Магний өндіру

Пән: Физика
Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 7 бет
Таңдаулыға:

Магний өндірісі

Магний (Mg) - Менделеевтің периодтық системасының II тобындағы химиялық элемент, рет нөмірі 12, атомдық массасы 24, 305. Тұрақты үш изотобы ²⁴ Mg(78, 60%), ²⁵ Mg(10, 11%), ²⁶ Mg(11, 29%) бар. Жер қыртысындағы салмақ мөлшері 1, 87%.

Магний (Mg) - жеңіл, күміс түсті ақ металл. Тығыздығы 1, 739 (20 ⁰ С-та) . Балқу температурасы 651 ⁰ С, қайнау температурасы 1107 ⁰ С. Химиялық өте актив металл.

Магний өндіру

Магний элементі таза күйінде алғаш рет химиялық жолмен 1828 жылы, ал оның қасиеттерін зерттеуге болатындай мөлшерде электролизбен 1830 жылы алынды. Магний - техникада алюминийден кейінгі жиі қолданылатын элемент. Көптеген мемлекеттерде бұл элементтің өндірісі құпия сақталып келгендіктен, оны өндіру мөлшері туралы мәлімет аз. Отанымызда алғаш рет магнийді оның балқытылған хлоридтерінен электролиздеу арқылы алу жөніндегі ғылыми зерттеу жұмыстары 1915 жылы Петербург қаласындағы электротехникалық және политехни калық институттарда жүргізілді. Елімізде 1929-1931 жылдары магний өндірісінің ұйымдастырылуына байланысты Ленинград, Москва және Оралдың бірқатар ғылыми зерттеу институттары магний алу процестерін зерттеумен шұғылданды. Осының нәтижесінде Ленинград, Запорожье, Оралда (Соликамск, Березников) магний заводтары жоспарланып іске қосылды.

Магний рудалары

Магний өндірісінде магнезит, доломит, карналлит және бишофит рудалары жиі қолданылады.

Магнезит - магний элементінің табиғи карбонаты (MgCO ₃ ) . Құрамында 28, 7% MgO және кремний, темір, алюминий, кальций элементінің қоспасы кездеседі. Руданың бай кендері Ресей, АҚШ (Калифорния, Вашингтон), Канада (Квебек), Греция, Югославия, Норвегия, Маньчжурия және индия мемлекеттерінде, Ресейде магнезит рудасының маңызды бай кендері Оңтүстік Оралда (Саткинск) Чкалов облысында (Халиловск) кездеседі.

Доломит - құрамында 13, 8 % магний элементі бар, магний мен кальций элементтерінің қос карбонаты (MgCO ₃ *CaCO ₃ ) . Елімізде доломит рудасының кендері Донбаста (Жигулевск, Никитовск), Москва облысында (Шелковск, Подольск), Ленинград облысыеда (Изваровск) және Оралда (Саткинск) кездеседі.

Карналлит (MgCl ₂ *KCl*6H ₂ O) - құрамында 8, 8 % магний элементі бар, магний мен кальций элементтерінің сулы тотығы. Карналлит рудасының дүние жүзіндегі бай кендері біздің елімізде (Соликамск - Оралда) және шетелдерден Германияда (Статтфурт) кездеседі.

Бишофит - құрамында 25, 5 % магний элементі бар, магний элементінің сулы хлориді (MgCl ₂ *6H ₂ O) . Бишофит доломит пен карналлит рудаларын өңдеу арқылы алынады. Бұл руданың есепсіз бай кен көзі тұзды көлдер мен теңіз сулары болып табылады. Біздің елімізде Қырымдағы Сак көлі мен Сиваш көлі сияқты, суының құрамында магний хлориді бар, көптеген көлдер кездеседі. Бұл көлдердің суының құрамында 0, 89 % магний бар.

Магнийдің алу жолдары

Қазіргі кезде магний екі түрлі: электролиттік және термиялық жолмен алынады.

Магний алудың электролиттік жолы. Магний алудың электролиттік әдісінде доломит немесе магнезит рудасы 973-1073 ⁰ К (700-800 ⁰ С) температурада күйдіріледі. Күйдіру процесінің нәтижесінде доломит пен магнезит мына реакциялар бойынша магний тотығына айналады:

MgCO ₃ →MgO+CO ₂ ,

MgCO ₃ *CaCO ₃ →MgO+CaO+2CO ₂

Реакция нәтижесінде пайда болған магний тотығы 1073-1173 ⁰ К (800-900 ⁰ С) температурада хлорлау арқылы оны магний хлоридіне айналдырады. Магний тотығын хлорлау шамот кірпішімен астарланған (футеровкаланған) шахталы электр пешінде жүгізіледі. Пештің электродтары бір-біріне рад. (120 ⁰ ) бұрыш жасай орналастырылып, температурасы 373 ⁰ К (100 ⁰ С) -қа дейін көтеріледі. Пешке магний тотығы мен цилиндр формалы көмір кесектерін салып, фурма арқылы хлор үрлейді.

