Магний широко применяют в виде сплавов с алюминием, цинком и марганцем для изготовления деталей авиационных и автомобильных двигателей. Магниевые сплавы обладают хорошими литейными свойствами, что дает возможность получать из них сложные отливки. Сплавы магния легко поддаются свариванию и обработке резанием. Основными видами сырья для производства магния являются магнезит, доломит, карналлит и бишофит. Главной составляющей магнезита является MgCO3, а доломита СаСО3 • MgCO3. Карналлит — это природный хлорид магния и калия MgCl2 • КСl • 6Н2O. Бишофит (MgCl2 • 6Н2O) получается при переработке карналлита или выпаривается из воды соленых озер и морей. Наиболее распространен в настоящее время электролитический способ производства магния, при этом Mg в процессе электролиза получается из вводимого в электролит хлорида MgCl2. Технология производства магния этим способом включает три стадии: получение безводного хлорида магния MgCl2, электролиз с выделением из хлорида жидкого магния, рафинирование магния. Получение хлорида магния ведут тремя способами.
Первый способ — обезвоживание карналлита MgCl2 • KCl • 6Н2O. Процесс осуществляют в две стадии. Первую проводят, нагревая карналлит в трубчатых вращающихся печах или печах кипящего слоя.
Вторую — в основном в печах-хлораторах, имеющих плавильную камеру, где карналлит расплавляют при температурах 550—600 °С; две хлорирующие камеры, где продувкой хлором примеси (MgO) переводят в MgCl2 и копильник расплава (миксер). На некоторых заводах вторую стадию проводят в электрических печах сопротивления, где карналлит расплавляют при температуре ~500°С и сливают в миксер. В обоих случаях жидкий карналлит сливают из миксеров в ковш и везут в электролизный цех. Обезвоженный карналлит содержит, %: MgCl2 47-52; KCl 40-46; NaCl 5-8. Рисунок 1. Шахтная печь для производства магния: 1 — летка; 2 — угольные электроды; 3 — ремонтный люк; 4 — загрузочное устройство; 5 — гаэоотвод; б — футеровка; 7 — хлорные фурмы; 8 — шихта; 9 — угольные брикеты Рисунок 2. Схема магниевого диафрагменного электролизера Второй 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 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.
Третий способ — это получение МgСl2 в качестве побочного продукта в процессе восстановления титана магнием из TiCl4 (см. ниже). Этот жидкий хлорид магния направляют в магниевое производство (Mg и титан обычно производят на одном предприятии). Электролитическое получение магния осуществляют в электролизере (рис. 2). Анодами служат графитовые пластины 7, 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 последнее время наряду с описанными выше диафрагменными электролизерами применяют бездиафрагменные. Рафинирование магния осуществляют отстаиванием в печах, возгонкой или электролизом. Наиболее распространен первый 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. Рафинирование возгонкой осуществляют путем испарения магния в вакууме при 900 °С. Испаряющийся чистый Mg осаждается в конденсаторе. Электролитическое рафинирование магния схоже с аналогичным процессом рафинирования алюминия по трехслойному методу. В электролизере внизу у анода находится слой рафинируемого магния, выше — слой электролита, а над ним у катода накапливается чистый магний. Применяют также термические способы производства магния с использованием в качестве восстановителя С, Si или СаС2. Из них проще силикотермический способ, при котором пользуются специальными ретортами из хромоникелевой жаропрочной стали, помещаемыми в электропечь, отапливаемую газообразным топливом. В качестве сырья лучше всего брать доломит MgCO3 • СаСО3, а в качестве восстановителя — кремний ферросилиция. Магний получается высокой чистоты.
