Файл: Беляев, А. И. История магния.pdf

Найденная в лабораторных условиях возможность сближения электродов была подтверждена положитель­ ными результатами работы опытных ванн на обоих маг­ ниевых заводах. На обоих заводах были проведены с положительными результатами также опытно-заводские испытания ванн с большей глубиной электролизеров, что способствовало повышению их мощности.

Это позволило с 1938 г. приступить к реконструкции Уральского магниевого завода. Великая Отечественная

и быстрее ввести в эксплуатацию второй на Урале Бе­ резниковский магниевый завод [101]. В результате уже

сты имели возможность ознакомиться с магниевой про­ мышленностью Германии [102], которая также основы­ валась на переработке карналлитов (Стассфуртского ме­ сторождения), но работала по технологической схеме, отличающейся от схемы отечественных магниевых заво­ дов (см. гл. IV).

Тем не менее некоторые особенности этой схемы и аппаратурного оформления на германских магниевых заводах представляли известный интерес для советской магниевой промышленности.

На состоявшейся в конце 1945 г. Третьей всесоюз­ ной производственно-технической конференции по лег­ ким металлам были подведены итоги десятилетней ра­ боты советской магниевой промышленности и подчерк­ нуто, что технологическая схема производства магния и соответствующая аппаратура разработаны в Советском Союзе самостоятельно, без иностранной технической по­ мощи.

За прошедшее время были достигнуты существенные успехи в увеличении производительности агрегатов и улучшения технологии; примерно в 1,5 раза увеличилась мощность электролизеров, превышена проектная мощ­ ность трубчатых вращающихся печей для обезвожива-

83

НйЯ карналлита й шахтных электрических печей для хлорирования окиси магния.

Послевоенные годы характеризовались дальнейшим углубленным изучением физико-химических процессов, связанных с подготовкой хлормагниевых солей и их эле­ ктролиза, а также совершенствованием соответствующих технологических переделов.

В связи с этим во Всесоюзном алюминиево-магние­ вом институте (ВАМИ) с 1947 г. под руководством В. А. Ильичева были поставлены исследования по тео­ рии обезвоживания карналлита, результаты которых позволили затем предложить более совершенную техно­ логию этого процесса и его аппаратурного оформления.

Была установлена оптимальная степень обезвожива­ ния карналлита в трубчатой печи и разработана конст­ рукция непрерывнодействующей электрической печи (СК.Н) для плавления карналлита после обезвоживания его в трубчатой печи. Электрические печи начали при­ менять в отечественной магниевой промышленности с 1953 г. вместо менее совершенных подовых печей. В ре­ зультате такой замены в несколько раз сократилась сте­ пень гидролиза карналлита при его переплавке. После­ дующая автоматизация электрических печей для плавле­ ния карналлита улучшила ее показатели и упростила обслуживание.

Дальнейшим шагом в совершенствовании технологии обезвоживания карналлита явилась разработка С. П. По­ ляковым хлоратора [103], который позволял осуществ­ лять не только дообезвоживание карналлита после вра­ щающихся печей, но и превращать в хлористый маг­ ний окись, содержащуюся в карналлите. Хлорирование осуществлялось газообразным хлором в среде расплав­ ленных хлористых солей.

Положительные результаты были получены при обез­ воживании карналлита в аппаратах кипящего слоя. Ис­ следования, предпринятые в этом направлении в БУШИ, показали, что весь процесс обезвоживания карналлита в этом случае может быть проведен в твердом состоянииПри этом значительно улучшаются технология и тех­ нико-экономические показатели процесса: повышается содержание хлористого магния в продукте, уменьшает­ ся расход топлива, сокращаются размеры аппаратов и достигается их полная автоматизация [103].

84

Существенные усовершенствования были внесены и в технологию получения безводного хлористого магния хлорированием магнезита. В ВАМИ под руководством В. А. Клементьева [104] была разработана шихта, со­ стоящая из измельченного природного магнезита и неф­ тяного кокса, брикетированных на пековом коксе. При­ менение этой новой шихты вместо прежней — типа це­ мента Сореля — значительно улучшило показатели ра­ боты шахтных электропечей: повысилась их производи­ тельность, увеличилась степень использования хлора, возросло содержание хлористого магния в продукте хло­ рирования.

Широкое развитие в послевоенный период получили исследования, относящиеся к процессу электролиза хло­ ристого магния. Работы здесь проводились как в лабо­ раторном, так и в заводском масштабах. Основными на­ правлениями при этом были следующие: 1) исследова­ ние физико-химических свойств и испытание новых со­ ставов расплавленного электролита; 2) исследование влияния различных факторов на процесс электролиза и 3) совершенствование и испытание различных конструк­ ций магниевых ванн.

К числу работ первого направления относились ис­ следования А. И. Иванова по изучению плавкости двой­

[1.06].

Изучением роли поверхностных явлений при электро­ литическом получении магния занимались А. И. Беляев и Е. А. Жемчужина [ 107]. Под руководством X. Л. Стрель­ ца в укрупненном лабораторном и заводском масшта­ бах проводились испытания электролитов, содержащих хлористый кальций.

Одновременно выполнялись работы, направленные на установление зависимости выхода по току, удельного расхода электроэнергии и производительности магниево­ го электролизера — от плотности тока, междуэлектродного расстояния и глубины электролизера [108].. Было установлено, что все эти факторы не могут рассматри­ ваться изолированно друг от друга, а только в их вза­ имной связи.

85

Вскоре после окончания Великой Отечественной вой­ ны на Соликамском магниевом заводе прошли испыта­ ния опытно-промышленных ванн различных конструк­ ций — с боковым и верхним вводом анодов. Было обра­ щено внимание на необходимость создания более жест­ кой конструкции катода, обеспечивающей постоянство междуэлектродных расстояний при их малых значениях.

