ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет имени первого

Президента России Б.Н.Ельцина»

Кафедра Металлургии легких металлов

Основы электрометаллургии алюминия и магния

Часть 2

Конспект лекций для студентов всех форм обучения

направления 150400 – Металлургия

направления «Металлургия легких и тугоплавких металлов»

Екатеринбург

2011 г.

3. Металлургия магния Свойства и области приминения магния.

Впервые магний в составе амальгамы магния получил Х.Деви в 1808 году.

В 1829 г. А. Бюсси получил чистый металл восстановлением хлорида магния парами натрия.

MgCl₂ + 2Na = 2NaCl + Mg

Электролизом расплавленного хлорида магния впервые магний получил М.Фарадей в 1830 году.

1852 г. Матиссен вместо MgCl₂ подверг электролизу карналлит KCl - MgCl₂, что улучшило показатели процесса.

1883 г. Гретцель предложил электролит NaCl - KCl - MgCl₂ каждый компонент, которого придает особые свойства.

Сейчас используют, как правило, 4-х компонентные электролиты.

Магний – химический элемент второй группы периодической системы Менделеева; порядковый номер 12, атомная масса 24,305. Во всех устойчивых соединениях степень окисления магния +2.

Магний – металл серебристо белого цвета, обладающий гексагональной решеткой с плотной упаковкой.

а=0,320 нм

а с=0,520 нм

с/а=1,62

с b=0,319 нм

b

Рис. 3.1. Строение элементарной ячейки магния

Плотность, г/см³ при 20 ⁰С…………………………...…1,738

То же при 650 ⁰С……………………………………...….1,590

Температура плавления ⁰С……………………..………..650

Температура кипения ⁰С………………………….……..1107

Теплота плавления, кДж/моль………………………..…8,96

Теплота испарения, кДж/моль…………………….……133,98

Теплопроводность, 20⁰с Вт/(моль·К)……………………157

Удельное электр. сопротивление при 20⁰С, мкОм/см…4,45

Электрохимический эквивалент, г/(А·ч)………………..0,454

Удельная теплоемкость твердого магния до температуры плавления, Дж/моль:

С_р^тв = 22,32 + 0,01026 Т – 0,43·10⁵ Т^-2

Удельная теплоемкость жидкого магния, Дж/моль:

С_р^ж = 33,15 + 0,83

Линейный коэффициент термического расширения 25·10^-6 м/ ⁰С.

По удельной прочности Mg превосходит все металлы.

Магниевые сплавы немагнитны и не дают искры при ударах и трении и хорошо воспринимают ударные нагрузки.

На воздухе медленно окисляется, покрывась тонкой пленкой оксида.

2Mg + O₂ = MgO

(Мольн. отн. MgO/Mg=0,79 окись не защищает от окисления)

Температура воспламенения на воздухе 623С.

С повышением температуры скорость окисления увеличивается и особенно быстро свыше 350 ⁰С. Заметное влияние на скорость окисления оказывает влага, содержащаяся в воздухе.

С кипящей водой взаимодействует с выделением водорода и с образованием студенистого осадка гидроксида.

Mg + H₂O = MgO + H₂ (при температуре свыше 380 ⁰С резко ускоряется)

MgO + H₂O = Mg(OH)₂ ( в природе брусит)

В слитках или изделиях магний не огнеопасен, но легко загорается в расплавленном или порошкообразном состоянии.

Интенсивно растворяется во всех минеральных кислотах, кроме плавиковой (образуется труднорастворимый MgF₂)

Mg + HCl = MgCl₂ + H₂

В растворах едких щелочей магний химически стоек вплоть до температуры кипения.

C водородом: Mg + H₂ ^500C MgH₂ ^600C Mg + H₂

Водород хорошо растворим в Mg: 30 см³ в 100 г (ж)

10 см³ в 100 г (тв)

На коррозионную стойкость магния сильное влияние оказывают примеси, в особенности железо, никель, медь, а также хлориды.

Таблица 3.1. Химический состав магния в чушках

Магний долгое время оставался стратегическим металлом, использовался в основном в военной технике. Во время 1-ой Великой Отечественной в мире производилось сотни тонн, перед 2-ой Мировой – 22 тыс. тонн (60% Германия, 15% Япония). К концу 2-ой Мировой – 230 тыс. тонн. После войны производство упало до 8 тыс. тонн. 1970- 160 тыс. тонн, 1999 – 400 тыс. тонн.

Таблица 3.2. Мировой объем производства магния в 2000 г.

Страна	Общий объем, тыс.т	Объем терм, тыс.т
Китай	193	190
США	74	36
Канада	55	7
Норвегия	50	0
Россия	40	0
Франция	17	17
Казахстан	10	0
Бразилия	9	9
Украина	2	0