(À gauche) Pastille réelle de dolomie et de ferrosilicium. La partie blanche est riche en dolomie, et la partie noire est riche en ferrosilicium. Le ferrosilicium est concentré dans la partie centrale. (À droite) Cinq empilés pour former la longueur d'onde des micro-ondes (structure d'antenne). Crédit : Institut de technologie de Tokyo
Un groupe de recherche dirigé par le professeur Yuji Wada et le professeur auxiliaire Satoshi Fujii de l'Institut de technologie de Tokyo a mis au point une méthode de fusion du magnésium qui utilise près de 70 % moins d'énergie que les méthodes conventionnelles utilisant des micro-ondes.
Minerai de dolomie (MgO, CaO), qui est une matière première pour le magnésium métallique, n'absorbe pas bien l'énergie des micro-ondes et ne génère pas de chaleur. Lorsque le ferrosilicium à conductivité électrique (FeSi) utilisé comme agent réducteur a été mélangé avec le matériau de dolomie brut et transformé en une structure d'antenne, il absorbe plus facilement l'énergie des micro-ondes et diminue en température. Chauffage interne et chauffage des points de contact, qui sont des caractéristiques micro-ondes, ont été observés, et la température moyenne de réaction pour cette fusion a été abaissée par rapport à la normale 1, 200 - 1, 400°C à 1, 000°C.
Ce résultat de recherche a été publié dans le numéro du 12 avril de Rapports scientifiques .
Actuellement, la fusion du magnésium métallique est principalement réalisée à l'aide de la méthode Pidgeon (une méthode de réduction thermique) dans laquelle la température du matériau est augmentée en utilisant une grande quantité de charbon comme source de chaleur. Environ 80% du magnésium métal est produit en Chine. Une grande quantité de charbon est consommée pour la fusion, entraînant la génération du polluant atmosphérique PM 2,5 (particules fines) et le rejet de dioxyde de carbone dans l'atmosphère, qui sont des problèmes majeurs.
Différence de distribution du champ électrique dans l'applicateur avec et sans structure d'antenne par simulation. Crédit : Institut de technologie de Tokyo
La méthode Pidgeon est une technique permettant de chauffer le minerai de dolomie et de fer au silicium à des températures élevées, puis de refroidir le magnésium évaporé pour obtenir du magnésium métallique.
Où (s)=Solide et (g)=Gaz :
2MgO (s) + 2CaO (s) + (Fe)Si (s) → 2Mg (g) + Ca2SiO4 (s)+ Fe (s)
Minéral dolomite :MgO, CaO; Ferrosilicium :FeSi
Source de chaleur :Charbon
En utilisant le ferrosilicium comme agent réducteur, concevoir la forme de la pastille de matière première obtenue en mélangeant de la dolomie et du ferrosilicium et en la constituant en antenne avec une structure de résonance de 2,45 GHz (la fréquence pour les fours à micro-ondes), il était possible de confiner l'énergie micro-onde à la pastille.
Dans un réacteur expérimental à petite échelle, 1 g de magnésium métallique a été fondu avec succès. Aussi, afin d'estimer avec précision l'énergie, un four de démonstration environ cinq fois plus grand que le four expérimental a été produit et des expériences ont été menées, résultant en la fusion réussie d'environ sept grammes de magnésium métallique. Cela peut réduire l'énergie de 68,6 % par rapport à la méthode conventionnelle.
Résultat de diffraction des rayons X du magnésium métallique obtenu. Un pic de magnésium est observé. Crédit : Institut de technologie de Tokyo
Développements futurs
Cette technique est prometteuse pour le procédé de réduction à haute température des oxydes. À l'avenir, par le développement ultérieur de cette recherche, il sera appliqué à la fusion d'autres matériaux métalliques pour économiser de l'énergie avec l'acier, métaux, matériaux et chimie, et réduire la pollution par le dioxyde de carbone, qui est l'une des causes du réchauffement climatique.
