Технология производствa магния

Основной способ производства магния — электролитический. Электролитическое получение магния из водных растворов невозможно, так как электрохимический потенциал магния значительно более отрицательный, чем потенциал разряда ионов водорода на катоде. Поэтому электролиз магния ведут из его расплавленных солей.
Основная составляющая электролита — хлористый магний МgCl2, а для снижения температуры плавления электролита и повышения его электропровод-ности в него вводят NаСl, СаСl2, КСl и небольшие количества NaF и СаF2.
Основным сырьем для получения магния являются карналлит (МgСl2•КСl•6Н2О), магнезит (МgСО3), доломит (СаСО3•МgСО3), бишофит (МgСl2•6Н2О). Карналлит — это природный хлорид магния и калия MgCl2 • КСl • 6Н₂O. Бишофит (MgCl₂ • 6Н₂O) получается при переработке карналлита или выпари-вается из воды соленых озер и морей. Наибольшее количество магния получают из карналлита.

Основные этапы производства магния:
1.Карналлит;
2. Обогащение карналлита;
3. Обезвоживание карналлита;
4. Электролитическое получение магния;
5. Рафинирование магния;
6. Магний.

Обогащение карналлита является первой стадией его переработки. Сущность процесса обогащения сводится к отделению КСl и нерастворимых примесей путем перевода в водный раствор МgСl2 и КСl. При охлаждении полученного раствора в вакуум-кристаллизаторах выпадают кристаллы искусственного карналлита МgСl2•КСl•6Н2О, которые отделяют фильтрованием.
Карналлит обезвоживают в две стадии. Первую стадию проводят в трубчатых печах или печах кипящего слоя при 550—600° С. Под действием теплоты нагретых газов карналлит обезвоживается и после такой обработки содержит 3—4% влаги.
Вторую стадию обезвоживания осуществляют либо плавкой полученного после первой стадии карналлита в электропечах с последующим отстаиванием окиси магния, либо хлорированием карналлита в расплавленном состоянии.
Этот способ производства хлорида магния заключается в хлорировании магнезита или оксида магния, получаемого путем предварительного обжига магнезита. Процесс ведут в шахтных электрических печах. В нижней части (рис. 1) расположены в два ряда электроды 2; между ними находятся угольные брикеты, которые при прохождении электрического тока нагреваются до ~ 750 °С. Шихту загружают сверху, через фурмы 7 вдувают хлор.

У фурм происходит хлорирование оксида магния: MgO + Сl2 + С = MgCl2 + СО. Хлористый магний плавится и скапливается на подине, периодически его выпускают в ковш и транспортируют в электролизный цех.

Рисунок 1. Рисунок 2.

Шахтная печь для производства магния:. Схема магниевого диафрагменного

1 — летка; 2 — угольные электроды; электролизера.

3 — ремонтный люк;

4 — загрузочное устройство;

5 — гаэоотвод;

б — футеровка; 7 — хлорные фурмы;

8 — шихта; 9 — угольные брикеты

Электролитическое получение магния. Для этой цели применяют электролизер (рисунок 2), который изнутри футерован шамотным кирпичом. Анодами служат графитовые пластины 1, а катодами — стальные пластины 2, расположенные по обе стороны анода.
Для электролитического разложения хлористого магния через электролит пропускают ток под напряжением 2,7—2,8 В.

Электролитическое получение магния осуществляют в электролизере (рис. 2). Анодами служат графитовые пластины 1, а катодами — стальные пластины 2. Удельная плотность магния меньше удельной плотности электролита, и поэтому магний всплывает. Хлор, выделяемый на аноде, тоже всплывает. Чтобы избежать взаимодействия хлора с Mg, а также короткого замыкания анода и катода расплавленным магнием, вверху устанавливают специальную разделительную диафрагму 3.

Электролит состоит из МgСl₂ (5—17 %), KCl, NaCl и добавок СаF₂ и По мере расходования МgСl₂ в электролизер периодически заливают жидкие карналлит либо хлористый магний. Электролиз ведут при 670—720 °С. На катоде выделяется магний: Мg₂+ + 2е —>на аноде — газообразный хлор 2Cl- — 2е —> Cl₂. Из электролизера откачивают хлор и 2—3 раза в сутки с помощью вакуум-ковшей с электрообогревом извлекают жидкий магний.

В процессе электролиза в электролите повышается концентрация других хлоридов за счет расходования МgСl2. Поэтому периодически часть отработанного электролита удаляют из ванны и вместо него заливают расплав МgСl2 или карналлита. В результате частичного разложения примесей на дне ванны образуется шлам, который регулярно удаляют из ванны.
Рафинирование магния. В электролизных ваннах получают черновой магний, который содержит 5% примесей: металлические примеси (Fе, Na, К, Аl, Са) и не металл примеси (МgСl2, КСl, NaCl, СаСl2, МgО). Магний очищают (рафинируют) переплавкой с флюсами.. Это наиболее распространенный способ, заключающийся в выдержке магния в печах сопротивления под слоем флюса. При этом происходит отстаивание (переход в осадок) запутавшихся в расплаве частиц электролита и шлама.