طرح توجیهی تولید فلز منیزیم از دولومیت(شمش منیزیم) سال 1401
طرح توجیهی تولید فلز منیزیم از دولومیت و شمش منیزیم
دولومیت یکی از کانی های رایج سازنده سنگهای رسوبی با ساختار شیمیایی متشکل از کربنات کلسیم و منیزیم 2(CaMg (CO3 می باشد که در سیستم رومبوئدریک متبلور شده و در سه جهت رخ کامل دارند. اکثر دولومیت ها به رنگ های خاکستری مایل به کرم و سفید مایل به خاکستری یافت می شوند ولی برخی به رنگ های چون سفید ، زرد ، سبز و سیاه هم دیده می شوند.
خلاصه بررسی مالی و اقتصادی طرح توجیهی تولید فلز منیزیم (شمش منیزیم)
محصول طرح: تولید فلز شمش منیزیم
ظرفیت تولید طرح: 2800 تن
کل سرمایه گذاری طرح: 1.075.453.535 هزارریال
سرمایه گذاری ثابت طرح: 1.046.361.296 هزارریال
سرمایه در گردش طرح: 29.092.239 هزارریال
قیمت تبدیل دلار به ریال: 12.200 ریال
قیمت فروش (تن): 122.000.000 ریال
نقطه سربه سری : 16.7 درصد
زمین موردنیاز: 30000 مترمربع
نرخ بازده داخلی : 27 درصد
دوره بازگشت سرمایه: 7.2 سال
کد آیسیک : 26991461
شماره تعرفه گمرکی: 25191000
تعداد پرسنل : 131 نفر
عمده مواد اولیه مصرفی: دولومیت – فرو سیلیس
مصرف سالیانه آب: 186150 مترمکعب
مصرف برق: 14600000 کیلووات
گاز: 4500000 مترمکعب
در این طرح توجیهی و مطالعه امکانسنجی مواردی چون: کل سرمایه گذاری موردنیاز، ظرفیت تولید به همراه اطلاعات جامع دیگری مانند متراژ زمین و برخی از شاخص های اقتصادی آورده شده است. لازم به ذکر است که آمار و ارقام ذکر شده ویرایش سال های قبل می باشد. لذا جهت تهیه طرح توجیهی و مطالعات امکان سنجی فلز منیزیم از دولومیت و تولید شمش منیزیم به روز و قابل دفاع با مجموعه تی توجیهی تماس حاصل نمایید.
وزن مخصوص این ماده معدنی حدود 2/6 گرم بر سانتیمترمکعب ، سختی آن 4-5/3 و دارای جلای شیشه ای یا مرواریدی است. عناصر تشکیل دهنده دولومیت عمدتاً اکسید منیزیم (MgO) و آهک (CaO) می باشد ولی ممکن است عناصر دیگری چون اکسید های آهن ، سدیم و پتاسیم نیز در ساختمان آنها یافت شود. این کانی حاوی % 4/30 اکسید کلسیم ، 21/92 % اکسید منیزیم و 47/7 % دی اکسید کربن می باشد.
تولید فلز منیزیم از دولومیت
دولومیت به صورت لایه های عظیم با ضخامت های چند ده فوتی یافت میشود. آنها حدود 15 ٪ پوسته زمین می سازند و به مقدار زیاد در تمام نقاط دنیا یافت شده اند و به عنوان یکی از اجزاء رایج سنگهای رسوبی شناخته می شوند. سنگ های حاوی دولومیت را با همان نام دولومیت یا سنگ آهک دولومیتی می شناسند.
کانی های کربناته شامل کلسیت، آراگونیت، دولومیت می باشد. شاید هیچ ماده معدنی دیگری، مصارفی را که سنگ آهک و دولومیت دارند، نداشته باشد. سنگهای کربناته به خاطر خواص فیزیکی خود پایه های اساسی صنعت مصالح ساختمانی را تشکیل میدهند و از بدو تمدن بشری مورد استفاده بوده و در حال حاضر نیز مصارف این سنگها رو به افزایش است.
سنگ های کربناته 50 ٪ مخازن نفت و گاز دنیا و 95 ٪ مخازن نفت و گاز ایران را شامل می شوند. رسوبات کربناته از کلسیت (کم یا پرمنیزیم) و یا آراگونیت و مقداری نیز دولومیت، پیریت و کوارتز، تشکیل شده اند.
