マグネシウムは今日使われている最も軽い構造金属で、アルミニウムより約30%軽く、一般に合金で使われます。 純粋なマグネシウムは溶けると激しく燃えますが、マグネシウム合金は融点が高く、自動車や航空機産業で広く使われています。
マグネシウムの用途
マグネシウムは（鉄とアルミに続いて）建築で3番目に多く使われる金属です。
世界のマグネシウム生産量の70％近くは、密度が非常に低く、比較的高い強度と優れた加工性を持つ合金を作るために使用されています。 これらの合金は、アルミニウム、亜鉛、マンガン、シリコンなどの元素を、合金の加工方法に応じてさまざまな量で含んでいます。
これらの合金の半分は、約90％のマグネシウムを含むダイカストの材料として使われています。 ハンドルコア、ギアボックスケーシング、ダッシュボード構造、ラジエーターサポートなどの自動車部品は、高圧ダイカストマグネシウム合金で作られることが多いです。
一部の合金では、合金を強くするためにジルコニウムや希土類元素が添加されています。 このグループの合金は、通常、ヘリコプターのギアボックスやジェットエンジンの補助ギアボックスなどの部品に砂型で鋳造されます。 一部の高性能自動車はマグネシウム合金で作られており、カメラのケースもそうです。
合金に使われるマグネシウムのもう半分は、アルミニウム産業で合金添加物として使用されています。 この合金は包装、特に飲み物（飲料）の缶や食品を保護するためのホイルに使われています。
米国で製造されている飲料用金属缶のほとんどは、アルミニウムに約5％のマグネシウムと少量の他の元素を加えた合金でできています。 ヨーロッパやアジアでは、金属缶は約50％の鉄と50％のアルミニウム合金を含み、上部はアルミニウム合金です。
マグネシウム合金は犠牲陽極としても使用されます。 反応性の低い金属と接続すると、マグネシウムは電気電池の陽極となり、他の金属よりも優先的に腐食します。 これは鋼鉄船の船体や石油プラットフォーム、パイプラインの水中構造を腐食から守るために使われます。
マグネシウムのもう一つの非常に重要な用途は、チタンの製造です。 世界のマグネシウム生産量の約10％がこの方法で使用されています。
さらに10％は、大型ビルや橋などの建築用の高級鋼の製造に使用されています。 マグネシウムは溶けた状態で溶鉄に加え、化学反応によって硫黄を除去し、硫化マグネシウムのスラグをすくい取る。
マグネシウムの年間生産量
これらの数字は、鉱石からの一次生産であり、リサイクル材料からの二次生産は含まれていません。
| 世界 | ||
| 中国 | ||
| 米国 | 910 000トン1 | 70 000トン2 |
| ロシア | 30 000トン1 | |
| イスラエル25 000トン1 | ||
| カザフスタン | 20 000トン1 |
データ出典。
1 U.S. Geological Survey, Mineral Commodity Summaries, 2016.
2 Last available figures is 2012 (Minor Metals Trade Association, 2012)
1993年、中国のマグネシウム生産量はごくわずか（約 5%）でしたが、20年後の現在、中国は世界のマグネシウムの90%近くを生産しています。 適切なマグネシウム鉱石が豊富に埋蔵されているにもかかわらず、マグネシウム合金を使った製品の需要が高まったのは、急激な経済成長によるものでした。 その結果、多くの国で工場が閉鎖されることになったのです。 製造工程で非常に多くのエネルギーを使用するため、多くの国で生産が不経済になったのです。 西ヨーロッパでは現在生産されていません。
マグネシウムの製造
マグネシウムは海水（約1.3 kg m-3 マグネシウム）や自然の塩水中に溶けています。 また、鉱石であるマグネサイト（MgCO3）やドロマイト（MgCO3・CaCO3）にも広く含まれています。
マグネシウムは主に2つの方法で生産されています：
a) 酸化マグネシウムの熱還元
b) 塩化マグネシウムの電解
中国で生産が拡大する前は、電気エネルギーの比較的安い国では電解が生産方法としてより一般的なものでした。
(a) 熱還元法
ドロマイト鉱石を砕き、キルンで加熱して、マグネシウムとカルシウムの酸化物の混合物を生成します。 還元剤はフェロシリコン（鉄とシリコンの合金）で、砂をコークスと鉄くずで加熱して作られ、通常約80％のシリコンを含んでいます。
酸化物は粉砕したフェロシリコンと混合し、ブリケットにして反応器に投入されます。 スラグの融点を下げるためにアルミナが加えられることもある。 反応は真空に近い超低圧下、1500〜1800Kで行われる。 この条件下でマグネシウムは蒸気として生成され、鋼鉄で裏打ちされた凝縮器で約1100Kまで冷却して凝縮され、その後除去されてインゴットに鋳造される。 しかし、発生したマグネシウムの蒸気を除去することにより、反応は完了する。 シリカは酸化カルシウムと結合し、溶融スラグであるケイ酸カルシウムを形成します。
このプロセスは、電解プロセスからよりもわずかに高い、最大99.99％の純度のマグネシウムを与えます。
このプロセスには2つの段階があります：
i) 海水または塩水からの純粋な塩化マグネシウムの生産
ii) 溶融塩化マグネシウムの電解
(i) 海水または塩水からの純粋な塩化マグネシウムの生産
海水を原料として、高温加熱により混合酸化物に変換されたドロマイトで処理されます。 水酸化マグネシウムが析出し、水酸化カルシウムは溶液のままである。 水酸化マグネシウムはろ過され、加熱すると容易に純粋な酸化物を形成する。
塩化マグネシウムへの変換は、炭素と混合した酸化物を、電気炉で高温の塩素の流れの中で加熱することによって行われる（図1）
図1 酸化マグネシウムからの塩化マグネシウム製造の説明。
塩化マグネシウムに富む塩水がマグネシウム源である場合、溶液は種々の不純物を除去するための処理を受け、残った塩化マグネシウム溶液は数段階に分けて蒸発により濃縮される。
最後の脱水は、塩化マグネシウムの加水分解を避けるために塩化水素ガスの存在下で行わなければならない：
マグネサイトを用いた新しいプロセスが開発中である。 鉱石の小片を一酸化炭素の存在する電気炉で塩素と一緒に加熱して、直接溶融塩化マグネシウムに変える。
(ii) 溶融塩化マグネシウムの電気分解
得られた無水塩化マグネシウムを、溶かすのに十分熱い電解槽（図2）に連続的に供給する。
電気分解すると、マグネシウムと塩素が発生する。
図2塩化マグネシウムの電気分解の様子
溶けた金属は取り出してインゴットに鋳込む。 塩素ガスは塩素化炉にリサイクルされます。
二次生産
年間使用されるマグネシウム全体のうち、リサイクルによるものはわずか約3％、推定23000トンにすぎません。