Получение магния на производстве это процесс где получается металл заданной чистоты, каждая марка сплава соответствует ГОСТ, изменение которого может производить только изготовитель, но он обязан предоставить документацию по изменению.
Как и другие металлы магний получают из его минералов (магнезит, доломит, бишофит и т.д.).
Что такое получение магния на производстве
Это очень сложный технологический процесс, который проходит много стадий от добычи минералов (руд), их обогащения, если требует процесс переход от одного состояния в другое (например MgCl2).
Основной метод получения магния электролитический, делиться на два вида: диафрагменные и бездиафрагменные.
Диафрагменные представляют собой в футерованном металлическом кожухе диафрагменного электролизера установлено пять — шесть параллельно включенных электролитических ячеек, в которых верхняя часть анодного и катодного пространства разделено диафрагмой.
Бездиафрагменные отличительная особенность конструкции электролизера заключается в том, что она имеет несколько (1—3) рабочих (электролизных) ячеек.
В которых установлено большое число вертикальных анодов и двухсторонне работающих катодов, и только одна или две сборные ячейки для извлечения магния, шлама и загрузки сырья.
Сборные ячейки отделены от рабочих огнеупорными шторами (перегородками), которые погружены в электролит.
Если чистота не выдерживает ГОСТ, этот материал подвергают рафинирование магния флюсами.
Интересный факт: поверхность магния всегда покрыта прочной оксидной плёнкой. Если нагреть её до примерно +600 градусов, плёнка будет разрушена, а сам металл сгорит в ослепительной белой вспышке.
Флюсы в процессе рафинирования выполняют две основные функции.
- Очищают магний от неметаллических примесей, захватывая их и осаждая на дно тигля.
- Наиболее важная функция,— предохранение расплавленного магния от контакта с воздухом.
Эти флюсы фактически не оказывают влияния на снижение содержания металлических примесей в магнии.
Для снижения содержания некоторых металлических примесей, в особенности железа и кремния, в промышленности применяют титановый флюс, а в качестве флюса— губчатый титан или низшие хлориды титана.
Распространенные минералы магния
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 выше, 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.
Интересный факт: применяется как металл для изготовления высокоёмких батарей, то есть попросту аккумуляторов.
Физико-химические свойства магния
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.
Важнейшие 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
Теплопроводность 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).
Интересный факт: первое в мире место по производству магния занимает Китай, он производит больший его объём, чем все остальные страны, вместе взятые. Но ещё в конце XX века лидерство с более чем 45% мирового производства удерживали Соединённые Штаты.
История применения получения магния
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 бывшем 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.
Интересный факт: в воде морей и океанов растворено больше магния, чем находится на суше в виде залежей. А в соляных озерах его еще больше.
Применение магния
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.
Химический состав магния в чушках таблица (по ГОСТ 804—72)
МГ 96 — Mg — 99,6, — Fe — 0,004, Si — 0,005, Ni — 0,002, Cu — 0,002, Al — 0,006, Mn — 0,004, C — 0,003.
МГ 95 — Mg — 99,5, — Fe — 0,004, Si — 0,005, Ni — 0,0007, Cu — 0,003, Al — 0,007, Mn — 0,01, C — 0,005.
МГ 90 — Mg — 99,90, — Fe — 0,04, Si — 0,01, Ni — 0,001, Cu — 0,005, Al — 0,02, Mn — 0,04, C — 0,005.
Примечания:
- 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%.
- С согласия потребителя в магнии марки МГ 90 допускается содержание железа не более 0,05%, никеля не более 0,002%.
Магниевые сплавы
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.
Быстрые ответы?
Земная кора богата магнием – в ней содержится более 2,1% этого элемента. Лишь шесть элементов периодической системы встречаются на Земле чаще магния. Он входит в состав почти двухсот минералов. Но получают его в основном из трех – магнезита, доломита и карналлита.
Металлический магний и чистый оксид магния получают углеродотермическим восстановлением исходного материала, например оксида магния, содержащего незначительные количества оксидов Fe, Si, Ca и Al и или магнийсиликатных минералов, например оливина, при давлении ниже атмосферного.
Это электролиз расплава смеси безводных хлоридов магния MgCl2 (бишофит), натрия NaCl и калия KCl. В этом расплаве электрохимическому восстановлению подвергается хлорид магния: MgCl2 (электролиз) = Mg + Cl2.