Мазмұны

Кіріспе 4

1 Теориялық бөлім 5

1.1 Магнидің шикізат көздері 5

1.2 Магниді электролиздік жолмен алудың теориялық негіздері 6

1.2.1 Магнилік ванна электролитінің физико-химиялық қасиеттері 6

1.2.2 Электродтардағы поцестер және хлорлы магнидің ыдырау кернеуі 7

1.2.3 Магнидің шығындалу механизмдері 8

1.2.4 Ток және энергия бойынша шығым 11

1.2.5 Магниді электролиттік өндірудің технологиясы 12

1.2.6 Электролизерлерге қызмет көрсету 13

1.3 Патенттік зерттеу 15

2 Есептеу бөлімі 18

3 Қауіпсіздік техникасы 22

Қорытынды 24

Қолданылған әдебиеттер 25

Кіріспе

Магний – табиғатта кең тараған элемент, «жас» түсті металдардың қатарына жатады. Магниді алғаш рет металдық күйінде 1808 жылы алды. 1830 жылы Фарадей магний хлоридінің балқымасының электролизімен металдық магнидің бірнеше грамын алды. Өндірістік көлемде магниді өндіру ХІХ ғасырдың 60-шы жылдарында жүзеге асты.

Магний Д.И. Менделеевтің периодтық жүйесінің екінші тобының элементі, реттік нөмірі 12. Атомдық салмағы 24,312. магний 650⁰С балқиды және 1095⁰С температурада қайнайды. Барлық химиялық қосылыстарында екі валентті. Электрохимиялық қасиеттеріне байланысты ол ең электр теріс элементтердің қатарына жатады. Оның қалыпты электродтық потенциалы - 2,38 В.

Құрғақ ауада металдық магнидің бетінде оксидті қабық түзіледі, ол қабат металдың ары қарайғы коррозияға ұшырауының алдын алады. Ылғалды орта магнидің коррозияға тұрақтылығын біршама төмендетеді, әсіресе 380⁰С жоғары температурада. Су буларымен әрекеттесіп Mg(OH)₂ түзеді. Сол себепті жанып жатқан магниді сумен сөндіру мүмкін емес.

Магний балқытқыш және хромды қышқылдардың және улы сілтілердің ерітінділерінің әсеріне төзімді. Магнидің химиялық белсенділігі оның құрамындағы қоспалардың мөлшерінің көбейуімен артады.

Магний жеңіл берік метал, магнидің балқымаларының тығыздығы жоғары емес, механикалық берік, соғылымды күшке төзімді және магнитті емес. Осы қасиеттердің бардығы металдың бойында жинақталғандықтан оны маңызды конструкциялық материалдырдың қатарына жатқызады. Металдың көп мөлшерін оның хлоридтерінің балқымасының электролизі арқылы алады. Технологиялық сұлбаны бастапқы шикізаттың түрі мен химиялық құрамына қарап анықтайды, бірақ электролиз жүруі үшін сусыз карнолит немесе магний хлориді қажет. Себебі электролизер магний хлориді немесе карнолитпен ғана қоректендіріледі.

Магнидің негізгі бөлігінін балқымалар түрінде тұтынады. Магниді алюминимен, мырышпен легірлеу оның механикалық және технологиялық қасиеттерін көтереді, ал марганец оның коррозияға төзімділігін арттырады.

Магнидің көп бөлігін металлургиялық өндірісте қолданады. Түсті металлургияда оны белсенді металдарды (V, Cr, Ti, Zr, U және т.б.) магни-термиялық әдіспен алу кезінде тотықсыздандырғыш ретінде қолданады. Қара металлургияда болаттың кейбір маркаларын оттексіздендіруде және шар тәрізді графит қоспалары бар өте берік шойын алуда турлендіргіш (модификат) ретінде қолданады.

Магнидің қосылыстарын резина өндірісінде мұнай өнімдерінен тазарту үшін тотықтырғыш ретінде, сонымен қатар радио және электротехникада қолданады. Табиғи магний силикатын – асбест – электр және жылу оқшаулағыш материал ретінде және түрлі асбоцементтік бұйымдар: құбырлар, плиталар, шифрлар және т.б. жасауда қолданады.

1 Теориялық бөлім

1.1 Магнидің шикізат көздері.

Магний табиғатта тек қосылыстар түрінде кездеседі. Ірі кен көздері белгілі. Оның қосылыстары көп мөлшерде теңіз, мұхит және тұзды көл суларында болады.

Қазіргі кезде магний алуда келесі минералдарды пайдаланады: магнезит, доломит, карналит және бишофит.

Шикі магний электролиттік өндірісінің шикізаты – титан өндірісінің айналымдық магний хлориді, ол ГОСТ талаптарына сай болуы керек, яғни СТП 3826-3-32 ( құрамы, %: MgCl₂ – 98-ден аз емес, MgO – 0,5-тен көп емес, Ti – 0,01-ден көп емес, Fe – 0,015-тен көп емес).

Сурет 1. Электролизерлердің хлормагнилі тиелу сұлбасы.

Магний хлоридін тасымалдау шөмішпен зауытішілік көлікпен жүзеге асады, электролизерлерге құю – механикалық.

Шикі магнидің электролиттік өндірісінің процесін жақсарту үшін келесі материалдарды қолданамыз:

- ас тұзын;

- балқытқыш шпатты концентраттар.

