Магний. Физические свойства

Магний - блестящий серебристо-белый металл, тускнеющий на воздухе вследствие образования на поверхности окисной пленки. Магний кристаллизуется в гексагональной решетке, а = 3,2028Å, с = 5,1998Å.

Атомный радиус 1,60Å, ионный радиус Mg2+ 0,74Å.

Плотность Магния 1,739 г/см3 (20 °С); t_пл 651 °С; t_кип 1107 °С. Удельная теплоемкость (при 20 °С) 1,04·103 дж/(кг·К), то есть 0,248 кал/(г·°С); теплопроводность (20 °С) 1,55·102 вт/(м·К), то есть 0,37 кал/(см·сек·°С); термический коэффициент линейного расширения в интервале 0-550 °С определяется из уравнения 25,0·10-6 + 0,0188 t. Удельное электрическое сопротивление (20 °С) 4,5·10-8 ом·м (4,5 мком·см).

Коррозионная стойкость магния: на воздухе магний окисляется, но образующаяся при этом окисная пленка предохраняет металл от дальнейшего окисления.На коррозионную стойкость магния очень сильно влияет его чистота, что объясняется его электроотрицательностью. Нормальный электронный потенциал магния в кислой среде равен -2,37в, в щелочной - 2,69в. В разбавленных кислотах магний растворяется уже на холоде.

Получение

Магний добывают из руд, осадочных пород, морской воды. Основными видами сырья для получения магния являются магнезит (основа- MgCO₃), доломит (CaCO₃·MgCO₃), карналлит (MgCl₂·KCl·6H₂O) и бишофит(MgCl₂·6H₂O).

Наиболее распространены в природе месторождения такого карбоната, как доломит, которые были образованы осадочным путем преимущественно в докембрийский период. Кроме того, залежи доломита образуются в местах взаимодействия известковых пород с гидротермальными растворами либо подземными водами. Наиболее крупные месторождения солей магния находятся на территории США, России, Китая.

Существуют два способа получения магния: электролитический и термический. Основной способ получения чистого магния на производстве в настоящий момент - это электролитическое расплавление смеси безводного хлорида магния MgCl₂ в электролизной ванне, где происходит расщепление соли магния на ионы металла и хлора. Через определенные периоды времени из этой ванны отбирают чистый металл и добавляют в нее новое сырье, содержащее магний. Получать хлорид магния можно тремя способами.

1. Обезвоживание карналлита MgCl₂·KCl·6H₂O. Сначала каналлит нагревают в трубчатых вращающихся печах или печах кипящего слоя до 500-550˚С, снижая содержание влаги до 5-7%. Затем в плавильной камере печи-хлоратора карналлит предварительно расплавляют при 550-600˚С и подвергают последующей продувке хлором в хлорирующей камере, где примесь MgO превращается в MgCl₂, который сливается миксер (копильник расплава), а оттуда в ковш и транспортируется в электролизный цех. В обезвоженном карналлите содержится: ~50% MgCl₂; ~43%KCl и ~7% NaCl.

2. Хлорирование магнезита MgCO₃ или оксида магния MgО, который образуется при обжиге магнезита. Процесс осуществляется в шахтной электрической печи, в нижней части которой (рис.) расположены угольные брикеты, нагреваемые до ~750˚С проходящим через них электрическим током. Под действием хлора, вдуваемого через фурмы, происходит хлорирование шихты (MgO или MgCO₃) c образованием хлорида магния (MgO+Сl₂+C=MgCl₂+CO), который плавится, скапливаясь на подине. Он выпускается в ковш и переводится в электролизный цех.

3. Получение MgCl₂ при восстановлении титана магнием из TiCl₄.

Электрическое получение магния осуществляется в электролизере, где анодами являются графитовые пластины, а катодами- стальные. Электролит содержит MgCl₂ (5-17%), KCl, NaCl и добавки CaF₂ и NaF. Электролиз проводят при 670-720˚С. В процессе электролиза на катоде выделяется магний: Mg²⁺ + 2е→Mg, ИА на аноде-газообразный хлор 2Cl⁻ -2→Сl₂. Магний всплывает, поскольку его удельная плотность меньше, чем у электролита. Хлор барбируется на поверхность, и его откачивают из электролизера. Жидкий магний 2-3 раза в сутки извлекают из электролизера с помощью вакуум- ковшей, снабженных электрообогревом.

При использовании этого способа добычи в конечном продукте образуется достаточно много - несколько десятых процента - примесей, поэтому для дополнительного очищения полученного материала применяют метод электролитического рафинирования в вакуумных условиях при помощи специально вносимых добавок, которые называются флюсы. Они оттягивают на себя примеси, в результате чего в итоге образуется магний, содержащий примеси не более чем 0,0001%.

Кроме того, магний в промышленных условиях получают и силикотемическим способом, при которой в условиях повышенных температур проводится химическая реакция оксида магния с коксом или кремнием, в результате чего из исходного сырья - доломита без предварительного разделения его на соли магния и кальция и дополнительной очистки образуется магний высокой степени чистоты. Кроме того, источником магния в этом способе его извлечения может стать и морская вода.

Технологические свойства магния

Технологические свойства магния	В слитке	В деформированном виде
Временное сопротивление нагрузке	118 МПа	196 МПа
Предел текучести	30 МПа	88 МПа
Твердость	30 НВ	36 НВ
Относительное удлинение	8%	12%
Модуль упругости Е	42000–44000 МПа	41000–43000 МПа

Литьё

Температура плавления магния почти на 30°C выше, чем температура его воспламенения на воздухе. Это значительно затрудняет плавку металла и его сплавов. Магниевая пыль возгорается при еще более низкой температуре, поэтому перед термообработкой металл следует очищать от пыли, стружки и заусенцев.

Согласно ГОСТ 804–93 магний в чушках отливают четырех марок. Три из них общего назначения: Мг80: содержит 99,80% чистого Mg, Мг90 – 99,90% и Мг95 – 99,95%. Марка Мг98 (специального назначения) содержит чистого магния 99,98%. Литой металл имеет крупнокристаллическую структуру и низкую прочность. Поэтому для достижения максимальной пластичности магний и его сплавы перед обработкой давлением нагревают до 320–430°С.