yandex.metrica
Металлургия магния

Способы получения магния

Металлический магний впервые получил Деви в 1808 г. Он подвергал электролизу с ртутным катодом водный раствор соли магния и получил сплав ртути и магния – амальгаму. Испарением ртути удалось выделить небольшое количество металла, сильно загрязненного примесями.

Позднее Бунзен (1852 г.) выделил магний электролизом расплавленного хлорида, и на основе этого в 1908 г. было начато промышленное производство магниевых сплавов.

Электролиз расплавленного хлорида

Способ электролиза расплавленного хлорида MgCl2 или расплава MgCl2 и KCl стал теперь основным в мировой практике. Для этого применяется ванна из огнеупорного кирпича в стальном кожухе. В середине ванны установлен графитовый анод, а по бокам – два стальных катода. Хлористый магний плавится при 718 ºС, расплав его состоит из ионов Mg2+ и Cl .

Ионы разряжаются на катоде:

Mg2+ + 2e → Mg.

Магний выделяется в жидком виде (температура плавления 651 ºС) и всплывает в электролите, собираясь на его поверхности; плотность жидкого магния около 1,47 кг/м3, а плотность жидкого MgCl2 1,68 кг/м3.

На аноде выделяется хлор:

2Cl — 2e → Cl2;

пузырьки его также всплывают в электролите. Магний и хлор не должны встречаться: это привело бы к сгоранию магния в хлоре:

Mg + Cl2 → MgCl2.

Для разделения продуктов электролиза в ванне устанавливают керамические перегородки – диафрагмы. Чтобы предупредить потери хлора и окисление магния кислородом воздуха, ванну закрывают керамической крышкой.

Присутствие в расплаве хлоридов щелочных металлов – калия и натрия – не изменяет ход электролиза: напряжение разложения этих солей выше, поэтому калий и натрий не выделяются на катоде вместе с магнием. Присутствие в расплаве даже небольших количеств воды вредит электролизу, так как хлористый магний при этом гидролизуется:

MgCl2 + H2O → MgO + 2HCl.

Окись магния выпадает в осадок и образует на дне ванны нежелательный для процесса шлам. Подобное действие оказывают примеси сульфата на восстановленный магний:

Mg + MgSO4 → 2MgO + SO2.

Примеси железа восстанавливаются легче магния и загрязняют его. Поэтому для производства магния электролизом нужен безводный его хлорид, не содержащий остаточной воды, сульфата и железа. Безводный хлористый магний можно получить обезвоживанием природных солей – бишофита MgCl2 · 6H2O и карналлита либо хлорированием магнезита.

Соли обезвоживают сушкой и переплавкой. Для хлорирования природный MgCО3 обжигают при температуре около 700–800 ºС, превращая его в каустический магнезит по реакции

MgCО3 → MgO + CO2.

Каустический магнезит смешивают с углем, брикетируют и обрабатывают хлором. Безводный хлористый магний получается в результате реакции

MgO + Cl2 + C →MgCl2 + CO.

Получение хлористого магния из магнезита бывает выгоднее обезвоживания солей, если для этого можно использовать хлор, получаемый при электролизе карналлита.

Поэтому для производства магния электролизом расплавленного хлорида требуется предварительное получение из природного сырья достаточно чистого безводного хлористого магния.

Термические способы получения магния

Углетермический способ основан на реакции

MgO + C ↔ Mg + CO.

Окись магния смешивают с мелким нефтяным коксом и брикетируют. Брикеты нагревают в среде водорода, предупреждающего доступ воздуха, в электрической печи при температуре около 2500 ºС. Магний получается в виде паров, смешанных с окисью углерода.

Выходящую из печи газовую смесь быстро охлаждают до 120 ºС, смешивая с большим количеством водорода или природного газа. Резкое охлаждение необходимо для «закаливания» газов, предупреждающего обратную реакцию – окисление паров магния окисью углерода. Магний конденсируется в тонкую пыль; ее улавливают из газов пылеуловителями и подвергают дистилляции в вакууме, получая твердый металл.

Для углетермического способа требуется сложная дорогая аппаратура, и он взрывоопасен: мелкая пыль магния склонна к самовозгоранию. Поэтому в современной практике этот способ применяется редко.

Силикотермический способ требует меньших температур и более простого оборудования. По этому способу окись магния восстанавливают в вакууме ферросилицием – сплавом железа и кремния.

В герметичных стальных ретортах, обогреваемых электричеством или газом до 1160–1170 ºС, нагревают брикеты из тщательно перемешанных порошков каустического доломита и ферросилиция. Каустический доломит – смесь окислов CaO и MgO для силикотермического способа удобнее, чем чистая окись магния: входящая в доломит окись кальция способствует восстановлению.

Каустический доломит получают обжигом природного доломита при 1000–1100 ºС в трубчатых вращающихся печах.

В реторте протекает реакция

2MgO + 2CaO + Si(Fe) → Ca2SiO4 + 2Mg + Fe.

Магний удаляется в виде паров, а в реторте остаются полурасплавленный остаток силиката кальция и железо. Пары магния, охлаждаясь в конденсаторе, дают кристаллический осадок металла.

Этот способ сложен и дорог из-за большого расхода реторт. Реторты даже из дорогой хромоникелевой стали недолговечны. Силикотермический способ применяют в том случае, если отсутствуют месторождения хлоридов магния.

0

Нажмите здесь, чтобы оставить комментарий