دولومیت ها و انواع آنها از نظر طرز تشکیل
از نظر طرز تشکیل چند نو دولومیت معرفی شده است:
دولومیت اولیه Syngenetic :
دولومیت دیاژنز اولیه که در آن جانشینی پس از ته نشست و قبل از سیمانی شدن رسوب صورت می گیرد. این دولومیت ها در بین سری های تبخیری و به همراه ژیپس، انیدریت و نمک طعام یافت می شوند.
تشکیل دولومیت در محیط دریایی به صورت اولیه بسیار نادر است، اگر چه مقدار نمک های منیزیم در آب دریا حدوداً سه برابرنمک های کلسیم است و لیکن هنوز از حد اشباع بودن خود بسیار دورند و تنها تبخیر است که می تواند این نمک ها را به حد اشباع نزدیک کند.
دولومیت ثانویه Diagenetic :
دولومیت دیاژنز تاخیری که در آن جانشینی پس از سیمانی شدن رسوب انجام می شود. این گونه دولومیت ها همراه سری های تبخیری نیستند، ترک های گلی، قشرهای جلبکی (Algal mats) و دیگر شواهد دال بر محدود بودن حرفه وجود ندارد همچنین شواهدی از کلسیتی بودن سنگ اولیه وجود دارد.
مثلأ دولومیتی شدن فسیل هایی که اطمینان می رود در زمان تشکیل کلسیتی بوده اند و نیز مقادیر ایزوتوپی و عناصر کمیاب کانی های دولومیت، به طور خلاصه عواملی چون حرارت، نظم یونی در دولومیت ها، نسبت منیزیم به کلسیم، شوری، نقش یون سولفات، رژیم هیدرولیکی مناسب
و خصوصیات سنگ شناسی سنگ اولیه در تشکیل دولومیت ثانویه مؤثرند.شواهدی از قبیل فسیل های آهکی جانشین شده، داده های ایزوتوپی و تجزیه شیمیایی نشان دهنده این است که بخش اعظم دولومیت ها، ثانویه می باشند و دولومیت های اولیه نادرترند.
منیزیم
فلز راهبردی منیزیم بدلیل چگالی پایین، استحکام بالا، جوش پذیری و ماشین کاری آسان، استفاده گسترده ای در صنایع خودرو، فولاد، آلومینیوم و هوافضا دارد و با هدف تامین نیاز کشور به این فلز راهبردی، طرح تولید شمش منیزیم در دستور کار قرار دارد.
بدلیل وجود منابع غنی دولومیت در کشور، امکان ایجاد ارزش افزوده از این منابع خدادادی بررسی شد که با سرمایه گذاری مشترک بخش خصوصی و دولتی، میتوان کارخانه تولید شمش منیزیم از دولومیت در کشور را راه اندازی نمود.
با توجه به نیاز صنعت خودرو به تولید قطعات سبک و مستحکم با هدف کاهش مصرف سوخت و آلایندگی و همچنین افزایش ایمنی خودروها، طرح دایکست منیزیم که پایین دستی طرح تولید شمش محسوب می شود نیز قابل انجام است .همچنین راه اندازی زنجیره ارزش منیزیم و صنایع پایین دستی این فلز، نظیر تولید آلیاژها، ورقها، لوله و مقاطع، آند و پودر منیزیمی، اقتصادی است.
با راه اندازی طرح های تولید آلومینیوم و گسترش صنایع ساخت قطعات منیزیمی، پیش بینی می شود نیاز کشور به منیزیم و آلیاژهای منیزیمی در سالهای آتی، افزایش قابل توجهی را نشان دهد.
روش های متنوعی همچون استحصال منیزیم از آب دریا وجود دارد که بلحاظ هزینه های بالا رقابتی نیست؛ لیکن روش تولید انتخابی ، فرایند سیلیکوترمی با استفاده از دولومیت و سیلیس است که اکنون مورد مصرف کشورهایی نظیر چین است.
منیزیم
منیزیم یک فلز راهبردی است. به دلیل داشتن چگالی بسیار پایین به عنوان سبک ترین فلز سازه ای با عدد اتمی 12 و دارا بودن مشخصات فلزی مناسب مثل جوش پذیری، ماشین کاری آسان، لحیم پذیری و… در صنایع مختلف از جمله خودروسازی مورد استفاده قرار می گیرد . منیزیم در صنعت به صورت خالص، اکسید منیزیم و آلیاژ کاربرد دارد.
منیزیم خالص نرم و فاقد استحکام است و در مواد آتش زا، موشک های منور، بمب های آتش زا، سوخت جنگ افزارها و احیای فلزات گرانبها مثل تیتانیوم به دلیل میل ترکیبی بالای این فلز با اکسیژن به کار می رود.
