В повседневной жизни мы часто слышим название «магний», когда речь идет о фотографии. Среди фотографов магний известен как металл, способный моментально сгорать и дающий при этом яркий, ослепительный свет. Магний — единственный металл, обладающий такой странной способностью — гореть. Впрочем, при более близком знакомстве он поражает нас еще более странной особенностью.
Из практики фотографии мы знаем, что магний в порошке или в виде 0,3-миллиметровой проволоки сгорает моментально. Ту же магниевую проволоку, но сечением в 1 миллиметр можно зажечь от спички, и она сгорит вся, но уже несколько медленнее. Проволоку в 4—8 миллиметра можно зажечь лишь от бензинной горелки, но как только отнимешь ее от горелки, она немедленно гаснет. Наконец, проволока толще 10 миллиметров вовсе не горит. Что же это за странный металл и где он применяется?
Отличительные свойства магния в том, что он, во-первых, горит на воздухе ослепительно белым пламенем, а во-вторых, — чрезвычайно легок: его удельный вес — 1,71, т. е. в полтора раза меньше, чем у алюминия, и в 4,5 раз меньше, чем у железа. Благодаря этим двум особенностям магний получил сейчас очень широкое применение. Он применяется в фотографии, в пиротехнике, при производстве бенгальских огней, ракет, снарядов и т. д. В последнее время магний нашел применение в качестве конструктивного материала при изготовлении деталей машин, частей и различной аппаратуры.
*
Магний очень молодой металл. Серьезная работа над производством его началась не больше 20 лет назад, со времени мировой империалистической войны. Но открыт был магний еще в 1830 г. французским ученым Бюсси, впервые получившим его в виде чистого металла.
Первое способы получения магния заключались в том, что безводный хлористый магний сплавлялся с металлическим натрием. В результате получается металлический магний и хлористый натрий.
Спустя 22 года, в 1852 г., известным ученым Бунзеном был заложен фундамент современной металлургии магния. Разложив электрическим током хлористый магний, Бунзен получил магний в виде чистого металла.
Еще несколько лет спустя обнаружилось значение металлического магния в фотографии. Было налажено производство магния в ленте и порошке. Однако в течение ряда последующих десятилетий производство магния росло чрезвычайно медленно, так как стоимость металла при получении его указанным способом была сравнительно высокой.
И только в начале XX столетия производство магния приобрело обширное промышленное значение. Произошло это благодаря тому, что в 1909 г. в Германии был открыт электрический способ получения магния, значительно понизивший его стоимость. Способ этот сводился к разложению безводных хлористых солей посредством электрического тока. Но и в это время спрос на магний был еще очень невелик. Неожиданно резко возрос этот спрос еще через несколько лет, в начале империалистической войны, когда обнаружилось, что магний великолепно применим для производства зажжагельных бомб, ракет, сигнальных фейерверков.
В магние нуждались все воюющие страны, а производила его, фактически, одна только Германия, из которой воюющие с ней страны получить его, естественно, не могли. Поэтому Англия, Франция и Америка начали форсировать изыскания сырья и способов производства. А так как применялся магний, главным образом, для военных целей, способы его производства были строго засекречены.
Не следует, однако, думать, что значение магния ограничивается только военными целями. Его исключительные преимущества дали возможность с большим успехом заменять магнием дефицитные медь и алюминий. Именно поэтому этот легчайший из металлов в самое короткое время завоевал себе обширную сферу применения. Перед ним открылся широкий доступ во все те отрасли промышленности, которые так или иначе заняты обработкой цветных металлов. Потребление магния неуклонно растет, а одновременно с этим благодаря усовершенствованию способа его производства снижается и его стоимость.
 |
| Корпус нагнетательного авиационного мотора, сделанного из магниевого сплава |
В России вопрос о производстве магния был поставлен только во время войны. В 1915 г. в электротехническом и политехническом институтах в Петрограде были проделаны опыты, давшие положительные результаты, однако дальше лабораторных опытов дело не пошло. Уже только в 1916— 1917 гг. на опытном заводе Российского института прикладной химии были поставлены более широкие опыты. Заводская установка давала до 0,5 кг магния в сутки, но после 1917 г. она была остановлена. И это все, что осталось в наследство Советскому Союзу от дореволюционной России.
В СССР вопрос о производстве магния возник незадолго до начала первой пятилетки. В первый же год ее начались форсированные научно-изыскательные работы. Таким образом советский магний можно с полным правом считать целиком детищем первой пятилетки.
