احیای حرارتی منیزیم
فرایند Pidgeon یکی از روشهای تولید فلز منیزیم از طریق سیلیوترمی کاهشی است . تولید عملی تقریباً 35-40 مگاوات ساعت بر تن از فلز تولید شده میباشد، که با روشهای تولیدالکترولیتی نمک مذاب مطابقت دارد ، هر چند بالاتر از حداقل 7 مگاوات در ساعت برتن تئوری است.
معادله شیمیایی اساسی این فرایند:
سیلیکون و منیزیم در تولید سیلیس و منیزیم واکنش نشان می دهند.
گرچه طبق نمودارهای الیینگام ، این واکنش از نظر ترمودینامیکی نامطلوب است ، مطابق اصل تعادل لو چتلیر ، با تأمین مداوم گرما می تواند پیوسته به سمت راست رانده شده و با تقطیر منیزیم بخار یکی از محصولات حذف میشود نقطه جوش فشار اتمسفر فلز منیزیم بسیار پایین است ، فقط 1090   درجه سانتیگراد ، و حتی در خلاء کمتر است.به واسطه ی همین خلاء ترجیح داده می شود ، زیرا دمای کمتری را برای ذوب امکان پذیر می کند.
رایجترین و ارزان ترین شکل سیلیکون به عنوان آلیاژ فروسیلیسون است . آهن موجود در آلیاژ در واکنش تماشاگر است.
ماده اولیه منیزیم در این واکنش اکسید منیزیم است که با چند روش قابل دستیابی است. در تمام موارد، مواد اولیه باید با روش کلسینه کردن آب و دی اکسید کربن حذف کنند، که در دمای واکنش به حالت گاز در می آید،در فضای اطراف بخار منیزیم قرار دارد و به دنبال برگشت واکنش است.
یک راه این است که از طریق دریا یا آب شیرین کلرید منیزیم با هیدرولیز هیدروکسید شود ، که با حذف آب به اکسید منیزیم تبدیل می شود. روش دیگر استفاده از منیزیت معدنی (MgCO ) است که با حذف دی اکسید کربن به اکسید منیزیم تبدیل شده است. دولومیت به عنوان مواد اولیه استخراج می شود و مورد استفاده قرار میگیرد. دولومیت ، یک مخلوط (کلسیم، منیزیم) CO که در آن اکسید کلسیم در منطقه واکنش scavenges سیلیس تشکیل میدهد و گرما آزاد کرده و با مصرف یکی از محصولات، فشار معادله ی واکنش به تعادل میرسد.
فرایند Pidgeon یک فرایند دسته ای است که در آن دولومیت در نهایت با کلسیم پودر شده ریز و فروسیلیکون مخلوط میشود، سپس در مخازن بریکت ساخته شده و با آلیاژ نیکل-کروم-فولاد شارژ می شوند . گرمای فضایی که در آن واکنش گرم صورت میگیرد توسط زغال سنگ و یا گاز تامین میشود.همچنین میتوان کوره های برقی به عنوان کوره میتوان بهره بردمی، در قسمت دیگر کوره مجموعه ای از کندانسور ها برای خنک کاری وجود دارد.این کوندانسور ها در امتداد کوره قرار دارند و با آب خنک میشوند. به دلیل تقطیر ، تاجهای منیزیم با خلوص بسیار بالا تولید می شوند و سپس جدا می شوند و به صورت شمش ها ریخته گری می شوند.
استفاده متالورژیک متداول از کربن به عنوان ماده کاهنده به جای سیلیکون قابل استفاده نیست ، زیرا دی اکسید سیلیکون یک جامد است ، در حالی که دی اکسید کربن و مونوکسید هر دو گاز هستند و منیزیم را در ناحیه میعان قرار دارد و واکنش را به شرح زیر بر می باشد.
در این حالت ، واکنش کربوترمیک باعث می شود که بخارها به داخل مناطق خنک کننده در داخل رآکتور منتقل شوند ، حتی اگر به طور موقت مونوکسید کربن و بخارات منیزیم واقعی وجود داشته باشد. البته یک فرایند تولید منیزیم با کربن وجود دارد ، که از یخ زدگی بخارات منیزیم در حالت گاز استفاده می کند ، که البته این واکنش نباید به صورت معکوس برگشت پذیر باشد.همچنین باید یک فرایند اقتصادی صنعتی باشد.
در دماهایی که منیزیم هنوز مایع یا جامد است (حدوداً 600-700   درجه سانتیگراد) ، اما اکسیدهای کربن گازی هستند ،قوانین ترمودینامیکی واکنشها را غیر عملی می کند ، حتی اگر به عنوان مثال مونوکسید کربن توسط آرگون محافظت شود. از نظر تئوری می توان تعادل واکنش شیمیایی را به طریقی ایجاد کرد ، اما اگر واکنش در جهت رفت سرعت بالایی داشته و در جهت برگشت دارای سرعت کمی باشد، از نظر عملی آهسته است.