اکسید منیزیم تحت نام منیزیت و دولومیت در تولید شیشه، صنایع عایق، سیمان، تولید رنگ برها، کودهای شیمیایی، انواع خوراک دام، ساخت نسوزها و دیرگدازها، کمک ذوب در ذوب فلزات آهنی و غیرآهنی، پالایش و تصفیه فاضلاب ها، زدودن فلزات سنگین و سیلیکات ها و موارد بسیار دیگر کاربرد دارد.
اما آنچه منیزیم را این روزها در سطح جهان بارز کرده است، آلیاژ آن با فلزات دیگر مثل آلومینیم است که به صورت های شمش و شکل یافته ، مورد مصرف قرار می گیرد و تقاضای جهانی برای آن روزافزون است .
عمده ترین استفاده کننده از فلز منیزیم
خودروسازی و صنایع هوافضا. با توجه به پتانسیل کشور ما در تامین مواد معدنی و انرژی ارزان، راه اندازی واحدهای تولیدی متعدد منیزیم در سطح کشور بویژه در استان های محروم. آینده روشنی را برای تولید این فلز سبک در پیش رو دارد.
این امر موجب اشتغال بیشتر افراد و نیز ارتقای دانش تخصصی می شود. با وجود آن که منیزیم فلزی سبک، راهبردی و پرمصرف است و با وجود دسترسی به مواد اولیه فراوان آن در معادن ایران، متاسفانه به دلیل نبود فناوری مناسب، تاکنون هیچ اقدامی برای استخراج آن انجام نشده است .
فلز منیزیم خالص
دامنه استفاده از آن بسیار وسیع است. به عنوان پرکننده در صنایع لاستیک و پلاستیک، در صنایع سلولزی ، خمیر کاغذ و تولید کاغذ، به عنوان عامل پوشش دهنده در تولید لوازم آرایشی و در صنعت داروسازی به عنوان داروی ضداسید و پایه پودر بهداشتی به کار می رود. در صنعت سرامیک، شیشه و رزین هم کاربرد دارد.
سازگاری با محیط زیست
منیزیم دوست طبیعت است. شاید در کشوری مثل چین که برای تولید آن از ذغال سنگ استفاده می شود، مشکل ساز باشد؛ اما در کشور ما با وجود سوخت گاز طبیعی به عنوان سوخت پاک ، مزیت بزرگی است که بتوانیم بدون آلودگی محیط، در تولید و استخراج این فلز مستقل شویم.
همچنین از منیزیم برای تولید شیشه، سیمان، گلوله های کوچک گرافیت، تیتانیوم و بدنه اتومبیل نیز استفاده می شود. کاربرد آن در صنایع عمرانی، کشاورزی، شیمیایی، ریخته گری و موشک سازی، کمک به جداسازی گوگرد از آهن و فولاد، ساخت مواد منفجره و فلاش دوربین عکاسی است.
اهمیت استراتژیکی کالا در دنیای امروز
با توجه به استراتژیک بودن صنایعی که منیزیم در آنها کاربرد دارد , این محصول جزء کالاهای استراتژیک محسوب می گردد.
کشورهای عمده تولید کننده و مصرف کننده منیزیم
کشورهای عمده تولیدکننده و مصرف کننده محصول ، کشورهای دارای منابع اولیه منجمله چین و ایالات متحده می باشند. لازم به ذکر است فراوری محصول در اکثر کشورهای صنعتی جهان در حال انجام است.
شرایط صادرات منیزیم
محدودیتی جهت صادرات محصول وجود ندارد اما با توجه به نیاز بالای کشور در حال حاضر تنها تولیدکنندگان می توانند پاسخگوی نیاز داخل باشند.
بررسی روش تولید منیزیم از دولومیت
در فاز اول سنگ دولومیت موردنیاز از معدن خریداری و به کارخانه حمل میگردد، پس از تحویل گیری مواد اولیه ، سنگهای معدنی توسط کارگران جداسازی میگردد. آنگاه توسط کارگر و یا لودر در داخل سنگ شکن های مورد نظر ریخته میشود و خرد میگردد. سپس دانه بندی و مش بندی شده و پودر مربوطه دانه شکری با قطر یک میلی متر کلسینه میگردد و سپس سرد شده و نرم میگردد.
