Mg • Ordnungszahl 12
Magnesium
Magnesium gehört zu den Erdalkalimetallen und ist eines der zehn häufigsten Elemente der Erdkruste. Es kommt in zahlreichen Mineralen und ist eines der für alles zelluläre Leben wesentlichen Elemente. Ein Mensch enthält etwa 24 Gramm Magnesium, die Hälfte davon ist in den Knochen, ein Viertel in den Muskeln und der Rest im Blut und intrazellulär. In Pflanzen ist Magnesium in den Zellwänden vorhanden.
Es ist reaktionsträge und reagiert bei Zimmertemperatur weder mit Sauerstoff noch mit Wasser, wird aber von Säuren angegriffen. Magnesium verbrennt mit einer gleißend hellen Flamme unter Bildung des Magnesiumoxids.
Magnesium teilt viel Eigenschaften mit Aluminium, ist aber etwa ein Drittel leichter und hat eine deutlich geringere Dichte.
Es ist das leichteste Baumetall. Es wir im Bauwesen, der Luft- und Raumfahrtindustrie sowie Medizin eingesetzt.
In fein verteilter Form in der Luft mit einem intensiven weißen Licht verbrennt.
Zu den größten Magnesiumproduzenten zählen China, Russland, die Türkei und Österreich.
Die größten Player in China sind Magontec Xinguang und Shanxi Yinguang Huasheng Magnesium. Außerhalb Chinas sind Dead Sea Magnesium aus Israel und VSMPO-AVISMA in Russland eine Rolle.
Magnesium ist ein kritischer Rohstoff für die EU und Südkorea. Die USA und Japan stufen Magnesium als strategisch ein.
Erste Hinweise auf Magnesium stammen aus dem 17. Jahrhundert als englische Bauern auf bitter schmeckendes Wasser stießen. Später stellte sich heraus, dass es Magnesiumsulfat oder „Bittersalz“ enthielt.
Als erster identifiziert 1755 Joseph Black in Edinburg Magnesium. Die Erstsynthese von Magnesiummetall gelang Sir Humphry Davy 1808 in London. 1831 isolierte Antoine-Alexandre-Brutus Bussy (École de Pharmacie in Paris) Magnesiummetall.
Der Name Magnesium stammt von Magnesia, einer Region Thessaliens (Griechenland), in der das Mineral Magnesia alba erstmals gefunden wurde.
Die erste kommerzielle Magnesiumproduktion mittels Elektrolyse begann schon 1866 in der deutschen Chemische Fabrik Griesheim-Elektron. Die Aufrüstung für den Ersten Weltkrieg schob die Nachfrage nach Magnesium für Leuchtraketen, Brandbomben und Leichtmetalllegierungen kräftig an.
Die Dow Chemical Company (USA) wurde zum Pionier der Gewinnung von Magnesium aus Meerwasser (Salzlake)
Im Zweiten Weltkrieg explodierte die Magnesiumproduktion, nachdem die Nachfrage für Flugzeuge, Munition und Brandbomben rasant zunahm.
Pidgeon-Verfahren (1941): Der kanadische Wissenschaftler Lloyd Pidgeon entwickelte das thermische Reduktionsverfahren (mit Dolomit und Ferrosilizium), das später von China übernommen wurde.
Ende des 20. Jahrhunderts begann China mit der Ausweitung des Pidgeon-Verfahrens und nutzte dabei günstige Kohleenergie. Die chinesische Provinz Shanxi entwickelte sich zum Zentrum kostengünstigen Magnesiums.
Heute dominiert China weltweit die Magnesiumherstellung und deckt über 85 Prozent des weltweiten Bedarfs.
2021 führten Produktionskürzungen in China zu einem Preisanstieg von 400 Prozent und zu zahlreichen Diversifikationsinitiativen in den westlichen Industrieländern.
