ผลิตแมกนีเซียมรายงานของโรงเรียนเตรียมอุดมศึกษาพัฒนาการ สระบุรี รุ่นที่ 1

ธาตุแมกนีเซียม

             

              แมกนีเซียมเป็นโลหะเนื้อแข็ง เบา จุดหลอมเหลวสูง ใช้ประโยชน์ในรูปโลหะและโลหะผสม เนื่องจากศักย์ไฟฟ้าของ Mg2+ ต่ำมาก ไม่สามารถหาตัวรีดิวซ์ที่เหมาะสมมารีดิวซ์ Mg2+ ให้เป็น Mg ได้ การผลิตโลหะ Mg จึงใช้วิธีแยกสารประกอบของแมกนีเซียมโดยใช้กระแสไฟฟ้าโดยใช้วัตถุดิบจากน้ำทะเลโดยมีขั้นตอนดังนี้

ขั้นที่ 1 แยก Mg2+ ที่ละลายอยาในน้ำทะเล โดยเติมสารละลายเบสจะได้ Mg(OH)2

                                Mg+(aq)   +   2OH–(aq)         Mg(OH)2(s)

ขั้นที่ 2 กรองแยก Mg(OH)2 แล้วเติมสารละลายกรดไฮโดรคลอริกให้ได้สารละลาย MgCl2

                              Mg(OH)2(s)   +   2HCl(aq)         MgCl2(aq)   +   2H2O(l)

ขั้นที่ 3 ระเหยน้ำเพื่อให้ได้ MgCl2 ที่เป็นของแข็ง เมื่อนำไปให้ความร้อนจนหลอมเหลวแล้วผ่านกระแสไฟฟ้าจะเกิดปฏิกิริยาดังสมการ

แคโทด :                           Mg2+(l)   +   2e–             Mg(l)

แอโนด :                                           2Cl–(l)             Cl2(g)   +   2e–

ปฏิกิริยารวม :                 Mg2+(l)   +   2Cl–(l)             Mg(l)   +   Cl2(g)

การผลิตโลหะแมกนีเซียมจากแร่

เนื่องจากแหล่งแร่ธาตุแมกนีเซียมที่สำคัญที่สุดคือ น้ำทะเล ทำให้มีหลายประเทศที่พัฒนา

เทคโนโลยีการผลิตโลหะแมกนีเซียมจากน้ำทะเล เช่น สหรัฐอเมริกา นอร์เวย์ และอังกฤษ แต่ใช้

ต้นทุนการผลิตที่สูงมาก นอกจากน้ำทะเลแล้วยังมีแหล่งแร่ที่สำคัญอื่นๆ เช่น แมกนีไซต์ (MgCO3)

โดโลไมต์ (CaCO3.MgCO3) และคาร์นัลไลต์ (KCl.MgCl2) โดยแร่โดโลไมต์พบมากในสหรัฐอเมริกาแร่คาร์นัลไลต์พบมากในรัสเซียและเยอรมัน สำหรับแร่แมกนีไซต์มีพบในหลายแหล่งเช่น จีน รัสเซีย  ตุรกี เกาหลีเหนือ สโลวาเกีย ออสเตรีย และ ออสเตรเลีย เป็นต้น ปริมาณการผลิตแร่แมกนีไซต์ในประเทศต่างๆ ระหว่างปี 2544-2548 สำหรับประเทศไทยมีแหล่งแร่โดโลไมท์บริเวณจังหวัดกาญจนบุรีและชลบุรี และมีแร่แมกนีไซต์บริเวณจังหวัดจันทบุรี

กระบวนการถลุงแร่แมกนีเซียมที่สำคัญสามารถทำใน 2 วิธี คือ การใช้ความร้อน และการ

แยกด้วยกระแสไฟฟ้า โดยแต่ละวิธีมีรายละเอียดดังนี้

วิธีการใช้ความร้อน (Thermal technique)

เริ่มจากการนำแร่ในรูปของ MgCO3 ไปเผาเพื่อเปลี่ยนสภาพเป็นแมกนีเซียมออกไซด์ จากนั้น

จะนำไปผสมกับถ่านโค้กที่ทำจากน้ำมันดิบแล้วอัดเป็นก้อน แล้วเผาที่อุณหภูมิ 2,500 oC ภายใน

บรรยากาศของก๊าซไฮโดรเจน คาร์บอนจะทำปฏิกิริยาดึงออกซิเจนจากแมกนีเซียมออกไซด์ได้

แมกนีเซียมในสภาพเป็นไอกับก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์ ดังสมการ    MgO + C Mg + CO

จากนั้นจะปล่อยให้ไอแมกนีเซียมออกจากเตาเผาและทำให้เย็นตัวอย่างรวดเร็วจนถึง

อุณหภูมิ 120 oC แมกนีเซียมจะกลั่นตัวเป็นผลึกของโลหะแมกนีเซียม ซึ่งจะต้องนำไปหลอมต่อในเตาสูญญากาศเพื่อผลิตเป็นโลหะแท่ง  วิธีการใช้ความร้อนอาจใช้ธาตุซิลิกอนเป็นตัวรีดิวเซอร์ก็ได้ โดยนำแร่โดโลไมท์ที่ใช้เป็นวัตถุดิบไปเผาให้แร่เปลี่ยนสภาพเป็น MgO และ CaO ที่อุณหภูมิ 1,000-1,000 oC แล้วนำมาผสมกับผงเฟอร์โรซิลิกอนในอัตรา 5:1 อัดให้เป็นก้อน แล้วเผาที่อุณหภูมิ 1,160-1,170 oC จะได้ แมกนีเซียมในสภาพก๊าซดังสมการ และปล่อยให้ไอแมกนีเซียมเย็นตัวเป็นผงโลหะแมกนีเซียม แล้วนำไปหลอมเป็นโลหะแท่งต่อไป

