Страницы Список страниц 21 22 23 24 25 · · ·  32                    

Раздел второй

ПРОИЗВОДСТВО МАГНИЯ

Глава XIV

СВОЙСТВА И ПРИМЕНЕНИЕ МАГНИЯ

1. Общие сведения

Впервые магний был выделен Г. Деви из оксида магния в 1808 г. В последующие годы большинство исследователей получали магний восстановлением хлорида магния парами натрия или калия. В шестидесятых годах: прошлого столетия работали небольшие заводы во Франции, Англии и США по получению магния: химическим путем. В 1830 г. М. Фарадей получил первый электролитический магний, подвергнув электролизу расплавленный хлорид магния. К концу XIX века почти полностью была разработана технология электролитического способа производства магния и начато его промышленное-освоение сначала в Германии, а затем и в других странах. В настоящее время около 80% магния за рубежом и весь магний в СССР получают электролизом хлоридных расплавов.

В нашей стране первые исследования по получению магния были начаты в 1914—1915 г. в Петербургском политехническом институте под руководством П. П. Федотьева. В годы первой пятилетки начались систематические работы над созданием промышленной технологии и аппаратов для электролитического производства магния. В 1935—1936 гг. были пущены первые два магниевых завода. Большой вклад в развитие советской магниевой промышленности внесли научно-исследовательские и конструкторские работы, выполненные в ВАМИ, ГИПХ, УНИХИМ, ЛПИ, в ряде других институтов,, а также работниками первых магниевых заводов. Производство магния в Советском Союзе непрерывно увеличивается, совершенствуется технология, создаются более производительные конструкции аппаратов, повышается уровень механизации и автоматизации.

Магний принадлежит к группе элементов, наиболее распространенных в земной коре; он составляет 2,35% ее массы. Благодаря высокой химической активности магний в природе встречается только в связанном виде.

Таблица 14. Распространенные минералы магния

Минерал Химическая формула  Содержание магния, %

(по массе)

Магнезит MgCO3 28,8
Доломит MgCO3·CaCO3 13,2
Бишофит MgCl2·6H2O 12,0
Карналлит MgCl2·KCl·6H2O 8,8
Кизерит MgSO4·H2O 17,6
Каинит MgSO4·KCl·3H2O 9,8
Лангбейнит 2MgSO4·K2SO4·H2O 11,7
Змеевик 2MgO·2SiO2·2H2O 26,3
Оливин MgSiO4 34,6
Брусит Mg(OH)2 41,6

Наиболее часто встречающиеся минералы магния приведены в табл. 14, большинство из них является породообразующими. Часть магния, в основном в виде хлоридов и сульфидов, содержится в морской воде и в воде соляных источников и озер; около 3,7% общего количества магния, содержащегося в земной коре, находится в морской воде.

2. Физико-химические свойства

Магний — химический элемент второй группы периодической системы элементов Д. И. Менделеева; порядковый номер 12, атомная масса 24,305. Во внешнем М-слое атома магния находятся два электрона на 3s —-орбитали. Во всех устойчивых соединениях степень окисления магния +2, однако, при определенных условиях возможно образование субсоединений магния (степень окисления магния +1). Магний—металл серебристо-белого цвета, обладающий гексагональной решеткой с плотной упаковкой. Ниже приведены важнейшие физико-химические свойства магния.

Плотность, г/см3 при 20 °С (чистота 99,9%)  1,74

То же при температуре плавления……. 1,59

Температура плавления, °С………. 650 ±1

Температура кипения, °С……….. 1107±3

Теплота плавления, кДж/моль……… 8,96±0,21

Теплота испарения, кДж/моль:

при 1107 °С …………… 133,98±2,1

при 25 °С…………….. 145,7±2,9

Теплота сублимации, кДж/моль:

при 650 °С …………… 146,5±0,8

при 25 °С……………. 149,1 ±1,3

Энтропия при 25°С, кДж/(моль·К) …… 32,53

Теплопроводимость при 20 °С, Вт/(моль·К) …. 157

Удельное электрическое сопротивление при 20 °С,

мкОм-см …………….. 4,45

Нормальный потенциал, В………. 2,38

Электрохимический эквивалент, г/(А· ч)….. 0,454

Удельная теплоемкость твердого магния от 273 К до температуры плавления выражается формулой, Д ж/(моль·К):

СрТВ = 22,32 + 10,26 · 10-3 Т — 0,43·105Т-2

Удельная теплоемкость жидкого магния, Дж/(моль·К):

Срж=33,15±0,83.

