מכון ויצמן למדע - המחלקה להוראת המדעים - כימיה ותעשייה

פריקלאס

חיפוש

פריקלאס

מוצרים ותהליכים

מגנזיום חמצני במישור רותם – מבט על "פריקלאס ים-המלח בע"מ"

מאת אורי הלברג ואריה טביק / מתוך: הקשר הכימי כרך ט', מס' 3 טבת תש"ם

במישור רותם, לצידו של כביש דימונה-ערד, מייצרים מגנזיום חמצני בכמות של 40,000 טון בשנה.
הייצור מבוסס על ניצול אוצרות ים-המלח בתהליך עתיר אנרגיה:

MgCl2(aq) + H 2O(l) [4] MgO(s) + 2HCl(aq)

תוצר הלוואי – מימן כלורי – מוזרם ישירות בצינורות פוליפרופן למפעל השכן,רותם אמפרט נגב, שם הוא מנוצל לייצור חומצה זרחתית. שימוש זה הוא אחד הגורמים שקבע את מיקומו של המפעל במישור רותם הסמוך למרבצי הפוספטים, ולא בקרבה רבה יותר לים המלח, שהוא מקור חומר הגלם: תמלחת עשירה ביוני מגנזיום וביוני כלור. תמלחת זו מתקבלת ממי ים-המלח לאחר הרחקת כמויות ניכרות של מלח בישול, אשלג ויוני ברום בסדרת תהליכים, אשר בהם יש לשמש תפקיד מרכזי כספק אנרגיה בבריכות האידוי .

איור 1: שלבים ראשיים בהכנת חומר הגלם למפעל "פריקלאס ים-המלח" – תימלחת עשירה ביוני מגנזיום.

את התימלחת העשירה ביוני של Mg+2 שואבים בצינורות מים-המלח אל המפעל במישור רותם – מרחק של 25 ק"מ והפרש גבהים של 750 מ'. כאן עוסקים 170 עובדים המתגוררים בדימונה, ערד ובאר-שבע בהפקת מגנזיום חמצני. התוצר, המוכר בשמו המסחרי "פריקלאס" (Periclase) , מיוצא לרחבי העולם דרך נמלי אשדוד ואילת.

מי צריך MgO?

רוב כמות הפריקלאס משמשת כחומר גלם ללבנים חסינות אש, הנחוצות במיוחד לתעשיית הפלדה לשם בניית כורים. כמויות קטנות בלבד מנוצלות למטרות אחרות, כגון שימוש כחומר מבדד, תוספת מזון לבעלי חיים ועוד.
חומרים המיועדים לציפוי דפנותיהם הפנימיות של כורי היתוך צריכים להיות בעלי חוזק מכני גבוה, נקבוביות נמוכה וטמפרטורת היתוך גבוהה, על מנת לעמוד בטמפרטורות הגבוהות הנהוגות בתעשיות הפלדה המודרניות. תכונותיה של תחמוצת המגנזיום מתאימות לכך, ונקיונה של התחמוצת קובע את טיב הלבנים וכושר עמידתן בתנאים השוררים בכורים.
תוצרתו של מפעל "פריקלאס ים-המלח" מבוקשת ברחבי העולם בגלל טיבה המעולה: דרגת הניקיון של התחמוצת היא מעל ל- 99.4% - הרבה מעבר למופק בעולם בקנה מידה תעשייתי!

תהליך הפקת MgO במפעל

הפקת MgO במפעל מתבצעת בשלבים: סדרת שלבים ראשונה, אשר בה מפיקים מגנזיום חמצני גלמי, סדרת שלבים שנייה שנועדה לניקוי התוצר, וסדרה שלישית בה מעבדים אותו לצורתו המסחרית. השלבים השונים מתבצעים בשלושה מתקנים עיקריים
(ראה איור 2).

א. מתקן "אמן"

תחילה עוברת התמלחת טיפול לסילוק תרכובות בור. לאחר ריכוזה באמצעות חום היא מרוססת אל ראשם של מיכלי תגובה. גז טבעי נשרף במבערים שבתחתית המיכלים. במגע בין גזי השריפה החמים לבין טיפות התמלחת מתאיידים המים ומתרחשת תגובה המוכרת כ"פירוק תרמי של מגנזיום כלורי":

MgCl 2(s) + H2O(l) [4] MgO(s) + 2HCl(g)

מגנזיום חמצני מתקבל כאבקה לבנה הנופלת לתחתית מיכלי התגובה. מראש המכלים יוצאת התערובת של הגזים החמים – מימן כלורי, קיטור וגזי שריפה.
הגזים החמים מנוצלים להפקת האנרגיה הדרושה לריכוז התימלחת לאחר הזנתה למיכל התגובה. ולאחר התקררותם מועברים הגזים לעמודה שבה נספג HCl(g) במים ומתקבלת תמיסת מימן כלורי בריכוז 18%-20%.
הגזים הנותרים לאחר הספיגה מכילים בעיקר קיטור אשר עובר טיפול להרחקת מזהמים, ובעקבות עיבוי מתקבלים מים הראויים לניצול בתהליכי הייצור. המים המושבים בדרך זו מהווים כמחצית מתצרוכת המים של המפעל.

