Энциклопедия Кольера - магниевая промышленность

Магниевые руды. Магний широко распространен в природе и составляет около 2% земной коры. Из 60 с лишним источников иона магния на поверхности и в недрах земли в качестве сырья для промышленного производства металлического магния используются только шесть: брусит (гидроксид магния), карналлит (гексагидрат двойного хлорида магния и калия), доломит (двойной карбонат кальция и магния), магнезит (карбонат магния), озерные и скважинные (пластовые) воды и морская вода, в которой содержится 0,13% хлорида магния. Для электролитического процесса использовались также раствор хлорида магния, являющийся отходом производства поташа, и выпарная морская соль.

Ресурсы. Ресурсы для производства магния буквально неисчерпаемы. Практически в любой стране имеются большие запасы доломита. Крупные залежи магнезита найдены в Австралии, Греции, Испании, Италии, Канаде, КНР, Мексике, странах СНГ, США, Югославии и других странах. Широко распространен также карналлит, который используется в производстве магния только в странах СНГ.

ПРОИЗВОДСТВО

Магний получают двумя основными способами: электролизом расплавленного хлорида магния и термическим восстановлением оксида магния.

Электролитический способ. Существуют четыре электролитических процесса, различающихся способами получения исходного хлорида магния, но во всех случаях сырьем служит карналлит, содержащий шесть молекул воды. Первые четыре молекулы удаляются нагреванием на воздухе, однако при дальнейшем нагревании образуются нежелательные оксиды и оксихлориды. Полное обезвоживание достигается разными методами. По технологии фирмы "Доу" обезвоживание завершается отделением остаточной воды в электролизере. При этом растворяется анод, в шламе электролизера образуется оксид магния, и выделяется влажный хлор. Магниевые заводы в России, Украине и Казахстане работают на обезвоженном карналлите. На первой стадии обезвоживания распылительной сушке без гидролиза удаляются четыре молекулы воды из шести. Полученный продукт может транспортироваться по пневможелобам и не слеживается при перевозке в закрытых товарных вагонах на дальние расстояния. Окончательное обезвоживание осуществляется плавлением и хлорированием на металлургических заводах. Исходным продуктом для процесса фирмы "И. Г. Фарбениндустри" служит кальцинированный с каустиком оксид магния высокой чистоты, который может быть получен разными способами. Этот оксид хлорируется непосредственно в присутствии углерода, что дает обезвоженный хлорид магния для электролизера. Все три отмеченных процесса требуют использования хлора, являющегося побочным продуктом электролиза. По технологии фирмы "Норск гидро" хлорид магния сначала обрабатывается в распылительных сушилках для удаления основной массы воды. Окончательное обезвоживание осуществляется в грануляционной башне в атмосфере сухих паров соляной кислоты. Электролизеры, конструкции которых весьма разнообразны, могут быть разделены на два основных типа: фирмы "Доу" в виде нефутерованной стальной ванны с наружным подогревом, способной сохранять расплав в жидком состоянии при отключении электроэнергии, и фирмы "И.Г. Фарбениндустри" с внутренним подогревом.

Металлотермический способ. В промышленности применяются три разных процесса термического восстановления. Все они периодические, вакуумные, основаны на использовании ферросилиция в качестве восстановителя, для двух из них исходным материалом служит доломит. Процесс Пиджона проводится в реторте малого диаметра с внешним подогревом, которая дает около 120 кг магния в сутки. Заводы с технологией Пиджона имеются в Канаде, Японии и Индии. В процессе Больцано, применяемом в Италии и Бразилии, используется нагреваемая изнутри электропечь, которая дает свыше 2 т металла в сутки. Процесс "Магнетерм" отличается от двух предыдущих тем, что позволяет периодически удалять без нарушения вакуума расплавленный шлак, увеличивая тем самым объем плавки. Печь сопротивления нагревается изнутри, для разжижения шлака вводится флюс из оксида алюминия, и размер суточной плавки достигает 11 т. Процесс "Магнетерм" применяется в США, Франции, Югославии и Японии.