При нормальной температуре на воздухе магний медленно окисляется, покрываясь тонкой пленкой оксида. С повышением температуры скорость окисления магния увеличивается и особенно быстро—при температуре свыше 350 °С. Заметное влияние на скорость окисления магния оказывает влага, содержащаяся в воздухе. В слитках или изделиях магний не огнеопасен, но легко загорается в расплавленном и порошкообразном состоянии. С кипящей водой магний взаимодействует с выделением водорода и с образованием студенистого осадка гидроксида. Магний интенсивно растворяется но всех минеральных кислотах, кроме плавиковой и хромовой. В растворах едких щелочей магний химически стоек вплоть до температуры кипения. Энергично магний взаимодействует с галогенами, особенно при нагревании, давая соответствующие соединения. На коррозионную стойкость магния сильное влияние оказывают примеси, в особенности железо, никель, медь, а также хлориды.

Содержание наиболее вредных примесей в выпускаемом магнии ограничивается стандартом (табл. 15).

3. Применение магния и его сплавов

История развития металлургии магния характеризуется сильными колебаниями масштабов его производства. Особенно сильно расширялось производство магния в годы первой и второй мировых войн. Это объясняется тем, что главным потребителем магния служила военная промышленность. За последнее десятилетие производство и потребление магния постепенно растет, все более широко используется магний и его сплавы в гражданской промышленности. Этому способствуют большие успехи, достигнутые в создании новых сплавов на основе магния, обладающих высокой механической прочностью, химической стойкостью и жаропрочностью.

Таблица 15. Химический состав магния в чушках (по ГОСТ 804—72)

Марки магния магний

не менее

Примеси, %, не более
Fe Si Ni Сu Аl Mn C сумма регламентируемых примесей
МГ 96

МГ 95 МГ90

99,96 99,95 99,90 0,004 0,004 0,04 0,005 0,005 0,01 0,002

0,0007

0,001               

0,002 0,003 0,005 0,006 0,007 0,02 0,004

0,01

0,04             

0,003 0,005 0,005 0,03

0,035

0,1

Примечания: 1. Содержание примесей, не вводимых в сумму регламентируемых, определяется предприятием-изготовителем периодически и, должно быть не более: натрия в магнии всех марок 0,01%, калия в магнии всех марок 0,005%, титана в магнии всех марок 0.014%.

2. С согласия потребителя в магнии марки МГ 90 допускается содержание железа не более 0,05%, никеля не более 0,002%.

Магниевые сплавы обладают хорошими литейными свойствами, легко поддаются механической обработке и сварке. Они немагнитны и не дают искры при ударах. Эти свойства наряду с невысокой плотностью позволяют использовать магниевые сплавы в авиационной и автомобильной промышленности, в приборостроении и машиностроении. Магний благодаря его высокой восстановительной способности все больше применяется при получении редких металлов, (титана, циркония, урана и т. д.), а также бора и мышьяка. Магний и его сплавы применяют для изготовления протекторов,, защищающих стальные сооружения (трубопроводы, различные резервуары, корпуса морских судов и т. д.) от коррозии, и электродов в гальванических элементах. Имеются сведения о применении. магния в космической технике, в производстве искусственных спутников и ракет. В черной металлургии магний используют в качестве раскислителя в производстве некоторых сортов стали и для десульфурации и модифицирования чугуна.

Порошки из магния и его сплавов применяют в пиротехнике, а также в качестве высококалорийного горючего в ракетах.

В химической промышленности порошкообразный магний применяют для обезвоживания органических соединений и для получения сложных органических препаратов. Соединения магния широко используются в различных областях народного хозяйства.

23

22 24