Термические способы производства магния

В 30-х годах текущего столетия удалось освоить схему прямого восстановления окиси магния из магнезита или доломита, и в настоящее время этот метод находит все более широкое распространение, причем внедрение его осуществляется в двух вариантах — карботермическом и силикотермическом.

Карботермический способ получения магния основан на реакции, выражаемой уравнением:



эта реакция протекает при 2000° С.

Для других металлов, как было показано в предыдущих разделах книги, эта реакция протекает относительно легко при сравнительно невысокой температуре, так как эти металлы обладают небольшим сродством К кислороду. При восстановлении железо, никель, свинец и другие металлы получаются в жидком виде и сразу отделяются от газовой фазы, что исключает возможность обратной реакции их окисления. Из тяжелых металлов лишь цинк получается в парообразном состоянии, но конденсация цинка начинается при температуре только немного ниже той, при которой происходит его восстановление.

Окислы же легких металлов и, в частности, магния имеют очень большое сродство к кислороду, поэтому они восстанавливаются при высокой температуре, значительно превышающей температуру кипения магния.

Для того чтобы образующиеся пары отделить от окиси углерода, их необходимо охладить ниже точки росы, которая для магния лежит ниже 1000°.

Однако при снижении температуры газовой смеси начинается обратное окисление магния окисью углерода.

При получении цинка смесь приходится охладить на 50—80°, что можно сделать достаточно быстро и легко.

При получении магния восстановление ведется при 1900°, а охладить смесь необходимо до температуры ниже 200—300°.

Для того чтобы предотвратить обратное окисление магния, смесь резко охлаждают до температуры ниже 250°, при которой скорость окисления магния мала. Время охлаждения газовой смеси с 2000° до 250° исчисляется сотыми долями секунды.

Описанный процесс осуществляется следующим образом. Окись магния смешивают с нефтяным коксом, брикетируют и нагревают в герметичной дуговой электрической печи. Брикеты подаются со свода через два последовательно соединенных бункера, в первом из которых шихта продувается азотом для удаления воздуха, а во втором — водородом и только после этого подается в печь.

Газообразные продукты реакции поступают в конус охлаждения, в который одновременно подается газоохладитель — обычно природные горючие газы (рис. 170). Резкое увеличение объема и подмешивание холодных газов способствуют резкому охлаждению газовой смеси. Газы, содержащие до 30 г/м3 магниевой пыли, поступают в холодильник, гед часть пыли осаждается и впоследствии разгружается шнеком. Основная масса пыли улавливается в рукавных фильтрах и содержит 50% металлического магния, 20% углерода и 30% окиси магния. Пыль брикетируют и подвергают дистилляции, а полученные кристаллы сублимата переплавляют в чушковый металл, содержащий до 99,97% Mg. Расход энергии на этот процесс достигает 21 000 квт-ч на 1 т магния.

Силикотермический способ получения магния может быть представлен в общем виде следующим уравнением:



При этом в парах находится только Mg, что упрощает его получение. Ho такой процесс можно проводить только при наличии восстановителя, имеющего большее сродство к кислороду, чем магний. Таким веществом является кремний. Применение кремния практически вполне возможно, тем более что образование в процессе восстановления магния кремнезема и взаимодействие его с другими окислами позволяет проводить процесс при более низкой температуре.

Суммарная реакция восстановления окиси магния кремнием выражается уравнением:



Процесс ведется в вакууме при остаточном давлении около 0,05 мм рт. ст. и температуре 1160°.

В последнее время установлена возможность и целесообразность получения магния из доломита с помощью ферросилиция, который дешевле кремния. Процесс восстановления протекает по следующей схеме:



При этом практически извлекается весь магний. Добавка плавикового шпата способствует более полному и быстрому протеканию процесса, так как полагают, что в этом случае увеличивается скорость диффузии взаимно реагирующих веществ.

Процесс ведется периодически в трубчатых литых ретортах из хромоникелевой жаропрочной стали.

Реторты горизонтально располагают в печи, обогреваемой электричеством, газом или мазутом.

Часть реторты, находящаяся в печи, служит для восстановления и дистилляции, в то время как головка реторты, служащая конденсатором, находится вне печи.

Головка реторты (рис. 171) охлаждается водой, в нее вставлен цилиндр для осаждения друз кристаллов магния. Перед цилиндром установлен экран, защищающий конденсатор от нагревания за счет излучения раскаленной шихты.

В печи установлено 20 реторт, расположенных в один ряд. Вакуум в ретортах создается механическими масляными насосами, присоединенными к холодным концам реторт штуцерами. Остаточное давление в ретортах 0,1 мм рт. ст., температура нагрева 1150—1200°.

Брикеты загружают в реторту вручную в бумажных мешках, устанавливают конденсатор и «ловушку», закрывают реторту, предварительно разогрев ее для удаления гидратной воды, после чего создают вакуум. Процесс в вакууме длится около 9,5 часа, а общая длительность операции достигает 10—12 час.

После окончания восстановительного процесса прекращается откачка реторты, ее открывают, извлекают «ловушку» и конденсатор с магнием, затем выгружают остатки брикетов разгружающей машиной, представляющей два шнека из легированной стали.

Получаемый магний отличается высокой чистотой.

Силикотермический процесс имеет известные преимущества перед углетермическим, но высокая стоимость восстановителя и реторт и кратковременная служба их в тяжелых условиях являются существенным препятствием для широкого внедрения его для получения магния.