به موازات دولومیت دیگر مواد اولیه یعنی فروسیلیس خرد و نرم شده و در نقطه ای مشترک در کنار دولومیت کلسینه شده ونرم با اضافه شدن مقداری مواد افزودنی بخصوص و مخلوط سازی توسط دستگاههای مخصوص و موجود در خط تولید به محصول نهایی که همان دولومیت فرآوری شده می باشد تبدیل میگردد.
روش استخراج سیلیکوترمی
در این فناوری، منیزیم با خلوص 8/99 درصد به روش حرارتی، احیای سیلیکوترمی استخراج می شود. فرآیند احیا در یک رآکتور بسته (رتیورت) انجام می شود که شرایط دما و فشار آن از بیرون قابل تنظیم است. تعداد زیادی از آنها را می توان در یک کوره قرار داد. به دلیل فعالیت بالای فلز منیزیم ، طراحی این رآکتور از حساسیت ویژه ای برخوردارست.
منیزیم در دنیا به 2 روش الکترولیز و حرارتی تولید می شود .روش حرارتی با توجه به نوع انرژی مصرفی از برتری ویژه ای برخوردار است. روش الکترولیز با استفاده از آب دریا که حاوی مقدار زیادی منیزیم است انجام می شود.
مزایای روش حرارتی
روش حرارتی با استفاده از معادن بسیار زیاد در ایران مناسب است، ارزان تر تمام می شود و اشتغال زایی بالا دارد و با سرمایه گذاری کم قابل انجام است، تا جایی که کشور چین بر همین پایه و اساس توانسته است با تولید بیش از 80 درصد منیزیم کل جهان رهبری تولید منیزیم در جهان را از آن خود کند و در رقابت با تولیدکنندگان اروپایی که از روش الکترولیز (انرژی الکتریکی) بهره می برند، پیشقدم باشد.
تولید نیمه صنعتی منیزیم به روش احیای حرارتی (سیلیکوترمی) مورد بررسی قرار گرفته است. مواد اولیه مصرفی کانه دولومیت تکلیس شده با عیار تقریبی 99% و نیز فروسیلیس تجاری (عیار 75%) می باشد. این طرح بر پایه روش حرارتی پیگون و در یک ریتورت فولادی تحت شرایط خلاء عمل می نماید.
همچنین از یک کوره گاز سوز جهت تامین انرژی مورد نیاز طرح استفاده شده است. محصول نهایی کریستالهای منیزیم با خلوص 8/99 درصد می باشد. در این طرح فرآیند استحصال بهینه سازی شده (میزان بازیابی بالای 95%) و همچنین پارامترهای دما، فشار، زمان و کاتالیست، بر بازده تولید منیزیم بررسی شده است.
استخراج منیزیم به روش الکترولیز
منیزیم به صورت قطراتی روی کاتد رسوب کرده و به طرف سطح الکترولیت رشد می کند،در حالیکه کلر در آند متصاعد می گردد و جهت تولید کلرید منیزیم بازیافت می شود.
دومین فرآیند الکترولیز تولید منیزیم،به وسیله شرکت شیمیاییDOW توسعه یافت و در بزرگترین واحد جهانی تولید منیزیم واقع در بندر آزاد تگزاس که mgCl2 از آب دریا استخراج می کند،مورد استفاده قرار گرفته است.
منیزیم به صورت هیدروکسید در اثر افزودن آهک رسوب کرده و سپس در اسید کلریدریک حل می گردد. محلول به دست آمده متعاقباً تغلیظ و خشک شده و mgCl2 هیدراته شده آماده شارژ به سلول الکترولیز می شود.
بر خلاف فرآیند IG سلولهای الکترولیز از جنس فولاد ساخته شده که به عنوان کاتد عمل کرده و از بیرون حرارت داده می شود. این سلولها در محدوده 7-6 ولت و جریان 90000 آمپر کار می کنند.
انرژی مصرف شده به ازاء یک کیلوگرم منیزیم تولید شده حدود 12/5 کیلو وات ساعت در فرآیندIG و 17/5 کیلو وات ساعت در مورد سلول مربوط به شرکت DOW می باشد و لیکن هر کدام از فرآیندها نیاز به حدود 15کیلو وات ساعت انرژی اضافه جهت آماده سازی کلریدمنیزیم بدون آب برای شارژ به داخل سلول دارد که در این قسمت امکان صرفه جویی قابل ملاحظه وجود دارد.
تولید منیزیم با استفاده از فرآیندهای حرارتی
تولید منیزیم با استفاده از احیایی حرارتی مستقیم دولومیت کلسینه شده با فروسیلیکون مطابق واکنش ساده زیر صورت می گیرد.