Бұл кезде көміртегінің қатынасымен магний тотығы мына реакция бойынша магний хлоридіне айналады:

MgO+C+Cl ₂ →MgCl ₂ +CO

Пеште пайда болып балқыған магний хлоридін әрбір 3-4 сағатта шөмішке құйып, электролиз цехына жібереді. Карналлит пен бишофит рудаларынан магний хлоридін алу үшін оларды айналмалы трубалыпештерде 763 ⁰ К (490 ⁰ С) -қа дейін қыздырып, құрғатады. Құрғатылған руда үш фазалы электр пештерінде 1023-1073 ⁰ К (750-800 ⁰ С) температурада балқып, құраушыларына жіктеледі. МgО пештің түбіне шөгіп, қорытпада 50 %; 0, 5-0, 7 % MgO және NaCl қалады. Қорытпа пештен құйып алынып, электролиздеу цехына жіберіледі. Магний хлоридін электролиздеу арнаулы электролиттік астауда жүреді. Астаудың катод қызметін атқаратын темір немесе болаттан жасалған электродтары, ал анод қызметін атқаратын графиттелген электрод-тары болады. Электролит қызметін натрий, кальций, магний, калий элементтерінің сусыз хлоридтері атқарады.

Электролиттің құрамы: 7-15% MgCl ₂ , 38-40% CaCl ₂ , 17-25% NaCl, 22-38% KCl. Электролиз 913-1023 ⁰ К температурада жүреді. Бұл температурада электролит балқып, балқыған электролитте магний хлориді диссоциацияланып, катодқа магний, ал анодқа хлор бөлінеді.

Магнийдің тығыздығы электролиттің тығыздығынан кем болғандықтан, балқыған магний астаудың бетіне жиналады, ал хлор түтік арқылы цехтан шығарылады. Астауда түзілген магний мен хлордың бір-бірімен әрекеттеспеуі үшін катод пен анодтың арасына отқа төзімді материалдан жасалған қалған қойылады. Астаудың бетіне жиналған магний вакум қазанына қотарылып алынып отырады.

Тотықсызданған темір, магний тотығы сияқты қоспалар астаудың түбіне шлак түрінде шөнеді. Шлак шөміш арқылы астаудан шығарылып, жарамсыз электролит вакум қондырғысының жәрдемімен сорылып алынады. Астау тізбегінің кернеуі 5-7 В, ал тоқ күші 3-5 А-ге жетеді. 1тонна магний өндіру үшін 5, 4-6, 12 1500-1700 кВт сағ. электр энергиясы жұмсалады.

Магний алудың термиялық жолдары. Магний алудың электролиттік әдісінің күрделілігі, қымбаттылығы мен денсаулыққа зияндылығы оны алудың қарапайым және тиімді жолын іздестіруге мәжбүр етті.

Өткен ғасырдың 30-жылдарында магний алудың жаңа, термиялық жолдары табылып, еліміздің металлургтерінің бұл жөнінде жүргізген ғылыми-зерттеу жұмыстарын жеміспен аяқтады.

1. Соңғы кезде магний алудың термиялық жолы магний алудың электролиттік әдісін ығыстырып келеді.

Магний алудың термиялық жолы силико-термиялық, карбид-термиялық және көмір-термиялық болып үшке бөлінеді. Бұл әдістер бойынша күйдірілген магний рудаларын тотықсыздандыру арқылы магний алынады.

Силико-термиялық процесте тотықсыздандырғыш қызметін кремний атқарады. Бұл процесс жүру үшін доломит ферросилиций немесе кремний мен алюминий қорытпасы қажет.

Магний тотықсыздануы мына реакция бойынша жүреді:

2MgO+CaO+Si→2Mg+2CaO*SiO ₂

Бұл реакция тотықпайтын болаттан жасалып, кристалдандырғышпен жалғасқан ретортада жүреді. Ретортада қысымы 9, 8 (0, 1 атм) вакум туғызып, оны электр пеші немесе отын жалыны арқылы 1373-1473 ⁰ К (1100-1200 ⁰ С) -ға дейін қыздырады. Жоғары температурада тотықсызданған магний буланып, кристалдандырғыштың қабырғасына конденсацияланады.