davy fue el primero que produjo magnesio. Sin embargo durante muchos años el metal fue una curiosidad del laboratorio. En 1886, se emprendió en Alemania la fabricación de magnesio por electrólisis del cloruro de magnesio fundido y hasta 1915 fue Alemania el único productor de magnesio. Cuando escaseo el magnesio en los Estados Unidos a consecuencia del bloqueo de Alemania por Inglaterra en 1915 y el precio del magnesio subió, tres productores iniciaron la fabricación y así inicio la industria del magnesio en los Estados Unidos. Después otras compañías intentaron producir magnesio pero en 1920 sólo quedaban 2 productores la Dow Chemical Company y la American Magnesium Corporation. En 1927 dejo de producir magnesio esta ultima y la Dow Chemical Company continuo sus operaciones como el único productor de magnesio en los Estados Unidos hasta el año de 1941.

Tanto estas dos empresas productoras de magnesio usaban el método electrolítico, pero con diferentes electrolitos. La primera usaba una mezcla fundida de fluoruro de magnesio. fluoruro de bario y fluoruro de sodio a la que se añadía magnesita o dolomita calcinadas. Este procedimiento se caracteriza por un rendimiento bajo en corriente y energía. El procedimiento Dow tal como se aplica en Michigan trataba salmuera bombeada de pozos profundos para obtener un material que correspondía aproximadamente al 94% de cloruro de magnesio, 1 % de oxido de magnesio y 2% de agua el resto eran impurezas. Este material se introducía en una cuba electrolítica llena de una mezcla de sales fundidas que comprendían aproximadamente el 25% de cloruro de magnesio el 15% de cloruro de calcio, el 60% de cloruro de sodio la temperatura se mantenía entre 700 y 750 grados por calentamiento con gas.

Durante el periodo 1915-1941 se hicieron muchas tentativas para elaborar procedimientos nuevos de producción del magnesio, especialmente en Europa. Por la urgente necesidad de magnesio creada por la amenaza de la segunda guerra mundial algunos de esos procedimientos fueron empleados a gran escala en Inglaterra, Canadá, Estados Unidos con fondos privados y de los gobiernos. En los Estados Unidos la Dow Chemical Company puso en marcha una planta en Texas que utilizaba como materia prima el agua de mar. En esta instalación se le agregaba cal al agua de mar para l precipitar hidróxido de magnesio, que a su vez era convertido en cloruro de magnesio y después electrolizado en un baño de sales fundidas. También en 1941 construyó una fábrica que empezó a producir magnesio por el procedimiento carbotérmico inventado por un científico austríaco. En 1943 había trece fábricas más trabajando bajo la dirección de 11 compañías, seis de esas fabricas empleaban el método electrolítico, el resto de las fabricas empleaban magnesita calcinada que se cloraba para convertirla en cloruro de magnesio, utilizando el método empleado en Alemania.

corrosión     

El magnesio, a diferencia del aluminio, no se usa mucho en forma no aleada para construcciones. En consecuencia, es la resistencia a la corrosión de las aleaciones de magnesio la que suele interesar.

Pruebas de magnesio indicaron frecuentemente que algunas aleaciones de magnesio resistían mal el ataque por el agua de mar, un estudio revelo que pequeñas cantidades de hierro, cobre, níquel, eran causa de la mala resistencia a la corrosión en el agua de mar.

propiedades físicas y químicas   

El magnesio comercial tiene una pureza del 99%, con .003% de aluminio, otro tanto de cobre, .03% de hierro, .001% de níquel, .005% de silicio. Puede obtenerse un grado mayor de pureza por destilación del magnesio comercial en el vacío a temperatura relativamente baja.

sistema de producción  

Se conocen varios procedimientos para producir magnesio a gran escala por electrólisis o por reducción térmica. Actualmente, para alimentar las celdas los procedimientos electrolíticos utilizan cloruro magnésico anhidro algo hidratado. Los procedimientos de reducción térmica se caracterizan por le agente reductor, que puede ser carburo de calcio, aluminio, ferrosilicio o carbón.

Procedimiento Dow

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 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 liquido claro que queda de 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:

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 esta 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.

Secamiento:

Para eliminar el agua en exceso de la permitida para alimentar las cubas electrolíticas se calienta el liquido, de 50% de cloruro de magnesio a 170ºc 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, 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 700ºc , 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.

aspectos económicos    

Las cifras de producción de magnesio no son muy impresionantes cuando se comparan con estadísticas de la producción de hierro, aluminio y otros metales. Sin embargo, es muy importante la consideración de que el magnesio es el metal del que se dispone con más abundancia en todo el mundo. No sólo se encuentra abundante y universalmente en forma de minerales de alta calidad, sino que existe también en el mar en cantidad aproximada de 1'300,000 toneladas por kilómetro cúbico. Todo el magnesio producido hasta 1950 hubiera podido extraerse de menos de medio kilómetro cúbico de agua del mar. El mar por sí solo es un depósito infinito de magnesio.

Cifras en toneladas

*Cifra calculada, incluida en el total.

El magnesio es más barato por unidad de volumen que ningún otro metal estructural, salvo el hierro.

aleaciones    

El magnesio, como la mayoría de los otros metales, es relativamente débil y blando en su estado elemental, pero se alea eficazmente con el aluminio, cinc, manganeso, estaño, circonio y cerio para producir aleaciones muy útiles como materiales de ingeniería. Casi todas las aleaciones de magnesio que han tenido éxito en la práctica llevan aluminio, cinc y manganeso, pero se usan en cantidades crecientes aleaciones que contienen circonio con cinc o elementos de las tierras raras, en especial el cerio.

El sistema que la A.S.T.M. adoptó para designar los metales ligeros y las aleaciones se está usando en las últimas especificaciones publicadas por la A.S.T.M. para las aleaciones de magnesio.

Símbolos de clave de la A.S.T.M.

Aunque las aleaciones de magnesio fundidas se caracterizan por una resistencia a la tracción y una resistencia a la compresión aproximadamente iguales, la resistencia a la compresión de la mayoría de las aleaciones de magnesio estiradas es inferior a la resistencia e tracción.

Las piezas fundidas en arena de aleaciones de magnesio se han producido en gran variedad de tamaños y formas.

Casi todas las aleaciones comerciales de magnesio pueden ser estiradas por extrusión en una variedad casi ilimitada de formas.

Especificaciones de los productos de magnesio