Магний

Свойства

Магний - самый легкий из всех металлов, он примерно на две трети легче алюминия. Магний нетоксичен, немагнитен, обладает высокой ударной вязкостью и стойкостью к образованию вмятин. Магний обладает слишком высокой химической активностью, чтобы встречаться в природе в виде элемента, но его соединения широко распространены. Магний используется в производстве сверхпрочных и легких материалов и сплавов. Например, при добавлении наночастиц карбида кремния он обладает чрезвычайно высокой удельной прочностью.

Использует

Наиболее распространенным видом применения металлического магния является легирование алюминия, на долю которого приходится около 50% от общего потребления металлического магния. Добавление магния к алюминию позволяет получать высокопрочные, устойчивые к коррозии сплавы. Около 20% магния используется в литье и кованых изделиях, включая оборудование, инструменты и другие потребительские товары, такие как детали для автомобилей. Магний также используется для удаления серы при производстве чугуна и стали, а также при производстве титана в процессе Kroll.

Благодаря своему небольшому весу и хорошим механическим и электрическим свойствам магний широко используется в производстве мобильных телефонов, портативных и планшетных компьютеров, фотоаппаратов и других электронных компонентов.

Магнезит (карбонат магния) может быть использован в двух основных областях применения. Первое - это производство жженой магнезии для изготовления огнеупорного кирпича. Эти кирпичи физически и химически устойчивы к высоким температурам и используются для облицовки печей в сталелитейной промышленности, на предприятиях по обработке цветных металлов и в цементных печах. Второе применение включает переработку в каустическую кальцинированную магнезию, которая используется главным образом в качестве пищевой добавки в сельском хозяйстве и в качестве удобрений, а также в качестве наполнителей для красок, бумаги и пластмасс. Необработанный магнезит используется для покрытия поверхностей, ландшафтного дизайна, изготовления керамики и в качестве антипирена.

История

Название "Магний" происходит от греческого слова, обозначающего район в Фессалии под названием Магнезия.

В 1618 году фермер из Эпсома в Англии попытался напоить своих коров водой из колодца. Коровы отказались пить из-за горького вкуса воды, но фермер заметил, что вода, казалось, заживляла царапины и сыпь. Это вещество стало известно как английская соль, и слава о нем распространилась. В конце концов оно было признано как гидратированный сульфат магния.

Металлический магний был впервые получен сэром Хамфри Дэви в Англии в 1808 году. Он использовал электролиз смеси магнезии и оксида ртути.

Исторически магний был одним из основных конструкционных металлов для аэрокосмической промышленности и использовался для немецких военных самолетов еще в Первую мировую войну и широко использовался для немецких самолетов во время Второй мировой войны.

Образование

Магнезит (MgCO₃) - руда для производства магния. Магнезит встречается в двух физических формах: скрытокристаллический или аморфный магнезит и макрокристаллический магнезит. Он образуется пятью различными способами:

• замещающий минерал в карбонатных породах;
• продукт изменения ультраосновных пород (магматические породы, состоящие в основном из одного или нескольких ферромагнетиковых минералов темного цвета).;
• материал для заполнения вен;
• осадочная порода;
• как конкреции, образовавшиеся в озерной среде.

Залежи магнезита замещающего типа включают в себя богатые магнием флюиды, поступающие в известняк через отверстия для получения как магнезита, так и доломита.

Отложения измененного типа образуются в результате воздействия богатых углекислым газом вод на богатый магнием серпентинит - горную породу, которая образовалась в результате изменения силикатных минералов магния и железа. Полученный магнезит может быть очень чистым.

Осадочные отложения обычно состоят из тонких слоев магнезита различного качества. Залежи озерного магнезита состоят из конкреций скрытокристаллического магнезита, образовавшихся в озерной среде. Как жильные, так и осадочные залежи магнезита редко добываются в больших масштабах.

Магнезит, доломит, карналлит, морская вода и озерные рассолы - все это источники металлического магния. Крупнейшие запасы магния содержатся в озерных рассолах и морской воде, однако большая часть мирового производства магния производится из магнийсодержащих минералов, таких как магнезит и доломит.

В чистом виде магнезит содержит 47,8% оксида магния и 52,2% диоксида углерода. Природный магнезит почти всегда содержит некоторое количество карбоната кальция в виде минерала кальцита и карбоната железа в виде минерала сидерита. Магний также содержится в доломите, который имеет формулу CaMg(CO₃)₂

Ресурсы

На месторождении Кунварара, расположенном в 60 км к северо-западу от Рокгемптона в Квинсленде, залегают маложелезистые конкреции скрытокристаллического магнезита площадью около 63 кв. км, которые полностью покрыты черной глиной толщиной до 12 метров. Считается, что отложение образовалось в результате отложения в озерах бикарбоната магния, полученного в результате изменения серпентинитовой породы. Испарение привело к выпадению в осадок гидратированного карбоната магния. Отложение шлама поверх магнезита привело к дальнейшему испарению и образованию твердых конкреций обезвоженного магнезита. Разработка этого месторождения началась в 1989 году. Аналогичные месторождения магнезита находятся в Яамбе и Трипл-Фор, а также в районе Рокхэмптона. Магнезит встречается близ Гуннаварры к юго-западу от Кэрнса, а также в южном Квинсленде близ Килкивана и в Аппер-Уиджи.