2MgO + 2CaO + Si(Fe) Ca2SiO4 + 2 Mg + Fe

วิธีการแยกด้วยกระแสไฟฟ้า (Electrolysis)

           การแยกโลหะแมกนีเซียมด้วยกระแสไฟฟ้ามีหลักการคล้ายกับการแยกโลหะอะลูมิเนียมด้วยกระแสไฟฟ้าคือ ต้องประกอบด้วยอิเล็กโทรไลต์และวัตถุดิบหรือสารประกอบของแมกนีเซียมที่จะนำมาแยกเอาโลหะแมกนีเซียม โดยวัตถุดิบที่ใช้ได้แก่ แร่คาร์นัลไลต์และน้ำทะเลซึ่งเป็นแร่ที่มีองค์ประกอบของแมกนีเซียมคลอไรด์ แต่วัตถุดิบทั้งสองต้องนำไปผ่านกรรมวิธีเพิ่มความเข้มข้นให้แร่ให้มีเปอร์เซ็นต์สูงก่อนอิเล็กโทรไลติกเซลล์ประกอบด้วยถังเหล็กบุด้วยอิฐทนไฟ ตรงกลางจะมีแท่งกราไฟต์ทำหน้าที่เป็นขั้วแอโนด โดยมีแผ่นเหล็กสองแผ่นยื่นลงไปเพื่อทำหน้าที่เป็นขั้วแคโทดโดยมีสายไฟไปต่อกับขั้วลบของแหล่งไฟฟ้า เช่นเดียวกันก็จะมีสายไฟต่อจากแท่งกราไฟต์ไปยังขั้วบวกของแหล่งไฟฟ้า ด้านบนจะมีฝาทำด้วยวัสดุทนไฟปิดสนิทและมีท่อเจาะไว้เพื่อระบายก๊าซคลอรีนออกไป สารละลายอิเล็กโทรไลต์ที่ใช้ในกรรมวิธีนี้จะประกอบด้วยสารประกอบ MgCl กับ KCl ซึ่งจะมีจุดหลอมเหลวประมาณ  700 oC  เมื่อเพิ่มอุณหภูมิสารอิเล็กโทรไลต์จนถึงช่วง 690-720 oC จะเกิดการแตกตัวเป็นไอออนของสารประกอบคลอไรด์ที่ความต่างศักย์ต่ำกว่าโซเดียมและโปแตสเซียม ไอออนของแมกนีเซียมจะวิ่งไปที่ขั้วแคโทดส่วนไอออนคลอไรด์จะไปที่ขั้วแอโนดหรือแท่งกราไฟต์ เนื่องจากโลหะแมกนีเซียมมีความหนาแน่น 1.47 ในขณะที่สารอิเล็กโทรไลต์มีความหนาแน่น 1.7 ดังนั้นโลหะแมกนีเซียมจะลอยขึ้นมาที่ผิวด้านบนบริเวณแผ่นเหล็กแคโทด เมื่อสะสมปริมาณมากขึ้นก็จะดูดโลหะแมกนีเซียมเพื่อนำไปเทเป็นโลหะแท่งต่อไปอุตสาหกรรมแมกนีเซียมของประเทศไทยการบริโภค โลหะแมกนีเซียมของประเทศไทยในแต่ละปีมีจำนวนไม่มากนัก โดยส่วนใหญ่จะใช้เป็นวัตถุดิบในการผลิตโลหะผสม เพื่อใช้ในอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น อุตสาหกรรมยานยนต์อุตสาหกรรมหล่อโลหะ และอุตสาหกรรมเคมี โดยในปี 2550 มีปริมาณการใช้โลหะแมกนีเซียม  1,110 ตัน คิดเป็นมูลค่าประมาณ 140 ล้านบาท แต่เนื่องจากประเทศไทยยังไม่มีโรงงานผลิตโลหะแมกนีเซียมทำให้ต้องพึ่งพาการนำเข้าจากต่างประเทศทั้งหมด โดยประเทศคู่ค้าที่ไทยนำโลหะแมกนีเซียมเข้ามากที่สุดคือ จีน โดยคิดเป็นสัดส่วนประมาณร้อยละ 90 ของการนำเข้าทั้งหมด

จัดทำโดย

นายไพรัช       อัญชูลี                  เลขที่  1

น.ส.กิตติมา        บ่อสารคาม       เลขที่  9

น.ส.รุจิรา       หล้าชิด               เลขที่  14

น.ส.สุพรรษา        ดาวคล้อย    เลขที่   16

น.ส.ศรัญญา   คัมภิรานนท์        เลขที่  29

น.ส.ขนิษฐา   รุ่งฤทธิ์                เลขที่ 30

ชั้นมัธยมศึกษาปีที่  6/1

เสนอ

อาจารย์ ยุพิน   หอมสุข

โรงเรียนเตรียมอุดมศึกษาพัฒนาการ สระบุรี
พบกันได้ทาง https://www.facebook.com/rung.zasedssad และ        https://www.facebook.com/modkittima