Как уже сказано, способы производства магния во всех странах были засекречены. В технической помощи нам было отказано. Поэтому нашим институтам пришлось всю работу по изысканию способов производства проводить совершенно самостоятельно. К 1930 г. Легинпромцветметом был разработан проект магниевого завода, а в 1931 г. была пущена первая печь магниевого завода.
*
В чистом виде магний в природе не встречается. Он встречается только в соединении с другими элементами в виде сернокислых, хлористых и углекислых солей. Запасы магния в природе колоссальны. Если запасы металлов на земном шаре принять за 100, то на долю магния приходится около 2,1%. Сравнивая запасы более употребительных металлов, мы получаем следующую картину:
Железо — 300
Магний — 200
Никель — 3
Медь — 1
У нас в СССР запасы магния даже больше, чем запасы железа.
Главным носителем магниевой соли является море. В морской воде растворено очень много различных солей. Так например, в Черном море на один литр воды приходится 18—22 грамма солей, в Балтийском 7— 10 граммов и т. д. В среднем для всех морей можно считать, что в одном литре воды содержится около 35 граммов солей. Из них на долю магниевых солей приходится весьма значительное место.
Но добывать соли из воды, взятой непосредственно из моря, не рентабельно. Для добычи солей используют водоемы морского происхождения, где концентрация солей значительно больше, чем в обычной морской воде. В СССР мы имеем такие водоемы в нескольких местах: перекопская группа, состоящая из девяти озер и расположенная между Черным морем и Сивашем, близ исторического Перекопа; запасы солей в этой группе исчисляются в 1 600 000 тонн; евпаторийская группа озер, главное из которых Сакское, и Сасык-Сиваш, сейчас уже эксплуатирующиеся. Кроме того, открыты и сейчас уже эксплуатируются громадные запасы калийных и магниевых солей на Урале, в районе города Соликамска.
Процесс добычи соли на Сакском заводе легко уясняется из нашей схемы. На берегу озера оборудован ряд бассейнов, соединенных между собой перекрывающимися каналами. Эти бассейны называются площадями. С наступлением жарких, летних дней озерная вода, или как ее называют — рапа, поступает первоначально на подготовительную площадь. Здесь под действием солнечного тепла из раствора испаряется вода, и рапа в бассейне концентрируется до насыщения. После этого рапу перекачивают на запасную площадь, где она остается до следующего года. За это время содержащийся в концентрате гипс (серно-кислый кальций) выпадает на дно, и начинается выделение поваренной соли. К этому моменту рапу перекачивают в следующий бассейн — на посадочную площадь, где на дно выпадает поваренная соль (хлористый натрий). Когда процесс выпадения соли близится к концу, начинается выпадение сернокислого магния. Для того чтобы поваренная соль при этом не загрязнялась, садку ее приостанавливают, и рапу перекатывают на площадь бромного завода.
 |
| Схема добычи соли на Сакском заводе |
На бромной площади при продолжающемся испарении рапы продолжается садка поваренной соли, и садится сернокислый магний. Освободившись от всего хлористого натрия и главной части сернокислого магния, рапа обогащается оставшимся в ней хлористым и бромистым магнием. Отсюда рапа поступает на завод, где действием на нее газообразного хлора добывают бром. С бромного завода рапа поступает на площадь завода хлористого магния, где из нее садится сернокислый магний и хлористый калий. Оставшаяся после садки рапа, содержащая теперь почти исключительно хлористый магний, концентрируется без затраты топлива.
С последней площади рапа поступает на завод хлористого магния, где выпаривается в специальных котлах и получается хлористый магний. Так заготовляется сырье для добычи магния.
Наряду с описанным практикуются и другие способы получения соли хлористого магния, но все они имеют одну и ту же основу — выпаривание — или естественным теплом или паром и газами. Рассмотрим теперь, как из магниевого сырья получается магний.
На заводе хлористого магния получают так называемый шестиводный хлористый магний, т. с. продукт, содержащий на каждую молекулу хлористого магния шесть молекул прочно связанной с ним воды. Непосредственно получить из него магний еще нельзя. Поэтому его отправляют в плавленом виде в запасных барабанах на заводы для дальнейшей переработки. Прежде всего его надо освободить от воды. Процесс этот очень сложен, так как удаление воды может вызвать превращение хлористого магния в окись магния и требует специальной аппаратуры.
