Производство магния ВЫПОЛНИЛ: МУСАБЕКОВ С. Т. ПРОВЕРИЛА: ШАХОВА С. С.
ПРОИЗВОДСТВО МАГНИЯ Магний широко применяют в виде сплавов с алюминием, цинком и марганцем для изготовления деталей авиационных и автомобильных двигателей. Магниевые сплавы обладают хорошими литейными свойствами, что дает возможность получать из них сложные отливки. Сплавы магния легко поддаются свариванию и обработке резанием. Основными видами сырья для производства магния являются магнезит, доломит, карналлит и бишофит. Главной составляющей магнезита является Mg. CO 3, а доломита Са. СО 3 • Mg. CO 3. Карналлит — это природный хлорид магния и калия Mg. Cl 2 • КСl • 6 Н 2 O. Бишофит (Mg. Cl 2 • 6 Н 2 O) получается при переработке карналлита или выпаривается из воды соленых озер и морей. Наиболее распространен в настоящее время электролитический способ производства магния, при этом Mg в процессе электролиза получается из вводимого в электролит хлорида Mg. Cl 2. Технология производства магния этим способом включает три стадии: получение безводного хлорида магния Mg. Cl 2, электролиз с выделением из хлорида жидкого магния, рафинирование магния.
ТРИ СПОСОБА ПОЛУЧЕНИЯ ХЛОРИДА МАГНИЯ Первый способ — обезвоживание карналлита Mg. Cl 2 • KCl • 6 Н 2 O. Процесс осуществляют в две стадии. Первую проводят, нагревая карналлит в трубчатых вращающихся печах или печах кипящего слоя. Вторую — в основном в печах-хлораторах, имеющих плавильную камеру, где карналлит расплавляют при температурах 550— 600 °С; две хлорирующие камеры, где продувкой хлором примеси (Mg. O) переводят в Mg. Cl 2 и копильник расплава (миксер). На некоторых заводах вторую стадию проводят в электрических печах сопротивления, где карналлит расплавляют при температуре ~500°С и сливают в миксер. В обоих случаях жидкий карналлит сливают из миксеров в ковш и везут в электролизный цех. Обезвоженный карналлит содержит, %: Mg. Cl 2 47 -52; KCl 40 -46; Na. Cl 5 -8.
Второй способ производства хлорида магния заключается в хлорировании магнезита или оксида магния, получаемого путем предварительного обжига магнезита. Процесс ведут в шахтных электрических печах. В нижней части (рис. 1) расположены в два ряда электроды 2; между ними находятся угольные брикеты, которые при прохождении электрического тока нагреваются до ~ 750 °С. Шихту загружают сверху, через фурмы 7 вдувают хлор. У фурм происходит хлорирование оксида магния: Mg. O + Сl 2 + С = Mg. Cl 2 + СО. Хлористый магний плавится и скапливается на подине, периодически его выпускают в ковш и транспортируют в электролизный цех. Третий способ — это получение Мg. Сl 2 в качестве побочного продукта в процессе восстановления титана магнием из Ti. Cl 4 (см. ниже). Этот жидкий хлорид магния направляют в магниевое производство (Mg и титан обычно производят на одном предприятии).
ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОЕ ПОЛУЧЕНИЕ МАГНИЯ Электролитическое получение магния осуществляют в электролизере. Анодами служат графитовые пластины 7, а катодами — стальные пластины 2. Удельная плотность магния меньше удельной плотности электролита, и поэтому магний всплывает. Хлор, выделяемый на аноде, тоже всплывает. Чтобы избежать взаимодействия хлора с Mg, а также короткого замыкания анода и катода расплавленным магнием, вверху устанавливают специальную разделительную диафрагму 3. Электролит состоит из Мg. Сl 2 (5— 17 %), KCl, Na. Cl и добавок Са. F 2 и По мере расходования Мg. Сl 2 в электролизер периодически заливают жидкие карналлит либо хлористый магний. Электролиз ведут при 670— 720 °С. На катоде выделяется магний: Мg 2+ + 2 е —>на аноде — газообразный хлор 2 Cl- — 2 е —> Cl 2. Из электролизера откачивают хлор и 2— 3 раза в сутки с помощью вакуум-ковшей с электрообогревом извлекают жидкий магний. В последнее время наряду с описанными выше диафрагменными электролизерами применяют бездиафрагменные. Рафинирование магния осуществляют отстаиванием в печах, возгонкой или электролизом. Наиболее распространен первый способ, заключающийся в выдержке магния в печах сопротивления под слоем флюса. При этом происходит отстаивание (переход в осадок) запутавшихся в расплаве частиц электролита и шлама. Рафинирование возгонкой осуществляют путем испарения магния в вакууме при 900 °С. Испаряющийся чистый Mg осаждается в конденсаторе. Электролитическое рафинирование магния схоже с аналогичным процессом рафинирования алюминия по трехслойному методу. В электролизере внизу у анода находится слой рафинируемого магния, выше — слой электролита, а над ним у катода накапливается чистый магний. Применяют также термические способы производства магния с использованием в качестве восстановителя С, Si или Са. С 2. Из них проще силикотермический способ, при котором пользуются специальными ретортами из хромоникелевой жаропрочной стали, помещаемыми в электропечь, отапливаемую газообразным топливом. В качестве сырья лучше всего брать доломит Mg. CO 3 • Са. СО 3, а в качестве восстановителя — кремний ферросилиция. Магний получается высокой чистоты.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МАГНИЯ Магний за рубежом используется во многих отраслях промышленности. Всё разнообразие направлений использования можно условно разделить на 3 группы: 1) Применение магния в производстве алюминиевых сплавов, в которых добавляют от 0, 5% до 10% магния. Алюминиевые сплавы, содержащие магний, отличаются высокой удельной прочностью, коррозийной стойкостью и хорошо обрабатываются резанием. 2) Приготовление сплавов конструкционного назначения на основе магния. Содержание магния в таких сплавах 90 -98%. Деформируемые магниевые сплавы и литые заготовки из них находят применение в ряде отраслей промышленности, прежде всего в аэрокосмической промышленности, далее идут военная и автомобильная. 3) Использование магния в качестве химического реагента в чёрной и цветной металлургии для восстановления Be, Ti, U, Zr, Hf и др. металлов, в химии (в основном в реакции Гриньяра), также в качестве расходуемых анодов для катодной защиты от коррозии стальных конструкций, подземных трубопроводов и резервуаров. Магний в этих процессах полностью расходуется. Лом и отходы не образуются, в отличие от первых двух групп, где он может повторно использоваться в виде вторичных сплавов. Использование магния в аппаратах космической и авиационной техники, автомобилестроении, различных агрегатах и ответственных приборах предъявляя особые требования к технологии производства литья из магниевых сплавов. Потребность народного хозяйства в магнии и магниевых сплавах значительно превышает возможность их производства. Это ставит перед металлургами, технологами и разработчиками новые проблемы повышения качества литья, использования лома и стружки, создание безотходных и малоотходных технологий производства. Обостряются вопросы экологии. [4, с. 180 -188]
Скачать презентацию Производство магния ВЫПОЛНИЛ МУСАБЕКОВ С Т ПРОВЕРИЛА ШАХОВА
Мусабеков Серик МШ-204.pptx