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 ![]() | 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 | - |