В Новом Южном Уэльсе магнезит в Таддунгре, к северо-западу от Янга, встречается в виде прожилок и конкреций, образованных в результате изменения основных пород богатыми магнием флюидами. Магнезитовая руда содержит от 95 до 99% MgCO₃его толщина варьируется от 2 до 10 метров. Месторождение Таддунгра было впервые открыто в 1935 году.

Бывшая магнезитовая шахта близ Файфилда, примерно в 30 км к северо-западу от Кондоболина, состоит из массивных магнезитовых конкреций, образующихся в виде карманов или прожилок в разложившейся ультраосновной породе. Другие месторождения магнезита в Новом Южном Уэльсе находятся на озере Каргеллико, Кобаре, Нингане, между Аттунгой и Вариальдой.

В Тасмании мелкозернистый массивный магнезит, образовавшийся в результате замещения известняка и доломита, встречается на реке Артур и в районе реки Лайонс в 50 км к юго-западу от Берни. Магнезитовая руда содержит более 40% оксида магния. Другое месторождение магнезита, также образовавшееся в результате изменения известняка, расположено к югу от реки Артур в районе Мэйн-Крик.

В Южной Австралии пласты магнезита толщиной от 5 сантиметров до 9 метров залегают в Уитчелине, в 80 км к северо-западу от Ли-Крик, Копли и Миртл-Спрингс. Магнезит также встречается в Балканоне и близ Робертстауна.

В Западной Австралии твердые магнезитовые конкреции в темно-глинистом материале встречаются в 30 км к востоку от Равенсторпа. Магнезит также встречается в регионе Калгурли.

Магнезит, образовавшийся в результате замещения доломита, добывается в Хуандоте, недалеко от Дровосеков, на Северной территории. Средняя ширина месторождения составляет 40 метров, а средняя глубина залегания - 11 метров.

Добыча полезных ископаемых

В Австралии все месторождения магнезита разрабатываются открытым способом. При добыче полезных ископаемых коэффициент полезного действия, то есть количество отходов, которое необходимо удалить для извлечения одной тонны магнезитовой руды, может быть низким. Например, на месторождении Кунварара в Квинсленде коэффициент полезного действия низок, поскольку толщина вскрышных пород в среднем составляет всего 4 метра. Большая часть зарегистрированной добычи магнезита приходится на Квинсленд.

Обработка

Переработка магнезитовой руды начинается с дробления, просеивания и промывки.

Когда магнезит нагревается до температуры от 700° до 1000°C, из него выделяется углекислый газ с образованием каустической кальцинированной магнезии (caustic magnesia). Каустическая магнезия способна поглощать жидкости, а также тяжелые металлы и ионы из потоков жидкости, что делает ее полезной при очистке воды.

При нагревании кальцинированной магнезии до температуры от 1530° до 2300°C полученный продукт не вступает в реакцию и обладает исключительной стабильностью и прочностью при высоких температурах. Этот продукт, известный как "обожженная" или "спеченная" магнезия, в основном используется в качестве огнеупорного материала из-за его инертности и высокой температуры плавления.

При нагревании обожженной магнезии в электродуговой печи до температуры, превышающей 2800°C, образуется магнезия, полученная методом электроплавления. Она обладает более высокой прочностью, стойкостью к истиранию и большей химической стабильностью, чем магнезия, полученная методом электроплавления. Он используется при производстве огнеупорного кирпича премиум-класса, используемого в зонах повышенного износа кислородных печей, электродуговых печей или аналогичных печей, где температура может достигать 950°C.

Магнезия (оксид магния) также образуется при переработке морской воды и богатых магнием рассолов, но это очень сложный процесс, требующий гораздо больших затрат энергии, чем процесс нагрева природного магнезита.

Металлический магний может быть получен одним из четырех способов:

• В электролитическом процессе используется хлорид магния, полученный из магнезита, морской воды или рассолов, богатых хлоридом магния. Магнезит является предпочтительным источником магния, поскольку хлор перерабатывается в процессе, а не выбрасывается как отходы или побочный продукт.
• В силикотермическом процессе обожженный доломит или магнезит смешивается с ферросилицием (комбинацией железа и металлического кремния) для получения паров магния, которые затем конденсируются в охлаждающих емкостях с образованием металлического магния.
• Австралийский магниевый процесс, разработанный в Австралии, включает растворение чистой магнезитовой руды в соляной кислоте для получения хлорида магния. Затем хлорид магния очищают, обезвоживают до получения сухого сырья и подвергают электролизу в электролизере Alcan. Расплавленный магний выпускают из электролизера и разливают в слитки. Выделяющийся газообразный хлор перерабатывается и соединяется с водородом из природного газа для получения соляной кислоты для использования в технологическом процессе.
• Процесс карботермического восстановления является относительно новым методом получения металлического магния и представляет собой простую альтернативу более энергоемким силикотермическим и электролитическим процессам. В процессе карботермического восстановления углерод используется для восстановления оксида магния, в результате чего при температурах выше 1600°C образуются пары металлического магния и газообразный монооксид углерода. Затем пары металлического магния охлаждаются и конденсируются в продукт из металлического магния.