Kinetic and Safety Investigation of Magnesium Oxidation

Recenti studi hanno evidenziato il potenziale utilizzo del magnesio come energy carrier, richiedendo lo sviluppo di meccanismi cinetici e leghe speciali per ottimizzare la progettazione e la sicurezza dei processi di lavorazione e stoccaggio. Pertanto, il presente lavoro di tesi ha il fine di sviluppare un modello cinetico di ossidazione e nitrurazione del magnesio e di condurre uno studio di sicurezza su scarti di lavorazione (chips) di leghe ad elevato contenuto di magnesio (ZAX210). Nello specifico, sono state testate sperimentalmente polveri di magnesio di diversa granulometria mediante analisi termogravimetriche (TGA) sotto diversi ambienti reattivi, che hanno rivelato una reattività spiccata in aria, blanda in CO₂ e N₂. Si è visto che il modello di Avrami-Erofeev è il più adatto per descrivere l’ossidazione in aria, ottenendo un valore di energia di attivazione pari a 293 kJ/mol, in linea con i dati di letteratura. Successivamente, sono state svolte prove al calorimetro a cono per determinare l’infiammabilità dei campioni di polvere e l’intensità di fiamma, rivelando un Fire Growth Index decrescente con la granulometria e la presenza sia di prodotti di ossidazione che di nitrurazione, confermata da analisi chimiche e strutturali dei residui. Infine, le prove all’aperto hanno mostrato una scarsa reattività a scariche elettriche e superfici calde solo nel caso delle chips. Infine, si è osservato che l’emissione di luce ultravioletta e la lunga durata della fase di smoldering sono aspetti critici nella gestione dell’incendio, mentre la velocità di propagazione della fiamma è minore per le chips rispetto alle polveri, indicando la rilevanza degli aspetti termici e diffusivi nel fenomeno di innesco. I dati raccolti e i modelli sviluppati nel presente lavoro supportano una opportuna gestione e ottimizzazione dei processi di ossidazione del magnesio e delle sue leghe.