Вторичный магний. Магний легко регенерируется, причем на это затрачивается лишь 5% энергии, необходимой для получения первичного металла из природного сырья. В США ежегодно регенерируется более 50 000 т магния, из которых 80% используется в сплавах на основе алюминия, а 20% в сплавах на основе магния. Из магниевых сплавов на основе алюминия делаются банки для напитков.

ПРИМЕНЕНИЕ

Все виды промышленного применения магния можно разделить на конструкционные и неконструкционные. Конструкционные это изготовление деталей автомобилей, самолетов и других промышленных изделий. На них идет около 20% поставляемого промышленностью магния. В неконструкционных видах применения магний сплавляется, например, с алюминием или используется в качестве реагента для десульфуризации чугуна и стали. На это идет около 80% промышленных поставок магния.

Конструкционные виды применения. Магний пригоден для литья и обычных методов металлообработки. Как и большинство других металлов, он нуждается в легировании для повышения прочности и твердости. В качестве легирующих элементов магния чаще всего применяются алюминий, цинк, марганец, кремний, цирконий и редкоземельные металлы. Магний отличается очень хорошими литьевыми свойствами. В автомобильной промышленности из магния отливаются крышки клапанных механизмов, картеры сцепления, колеса, картеры ведущего моста, карбюраторы, каркасы сидений, приборные доски и фланцы воздушных фильтров. Неавтомобильные применения охватывают широкий спектр изделий, от компьютерных компонентов до рукояток спортивных луков. Малая плотность магния особенно важна в авиационно-космических деталях, которые изготавливаются литьем в песчаные формы и по выплавляемым моделям. Детали, работающие при высоких температурах, изготовляются из сплавов магния с цирконием, серебром, иттрием и редкоземельными металлами. Типичные изделия такого рода картеры коробок передач и редукторов, каркасы кабины экипажа, воздухозаборники и механизмы реверса тяги. Магний применяется также в виде изделий и полуфабрикатов, обрабатываемых давлением, таких, как выдавленные профили, поковки, листовой и толстолистовой прокат. Из такой продукции изготовляются самые различные изделия, от хлебопекарных стеллажей и теннисных ракеток до инструментов для отделочной обработки бетона и оболочек ядерных тепловыделяющих элементов.

Неконструкционные виды применения. Сравнительно небольшие добавки магния повышают прочность и коррозионную стойкость алюминия. Поэтому магний широко используется в качестве легирующего элемента для алюминия. Магний играет важную роль в процессах десульфуризации чугуна и стали. Сера ухудшает свойства стали. У магния же высокое сродство к сере, и поэтому при добавлении его к расплавленному чугуну содержание серы в чугуне резко понижается. Магний применяется и в производстве чугуна с шаровидным графитом. Такой чугун получают, добавляя в расплав небольшое, но точно известное количество магния; при этом графит в чугуне образует не пластинчатые чешуйки, а сферические включения, вследствие чего отливки приобретают повышенные прочность и пластичность. Литой чугун с шаровидным графитом применяется для изготовления деталей автомобилей и сельскохозяйственной техники, труб и трубопроводной арматуры. Магний используется в качестве восстановителя в производстве бериллия, титана, циркония, гафния и урана. В электрохимии он широко применяется в качестве растворимого (расходуемого) анода для предотвращения коррозии стали в подземных складских резервуарах, трубопроводах и бытовых водонагревателях. Благодаря высокой долговечности при хранении он применяется также в аварийных электрических аккумуляторах и активируемых морской водой радиогидроакустических буях. И наконец, он применяется в качестве одного из химикатов для реакций Гриньяра в производстве фармацевтических препаратов, духов и тетраметилсвинца присадки к бензину.

См. также

Сплавы;

Магнезит;

Магний;

Минеральные Ресурсы;

Сварка.

ЛИТЕРАТУРА

Производство магния и титана. М., 1970 Сандлер Р.А., Ратнер А.Х. Физическая химия процессов производства магния. Л., 1978