Ас тұзы ГОСТ 13830 (құрамы,%: NaCl – 97 кем емес) сай келуі тиіс. Электролит компоненті ретінде қолданылады. Тасымалдауды теміржолдарда жүзеге асырады, ал вагондардан түсіру механикалық. Электролизерлерге механикалық жолмен тиеледі.

Балқытқыш шпатты концентраттар ГОСТ 29219 және ГОСТ 29220 (құрамы,%: CaF₂ – 92 кем емес) сай келуі тиіс. Электролит құраушысы болып келеді. Тасымалдау теміржол вагондарында жүзеге асады, вагондардан түсіру механикалық. Электролизерлерге тиеуді “қолмен” жүргізеді.

Хлорлы компрессордың жұмысшы ортасы ретінде 80-94% концентрациялы күкірт қышқылын аламыз. Күкірт қышқылы ГОСТ 2184-ке сай келуі тиіс.

Электролиз нәтижесінде алынатын тотықтырғыш магнийдің химиялық құрамы СТП 3826-3-10 (қоспалардың құрамы,%: Fe – 0,023-0,03; Si – 0,002-0,003; Cl₂ – 0,005 дейін; N₂ – 0,0015-0,0025; O₂ – 0,02-0,03) талаптарына сай болуы керек.

Хлормагнилі сұлба бойынша электролизерге техникалық сусыз хлорлы магниді тиейді, хлорды магний оксдін хлорлап, MgCl₂ алу үшін немесе титан өндіруде 1-ші суретте көрсетілген сұлба бойынша өндіру үшін қолданылады.

1.2 Магниді электролиздік жолмен алудың теориялық негіздері

1.2.1 Магнилік былаудың электролитінің физико-химиялық қасиеттері

Электролит ретінде балқыған хлорлы магний қолданылады. Элекролит келесі қасиеттерге ие болуы тиіс: балқу температурасы мүмкіндігінше төмен болуы тиіс, тығыздығы сұйық магнийдің тығыздығынан шамамен 0,1-0,2 г/см³ жоғары болуы тиіс, аз ұшатын, гидролизге бейімділігі төмен болуы керек, тұтқырлығы төмен болуы тиіс, электр өткізгіштігі жоғары болуы тиіс, ток бойынша шығымға кері әсерін тигізетін қоспалардың мөлшері шектеулі.

Магниді электролизбен алу үшін электролит ретінде сусыз магний хлориді қолданылуы мүмкін, бірақ бұл тиімсіз, себебі мұндай балқыманың электркедергісі және балқу температурасы өте жоғары борлар еді; мұнда магний басқа хлоридтерге қарағанда қарқынды ериді. Магний хлориді гидролизге икемді, булары жоғары серпімді. Электролиз үшін тәжірибелік жағдайларда MgCl₂, NaCl, KCl, CaCl₂ және т.б. тұздарының қоспаларынан тұратын электролитті қолданады. MgCl₂ концентрациясы әдетте 8-16 % аралығында өзгереді. Магний өндірісінде төрт түрлі электролик кеңінен қолданылады:

1 калилі электролит, 70-78 % KCl;

2 калилі-натрилі, 38-44 % KCl осынша NaCl;

3 натрилі-кальцилі, 35-45 % NaCl, 30-40 %CaCl₂;

4 натрилі электролит, 45-60 % NaCl.

Электролиттің негізгі құрамынан басқа оның қасиеттерін жақсартатын басқада компоненттер қосылуы мүмкін.

1.2.2 Электродтардағы процестер және хлорлы магнидің ыдырау кернеуі

Магни электролизері балқыған электролитпен толтырылған былаудан және оған батырылған болат катод пен графит анодтан тұрады.

Ваннада бөлінетін джоульдік жылу электролизерде шығындалатын жылудың орынын басуға, электролиз кезінде қолданылатын материалдарды қыздыруға, электролиттің температурасын ұстап тұруға және MgCl₂-нің электролиттік ыдырау процесіне жұмсалады.

Электролиттегі анод маңындағы кеңістікте MgCl₂^- ионы диссоциацияланады:

MgCl₂ = Mg²⁺ + 3Cl^- (1)

Хлор анодта бөлінеді, ал магний – катодта: анодта – 2Cl^- - 2e = Cl₂, катодта – Mg²⁺ + 2e = Mg.

Магний электролиттен жеңіл болғандықтан, оның бетінде жиналады, ал хлор құбырлар арқылы жинағыштарға жібереді. Тек магний хлориді ыдырайды, электролиттің құрамына кіретін басқа хлоридтер ыдырамайды себебі ыдырау кернеулері біршама жоғары.

Кейбір тұздардың ыдырау кернеулері төменде келтірілген:

Хлорид ..........................BaCl KCl LiCl₂ NaCl CaCl MaCl₂

Ыдырау кернеуі, В.......3,62 3,53 3,41 3,39 3,38 2,51

Магнилі былаудың графидті анодында негізінен хлор иондарының бөлінуі ғана жүреді. Бұл жағдайда 0,1В жететін поляризация байқалады. Поляризация хлор атомдарының графидпен адсорбцияланып, кейін хлор молекулаларының десорбциялануының нәтижесінде пайда болады.

Хлордың ток бойынша шығымы магниге қарағанда төмен. Бұл негізінен катодты кеңістікке хлор түсікенде онда оның сорылатын газдармен қайтарымсыз жоғалымы жүреді.

Сурет 2. Диафрагмасыз электролизердің сұлбасы.