در دماهای پایین ، انرژی واکنش بر همه چیز غالب است ، و از این نظر سیلیکون از کربن فراتر است، زیرا دی اکسید سیلیکون دارای حرارت بسیار بیشتری از اکسیدهای کربن است ، همانطور که در نمودارهای الیینگام مشاهده می شود .
این روند در اوایل دهه 1940 توسط دکتر لوید مونتگومری پیجون از شورای تحقیقات ملی کانادا (NRC) اختراع شد. اولین کارخانه در سال 1941 ساخته شد و توسط دومینیون منیزیم در هالی ، انتاریو ، کانادا به بهره برداری رسید. این فرایند به مدت 63 سال فعالیت داشته است ، که اخیراً توسط Timminco Metals انجام شده است. در 10 سال گذشته ، فرایند Pidgeon به سلطه بر تولید منیزیم در جهان رسیده است. چین منبع اصلی تولید فلز منیزیم است که تقریباً منحصراً به این روش متکی است.
روش سیلیکوترمی کاهشی دولومیت برای نخستین بار توسط دکتر آماتی در سال 1938 در دانشگاه پادوا به اجرا درآمد ، جایی که پایان نامه وی بایگانی شده است. بلافاصله پس از آن ، یک محصول صنعتی در بولزانو تأسیس شد. این فرایند با استفاده از ممانعت از گرمایش خارجی در مفهوم مشابه با پروژه‌هایی که دکتر پیدون دو سال بعد از آن استفاده کرده بود ، استفاده شده است.
پیش از اواسط دهه 1990 ، بازار جهانی برای تولید فلز منیزیم تحت سلطه فرایندهای الکترولیتی قرار داشته و ایالات متحده به عنوان تأمین کننده اصلی آن قرار داشت. برای بیش از 80 سال ، شرکت شیمیای داو با استفاده از الکترولیز کلرید منیزیم از آب دریا منیزیم استخراج کرده است، که یک تامین کننده اصلی فلز منیزیم تا زمان تعطیل شدن در سال 1998 بود ، یک کارخانه ظرفیت 65 کیلوتن در سال در نزدیکی فریپورت ، TX فعالیت می کرد. از سال 2005 ، در یوتا ، منیزیم ایالات متحده ، یک شرکت تولید کننده تنها ایالات متحده وجود دارد ، یک شرکت که در Magcorp در حال حاضر بهره برداری است . در سال 2005 ، آمریکا حدود 45 از 615 کیلوتن در سال (7٪) را تولید کرد ، در حالی که در سال 1995 140 از 311 کیلوتن در سال (45٪). در مقابل ، در سال 2005 چین 400 مورد از 615 کیلوتن در سال (65٪) تولید کرد ، در حالی که در مقایسه با 12 از 311 کیلوتن در سال (4٪) در سال 1995بیشتر است.
قیمت فلز منیزیم در سال 1995 از 2300 دلار در روز به 1300 دلار در هر تن کاهش یافت ، اما اخیراً (2004) بیش از 2300 دلار در تن صعود کرد ، به دلیل افزایش قیمت فروسلیسون ، انرژی و حمل و نقل قیمت منیزیم افزایش پیدا کرده است.
همانطور که گفته شد ، راندمان انرژی فرایندهای گرمایی قابل مقایسه با فرایندهای الکترولیتی است ، هر دو تقریباً به 35-40 مگاوات ساعت در ساعت نیاز دارند. روش Pidgeon از نظر فنی پیچیده تر است و به دلیل شرایط رسوب تقطیر / بخار ، یک محصول با خلوص بالا و به راحتی قابل دستیابی است. در گذشته ، علاوه بر ایالات متحده ، سایر تولیدکنندگان مهم منیزیم نیز به طور سنتی شامل نورسک هیدرو از نروژ / کانادا ، و تا حدی کمتر ، کشورهای اتحاد جماهیر شوروی سابق ، برزیل و فرانسه بودند که همگی دارای نیروی برق ارزان قیمت و فراوانی از هیدروالکتریک یا هسته ای هستند. بازیکنی که اخیراً در بازارهای جهانی قدم گذاشته اسرائیل است ، در حالی که شرکت استرالیایی مگنزیوم بین‌المللی با استفاده از فرایند الکترولیتی داو برنامه ریزی برای کارخانه ذوب 100 کیلو در سال در Sokhna در مصر دارد .