ב. מתקן "שטיפה"

מגנזיום חמצני גלמי המתקבל בבסיס מיכל התגובה מגיב עם מים ליצירת מגנזיום הידרוקסידי:

MgO(s) + H2O(l) [4] Mg(OH)2(s)

לאחר שמאפשרים לתרחיף לשקוע, מבצעים כמה שלבי שטיפה במים המיועדים להרחיק את המלחים המסיסים (בעיקר כלורידים) ולקבל מגנזיום הידרוקסיד מוצק שדרגת נקיונו מעל 99%.

ג. מתקן "סינטור":

סיומו של שלב הסינון האחרון. במתקן השטיפה מקבלים מגנזיום הידרוקסיד בצורת עוגה רטובה – "עוגת מסנן" – אשר מועברת לתנור קלייה, לשם אידוי המים החופשיים שב"עוגה", וקליית ההידרוקסיד היבש לתחמוצת:

Mg(OH)2(s) [4] MgO(s) + H2O(g)

בשלב זה מתקבלת אבקה המוכרת כמגנזיום חמצני "קלוי". דרגת הניקיון של תוצר זה גבוהה מאד (כ- 99.4%), אך הצורה האבקתית בעלת הצפיפות הנמוכה
(0.8-0.7 גר' לסמ"ק) אינה מתאימה להכנת לבנים חסינות אש, אלא לשימושים אחרים הצורכים רק כמויות קטנות. שיווק אבקת מגנזיום חמצני קלוי נעשה בשקים, באריזות אטומות ללחות או במכולות – לפי דרישת הלקוח. רוב התחמוצת שהתקבלה בקלייה נלחצת ונכבשת לגושים דמויי שקדים, אשר מועברים לתנור שריפה לתהליך הנקרא "סינטור" (Sintering). בטמפרטורה הגבוהה השוררת בתנור השריפה – קרוב ל-20000c עולה צפיפות התחמוצת עד 3.4 גר' לסמ"ק. בתום פעולות אלה מתקבל הפריקלאס המבוקש – גושי מגנזיום חמצני ("שקדי פריקלאס") בעלי צפיפות גבוהה, המתאימים לייצור לבנים חסינות אש לכורים בתעשיות הפלדה. הפריקלאס משווק בתפזורת.

מחקר ופיתוח

התהליכים המקובלים בעולם לייצור מגנזיום חמצני באיכות גבוהה המתאימה להכנת לבנים חסינות אש, מבוססים על תגובה בין סיד או דולומיט שרוף לבין מי-ים המכילים יוני מגנזיום. הפקת מגנזיום חמצני בישראל מבוססת על תהליך שונה – פירוק תרמי של תימלחת יוני מגנזיום. תהליך זה אינו מקובל בתעשיות מגנזיום חמצני עקב היותו עתיר אנרגיה. אולם ניקיון התוצר הינו, עד עתה, ללא מתחרים.
תהליך הפירוק התרמי פותח בישראל על-ידי ד"ר י. אמן המנוח עוד בתחילת שנות ה - 50.
על הקמת מפעל המבוסס על "שיטת אמן" הוחלט בועידה הכלכלית בשנת 1969, ולאחר השקעה של כ - 20 מליון דולר, החל "פריקלאס ים-המלח" בפעולתו ב- 1973. המפעל רווחי כיום, ובמקביל לעבודת הייצור השוטף קיימת פעילות מחקר ופיתוח שפניה לעתיד.

כדוגמה לעיסוק במחקר ופיתוח נציין את נושא האנרגיה. כאמור, פעולות תכנון והקמת המפעל, המבוסס על תהליך עתיר אנרגיה נסתיימו בסמוך לתחילתו של משבר האנרגיה העולמי, ועתה יש למרכיב האנרגיה השפעה מכרעת על עלות הייצור. אחת האפשרויות הנבדקות בעקבות זאת היא להשתמש בתמיסת NaOH המתקבלת כתוצר לוואי בתהליך האלקטרוליזה במפעל הכלור בסדום, על מנת להכין ישירות מגנזיום הידרוקסידי תוך הימנעות מתהליך הפירוק התרמי עתיר האנרגיה:

Mg 2+ (aq) + 2OH- (aq) [4] Mg(OH)2(s)

מתקני המפעל בנויים לאספקת אנרגיה באמצעות שריפת גז טבעי. תחילה סופק גז מבארות ראש-זוהר שליד ערד. עם הידלדלות שדה הגז עברו לאספקה מבארות שבאיזור שדות,ויש לדאוג למקורות אנרגיה חלופיים לעתיד. אחת ההצעות מתבססת על האפשרות לנצל פצלי שמן.
את מכלול תוכניות המחקר והפיתוח של המפעל ניתן לסכם בשלושה תחומים:
א. פיתוח מוצרים נוספים בעלי ערך מוסף גבוה יותר.
ב. הגדלת תפוקת המפעל על-ידי הוספת מתקנים.
ג. שיפור מערכות קיימות להגדלת נצולת, ובעיקר לחיסכון באנרגיה.




שילוב בתוכנית הלימודים

מבנה וקישור: מסיסות של מלחים, תגובות שיקוע.
תכונות חומרים יוניים.
תעשיה כימית: שיקולים בקביעת מיקומו של מפעל.
התמחות בייצור מוצר ייחודי.


שתף את הפוסט
}
צור קשר
  • מכון ויצמן למדע
  • המחלקה להוראת המדעים - כימיה ותעשייה
  • הרצל 234
  • רחובות
השאירו לנו הודעה

עיצוב: לירן פתימר תכנות: אייל קרפל
מכון ויצמן למדע כל הזכויות שמורות © 2016.