Der weltweite jährlich Magnesiumverbrauch liegt bei etwa einer Million Tonnen im Jahr, Tendenz steigend. Magnesium ist das am einfachsten zu bearbeitende Konstruktionsmetall.
Da das reine Metall eine geringe strukturelle Festigkeit aufweist, wird Magnesium hauptsächlich in Form von Legierungen verwendet – meist mit zehn Prozent oder weniger Anteil von Aluminium, Zink und Mangan – um seine Härte, Zugfestigkeit sowie Gieß-, Schweiß- und Bearbeitungsfähigkeit zu verbessern.
Magnesiumlegierungen haben vielfältige Anwendungsgebiete. Weltweit stammt etwa die Hälfte des Magnesiumsbedarfs aus der Auto- und Luftfahrtindustrie. Mit der Elektromobilität könnte die Magnesiumnachfrage steigen, da es zu deutlichen Gewichtseinsparungen führt. Gewichtsreduktion spielt auch in der Luft- und Raumfahrt eine zentrale Rolle.
Magnesium ist außerdem ein starkes Reduktionsmittel, das zur Herstellung anderer Metalle (Titan, Zirkonium und Hafnium) aus ihren Verbindungen verwendet wird.
Magnesium wird auch in Spreng- und Pyrotechnik verwendet.
Der Rohstoff für die Produktion von Magnesium sind meist die Minerale Dolomit, Magnesit und Karnallit oder Meerwasser.
Das meiste Magnesium wird über den Pidgeon-Prozess hergestellt. Hierbei wird gebrannter Dolomit mit Schwerspat und Ferrosilicium im Vakuum auf über 1.000 °C erhitzt. Das entstandene gasförmige Magnesium kondensiert und wird in einer Vakuumdestillation weiter gereinigt.
Das zweite Verfahren ist die Schmelzflusselektrolyse, bei der aus dem Meer gewonnenes Magnesiumchlorid unter Beigabe von Salzen (Natriumchlorid) erhitzt wird. Hierbei sammelt sich das Magnesium auf der Salzschmelze.
Es ist in Mineralien wie Serpentin, Chrysolith und Meerschaum verteilt. Meerwasser enthält etwa 0,13 Prozent Magnesium, hauptsächlich als gelöstes Chlorid. Als Carbonat kommt es in Form von Magnesit und Dolomit sowie in vielen gängigen Silikaten, wie Talk, Olivin und den meisten Asbestarten vor.
Magnesium wird kommerziell durch Elektrolyse von geschmolzenem Magnesiumchlorid (MgCl2), das hauptsächlich aus Meerwasser gewonnen wird, und durch die direkte Reduktion seiner Verbindungen mit geeigneten Reduktionsmitteln hergestellt.
China dominierte mit einem Anteil von 85 bis 90 Produktion weltweite Produktion. Es folgen Russland, wo VSMPO-AVISMA Magnesium aus Magnesit im Ural gewinnt.
Eine untergeordnete, aber für die EU strategisch wichtige Rolle für die Magnesiumversorgung spielt Österreich, das im Recycling von Magnesiumschrott aktiv ist.
30 Prozent des Magnesiumsbedarf werden über Recycling abgedeckt.
Aluminium und Zink können Magnesium in Guss- und Schmiedeprodukten ersetzen.
Das relativ geringe Gewicht von Magnesium ist in den meisten Anwendungen ein Vorteil gegenüber Aluminium und Zink in Guss- und Schmiedeprodukten; die hohen Kosten sind jedoch im Vergleich zu diesen Ersatzstoffen nachteilig.
Zur Entschwefelung von Eisen und Stahl kann Calciumcarbid anstelle von Magnesium verwendet werden. Magnesium wird zur Entschwefelung von Eisen und Stahl Calciumcarbid vorgezogen, da Calciumcarbid in Gegenwart von Wasser Acetylen produziert.
Aluminiumoxid, Chromit und Siliciumdioxid ersetzen Magnesiumoxid in einigen feuerfesten Anwendungen.
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