CAO.Mgo+Si→2mg+(cao)2sio22
در فرآیند پیچن بریکت های متشکل از مواد واکنش کننده در اندازه های 150 کیلوگرمی به داخل راکتورهای استوانه ای شکل فولادی که تحت خلاء 1/0 torr قرار دارد و از بیرون تا دمای 1200 درجه سانتی گراد گرم می شوند،شارژ می گردد.منیزیم تولید شده که به صورت بخار می باشد در انتهای اکتور قرع که خارج از کوره قرار دارد و به وسیله آب خنک می شود،تقطیر می گردد.
از مزایای فرآیند پیجن هزینه سرمایه گذاری نسبتاً پایین و حساس نبودن به خلوص مواد خام می باشد ولیکن محدودیت عمده آن طولانی بودن زمان فرآیند می باشد به طوری که تقریباً 8 ساعت وقت لازم است تا حدود 20 کیلوگرم منیزیم در هر راکتور تولید گردد.
در فرآیند مگنترم،از کوره قوس الکتریک که در دمای حدود Ċ1550 و فشار داخلی torr )10- 15) کار می کند،استفاده می شود.چون واکنش در فاز مذاب اتفاق می افتد زمان لازم برای تکمیل آن کمتر از فرآیند پیچن خواهد بود.
عمل شارژ کوره ممکن به صورت پیوسته و تخلیه در فواصل زمانی منظم صورت گیرد.آلومینا با باکسیت به مخلوط شارژی اضافه می شود.تا سیلیکات کلسیم محصول جدا شده و به صورت سرباره خارج گردد.
تولید منیزیم با استفاده از فرآیندهای حرارتی
در این حالت هم منیزیم به صورت بخار تولید شده و در یک کندانسور مجزا جامد می گردد و احدهای تولید منیزیم به این روش در فرانسه ،ژاپن،امریکا و یوگسلاوی سابق قرار داشته و ظرفیت کوره به 11 تن بالغ می گردد.
در مجموع هزینه عملیاتی روش های سیلیکوترمی بیشتر از فرآیندهای الکترولیز استخراج منیزیم می باشد.با این حال استفاده از روش های حرارتی به دلیل هزینه سرمایه گذاری کمتر و امکان اجرا در مقیاس کوچک ادامه دارد.تکنیک های حرارتی به دلیل هزینه سرمایه گذاری کمتر و امکان اجرا در مقیاس کوچک ادامه دارد.
تکنیک های حرارتی مختلفی تاکنون جهت استخراج منیزیم ارائه شده است ولیکن هیچکدام در حال حاضر در مقیاس تجارتی به بهره برداری نرسیده است.به عنوان نمونه یکی از روشهای امیدبخش درآینده استفاده از کوره قوسی پلاسما است.
که در آن پلت های ساخته شده از مخلوط mgo و کک به داخل سرباره مذاب متشکل از Al2o3،cao ،mgo شارژ می شود با توجه به چگالی انرژی بالای پلاسما و دماهای بالای حاصله در سطح سرباره در اثر واکنش های سیلیکوترمی (مثلا 1500c) امکان نگاه داشتن فشار بخار منیزیم
در حد اتمسفر معمولی فراهم می گردد. این مزیت به همراه بازده تقریباً کامل مصرف سیلیسیم باعث افزایش امکان رقابت اقتصادی روش حرارتی تولید منیزیم خواهد شد.
فلز منیزیم در صنایع گوناگونی کاربرد دارد که میتوان به موارد زیر اشاره نمود.
صنایع هوایی ، ساخت اتومبیل ، داروهای پزشکی ، صنایع الکترونیک و آلیاژ صنعتی.
مواد اولیه موردنیاز در طرح توجیهی تولید فلز منیزیم از دولومیت
- سنگ دولومیت
- فروسیلیس
- فلوریت
تعیین محل اجرا و ایجاد کارخانه
با توجه به بررسی های صورت گرفته در فاز اول مطالعات پتانسیل اجرای طرح در تمامی استانهای کشور وجود دارد. با بررسی های بیشتر با توجه به عوامل مهمی نظیر تامین مواد اولیه ، امکانات زیر بنایی ، دسترسی به راه های ارتباطی ، تامین نیروی انسانی ، جنبه های زیست محیطی ، معافیت های دولتی ، موقعیت سایر رقبا و … شهرکهای صنعتی مستعد جهت اجرای طرح موردنظر می باشند.