Уже с первых лет развития магниевой промышленности предлагалось много способов обезвоживании хлористого магния. Но одни из них требовали очень сложной аппаратуры и удорожали стоимость металла, другие, часто хорошие по идее, не давали возможности конструктивно осуществить необходимую аппаратуру.
В Америке применяют другую схему получения магния. По этой схеме хлористый магний сначала сушится в печи сухим воздухом при температуре 160°. В результате получается продукт, содержащий 73% хлористого магния. Он поступает в другую печь, где нагревается до 300°. Сюда все время подают хлористый водород, удаляя оставшуюся в продукте воду. Полученный таким образом безводный хлористый магний затем подвергают электролитическому разложению на хлор и магний.
Техника этого процесса сводится к следующему. В расплавленном безводном хлорристом магние одни атомы заряжены положительно, другие отрицательно. Первые называются катионами, вторые анионами. Если в сосуд, в котором находится плав соли, опустить два проводника и один из них присоединить к положительному, а другой к отрицательному полюсу динамомашины, то катионы (ионы магния) притянутся к отрицательному полюсу, а анионы (ионы хлора) к положительному. На проводниках (полюсах) заряды катионов и ионов уничтожаются, и в результате ион магния превращается в металлический магний, а ион хлора в хлор (газ). А так как удельный вес магния меньше удельного веса выплава, то магний в виде шариков будет подниматься наверх. На этой основе происходит разделение металлического магния и расплава.
Движение ионов к электродам и восстановление их достигается пропусканием через ванну постоянного электрического тока. И чем большее количество электричества прошло через электрическую ванну, тем больше разложится соли, и тем больше будет получено магния. На получение одной тонны магния требуется затратить около 29 000 киловатт-часов.
Кроме того, применяются способы получения магния, не связанные с процессом электролиза. Таков, например, способ получения магния термическим путем. Но этот способ из-за сложности аппаратуры и самого процесса еще не получил промышленного значения.
*
Основные свойства магния в настоящее время уже сравнительно хорошо изучены. Как и все легкие металлы, магний легко вступает в соединение с другими веществами и с трудом от них отделяется. Чрезвычайная легкость и достаточная прочность магниевых сплавов дали возможность широко применять магний во многих отраслях промышленности, в частности в самолетостроении, в моторо- и автостроении. Уже несколько лет назад в итальянском воздушном флоте до 15% картеров (остов авиационного мотора) были сделаны из магниевых сплавов. В Германии фирма Хеммута-Кирц выпустила самолет, сделанный целиком из магниевого сплава (электрона). При испытании в государственной лаборатории этот самолет дал положительные результаты. Такой самолет из магниевых сплавов выпущен и у нас в СССР (об этом мы писали в № 5 «Т. М.» — Ред.).
Долгое время применение магния тормозилось тем, что он подвержен коррозии, Сейчас найдены уже средства очистки магния от примесей. Чистый же металл довольно устойчив против разрушения. Кроме того, в качестве противокоррозийного средства применяется добавка марганца, которая значительно повышает устойчивость магния, с той же целью практикуются различные краски, лаки и эмали.
Все сплавы, употребляющиеся в промышленности, можно разделить на две группы. К первой из них относятся магниевые сплавы с незначительными добавками других металлов. Такие сплавы получаются очень легкими и поэтому в технике их часто называют ультралегкими сплавами. Наиболее распространен из них электрон и доуметалл. Во вторую группу входят сплавы, в состав которых магний входит как полезная добавка, улучшающая свойства сплава, например, дюралюминий (альпакс).
 |
| Патрубок авиационного мотора, отлитый из сплава магния с алюминием |
Из первой группы сплавов на магниевой базе большое распространение получили выпускаемые фирмой «Грепехейм Электрон» сплавы типа электрон, представляющие сплав магния с цинком и обладающие высокими механическими свойствами.
Сплав дюралюминий, имеющий очень широкое распространение в авиапромышленности, содержит 0,5—1% магния и небольшое количество меди. Если дюралюминий нагреть и после нагрева подвергнуть закалке, то он приобретает твердость, не уступающую твердости углеродистой стали.
Магниевые сплавы при высоких механических свойствах очень легко поддаются механической обработке.
Таким образом сплавы магния можно отливать в формы, ковать и обрабатывать на станках. Это обстоятельство открывает перед магнием грандиозную перспективу во всех отраслях советского хозяйства и в частности в советском машиностроении.
Комментариев нет:
Отправить комментарий