Технологія магнію і титану

Виробництво магнію. У чистому виді магній в природі не зустрічається внаслідок своєї високої хімічної активності. У виді з'єднань магній широко розповсюджений у природі, причому знаходиться не тільки у твердих породах, а й також у морській воді та у воді солених озер. Як руди для виробництва магнію звичайно використовують магнезит, що містить карбонат магнію доломіт, що містить подвійний карбонат магнію і кальцію карналіт, що містить подвійний хлорид магнію і калію і бішофіт — шестиводний хлорид магію

що одержується з морської води і води деяких озер шляхом випа­ровування і кристалізації.

Магнезит і доломіт піддають механічному збагаченню і випа­ленню. Випалення проводиться при температурах (850...900) °С. При таких температурах відбувається дисоціація карбонатів:

Оксид магнію MgO зветься каустичним магнезитом.

Існують електролітичний і термічний способи одержання магнію. За електролітичним способом спочатку одержують без­водний хлорид магнію MgCl, що потім піддають його електролізу з метою одержання магнію.

Хлорид магнію з бішофіту і карналіту одержують шляхом їх зневодження при повільному нагріванні в трубчастих печах (100...180) °С. Хлорид магнію одержують обробкою каустичного

магнію при температурі (800...900) °С газоподібним хлором у присутності

вуглецю в електричній шахтній печі:

Електроліз хлориду магнію роблять у щільно закритих елект­ролітичних ваннах (рис. 5.25).

Як при електролізі глинозему, електричний струм тут викори­стовується для електрохімічного процесу і для нагрівання ванни; робоча температура процесу близько 700 °С; напруга струму — (6...7) В, сила струму (30000...70000)А.

5.25. Схема електролізера

Аноди виготовляють із графіту. Катоди — зі сталі у формі пла­стин; вони розташовані у ванні вертикально і паралельно один до одного. Вогнетривка перегородка відокремлює хлор від магнію.

При електролізі на анодах виділяється газоподібний хлор, що пухирцями спливає на поверхню і по хлоропроводах виводиться яття ттоттальтттого використання; біля катодів виділяється магній. Густина електроліту збільшуєтьсяvдобавленням так щоб він перевищував густину магнію, тому останній спливає на іш-верхню електроліту, звідкіля за нагромадженням витягується за допомогою вакуумних ковшів. Витрата електроенергії на тонну магнію складає (55000...60000) МДж.

Рафінування електролітичного магнію виробляється або пе­реплавленням його разом із флюсами, що рафінують, (суміш хло­ристих солей лужних і лужноземельних металів), або сублімацією у вакуумі під тиском (10...20)Па при температурі 600 °С. Таким способом одержують магній високої чистоти (до 99,99% Mg).

Термічні способи одержання магнію. Ці способи одержали ши­роке поширення внаслідок своєї простоти. Суть термічних спо­собів складається у відновленні оксиду магнію нафтовим коксом у герметичній дуговій електропечі при температурі (1900...2000) °С. Магній, що випаровується, швидко охолод­жується. Таким способом одержують чистий магній (99,97% Mg) при втраті електроенергії близько 75000 МДж на тонну металу. Відновлюють оксид магнію також кремнієм у вакуумі (залишко­вий тиск 10 Па) при температурі 1160 °С.

Виробництво титану. Титан має велику міцність (майже вдвічі більшу, ніж у заліза), високу стійкість в агресивних середовищах та невелику густину — 4500 тому він є дуже цінним конструкційним матеріалом. Титан широко використовується в літа­кобудуванні, хімічній і ін. галузях промисловості.

Рудами для одержання титану є рутил, що містить і ільменіт, що містить Руди піддають збагаченню (мокрому чи електромагнітному), в результаті чого одержують титанові концентрати. Витяг титану з концентратів — важка річ, тому що цри нагріванні титан реагує з киснем і азотом, а в розплавленому стані — з усіма відомими вогнетривами.

Вилучення титану складається з таких процесів:

1. Одержання в електричній шахтній печі тетрахлориду титану при нагріванні брикетів із суміші титанових концентратів технічного оксиду титану з вугіллям у струмі хлору; тетрахлорид титану після конденсації пари виходить у вигляді забруд­неної червонуватої рідини, що очищується дистиляцією;

2. Одержання губчастого титану (титанової губки) відновлен­ням тетрахлориду титану при взаємодії з магнієм у нейтральній атмосфері (аргон чи гелій) при температурі в зоні реакції (950... 1000) °С;

3. Одержання злитків титану в електричних дугових печах під вакуумом.

Для цього губку пресують з метою одержання з неї елект­родів. Такий електрод подається у верхню частину печі і є одним полюсом постійного струму. Іншим полюсом служить мідна во-доохолоджувана виливниця. За мірою плавлення електроду, що витрачається, з губки і затвердіння титану біля холодних стінок днище виливниці опускається до одержання злитку встановленої довжини. Сила струму при плавці — до 5400А, напруга — близь-

ко 30 В. Чистота титану одержуваного переплавленням губки, складає (99,6...99,7)%.

Основні властивості металів наведено в табл. 5.1.

Таблиця, 5.1.

Властивості металів

 

Назва металу	Символ	Густина,	Температура плавлення, °С	Коефіцієет лінійного розширення, %	Питома електровідповідність при 0° С ,МС м/м	Твердість за Брішелем НВ	Границя міцності (тимчасовий опір) 8 в.	Відносне подовження ,%	Відносне звуження поперечного перетину,
Алюміній	А1			24,0	37,0	20-37	8-11
Вольфрам	W			4,0	18,1			-	-
Залізо	Fe			11,9	11,0		25-33	21-55	55-86
Кобальт	Co			12,08	10,2		7-		-
Магній	Мg			25,7	23,0		17-21
Марганець	Мn			23,0	22,7		Хрумкий
Мідь	Сu			16,42	64,0
Нікель	Ni			13,7	8,5		40-50
Олово	Sn			22,4	8,5	5-10	20-40
Свинець	Pb			29,5	4,9	4-6	1.8
Титан	Ті			7,14	-	-	30-45	20-28	35-50
Хром	Cr				38,4		Хрумкий
Цинк	Zn			32,6	17,4	30-42		5-20	-