Врезультате различных мероприятий по улучшению конструкций магниевых ванн происходило постепенное снижение удельного расхода электроэнергии, который с 1948 по 1954 г. снизился примерно на 30% [109].

Вэто же время механизировано (с помощью вакуумковша) извлечение магния из ванн, что привело к улуч­ шению условий труда в электролизных цехах, повыси­ ло производительность литейных отделений, дало воз­ можность транспортировать металл в литейные отделе­ ния в жидком виде и разработать технологию приго­ товления сплавов на основе жидкого металла. Это в свою очередь привело к значительному увеличению про­ изводительности плавильных печей и снижению соот­ ветственно удельного расхода электроэнергии на эту операцию. Было освоено также применение установок для механизированного литья чушек магния и их трав­ ления.

Одновременно происходило дальнейшее совершенст­ вование технологии производства магниевого сырья на действующих заводах и велась разработка новых техно­ логических схем, предусматривающих переработку хлормагниевых растворов (обезвоживание бишофита в пе­ чи кипящего слоя, во взвешенном состоянии, в хлорато­ рах и т. п.).

Вобласти электролитического производства продол­ жались работы по улучшению состава электролита маг­ ниевых ванн. Большое количество шлама в случае применения электролитов с высоким содержанием СаС12 (за счет гидролиза последнего) диктовало необходи­ мость подыскания иных составов электролита.

В1957—1961 гг. X. Л. Стрельцом и Н. В. Бонда­ ренко проведены исследования по изучению физико-хи­ мических свойств расплавов системы MgCl2 — ВаСІ2— KCl — NaCl и технологическому опробованию электро­

литов на основе этой системы для электролиза хлори­ стого магния от титанового производства [ПО]. В полу­

86

заводских условиях с электролитами, содержащи­ ми 10—15% ВаСІг, был получен выход по току 90—94%, а количество шлама составило 0,06 — 0,07 кг/кг маг­ ния против 0,1—0,5 кг/кг магния с электролитом, со­ держащим 35—40% СаС12.

В 1959 году К. Д. Мужжавлев, Ю. П. Бойко и И. С. Крыжко предложили применять для титаново­ магниевого производства так называемый натриево-кали­ евый электролит состава 10—20% MgCl2, 20—40% KCl, 40—60% NaCl, 0—10% СаС12 или ВаС12 [111]. При применении этого электролита выход по току магния в опытно-заводских условиях составил 90%, а количе­ ство образовавшегося шлама — 0,04 кг/кг магния [112].

На основании ряда исследований, касавшихся при­ чин потерь магния при электролизе [113], зависимости скорости хлорирования окиси магния от состава элект­ ролита [114] и растворимости хлора в электролите [115] было сделано заключение о том, что одним из основ­ ных свойств электролита, которое определяет выход по току, является хлорирующая способность по отношению к окиси магния; эта способность электролита возрастает с повышением содержания в нем хлоридов щелочных металлов и, наоборот, снижается с повышением содер­ жания хлоридов щелочноземельных металлов.

С 1958 г. большое внимание уделялось интенсифика­ ции процесса электролиза за счет увеличения мощности магниевых электролизеров.

К этому времени в советской магниевой промышлен­ ности работали электролизеры с боковым и верхним вво­ дами анодов на силу тока 50 ка. Работы, проведенные- в 1958—1959 гг., позволили создать промышленный эле­ ктролизер на 80 ка, который с 1960 г. был внедрен в промышленность. Кроме того, в 1959—1960 гг. разрабо­ тана и испытана конструкция магниевой ванны на ПО— 120 ка с верхним вводом анодов. Удельный съем металла с 1 м2 площади электролизера увеличился на 25—30%, а суточная производительность такого электро­ лизера возросла примерно в два раза по сравнению с производительностью обычных электролизеров.

Дальнейшее развитие электролитического производ­ ства магния в СССР связано с разработкой технологии централизованного питания и группового непрерывного обслуживания магниевых электролизеров и соответст­

87

Г л а в а VI

ИСТОРИЯ ПРИМЕНЕНИЯ МАГНИЯ

Исторически наиболее ранней областью применения металлического магния было, по-видимому, использова­ ние его в качестве восстановителя.

В 1865 г. Н. Н. Бекетов впервые применил магний для вытеснения с помощью его алюминия из расплав­ ленного криолита [74]. Этот процесс в восьмидесятые годы прошлого столетия применялся с промышленными целями на первом немецком алюминиевом заводе в Гмелингене. Всего на этом заводе по способу Бекетова было произведено 58 г алюминия, т. е. более 25% этого ме­ талла, полученного с 1854 по 1890 г. «химическими» способами [22].

Так как среднее использование магния в данном про­ цессе составляло 84%, то на каждую тонну алюминия расходовалось примерно 1,5 т магния, а следовательно, на производство алюминия на заводе в Гмелингене было всего затрачено 87 т магния. Этот металл на самом заводе получали электролизом расплавленного хлори­ стого магния.

Несколько позже была использована способность по рошка магния и тонкой магниевой ленты гореть ослепи­ тельно белым пламенем с выделением большого количе­ ства тепла. Это свойство магния получило применение в фотографии для моментальных съемок, а также в пиро­ технике и для военных целей.

Конечно, наиболее важной областью использования магния являлось его использование в качестве основы различных легких сплавов. Затем последовало примене­ ние магния и в других областях техники, проистекаю­ щее из специфических физико-химических и механиче-

89

ских свойств этого металла. По мере развития металлур­

нения.

Обобщая различные виды и области использования магния, следует заметить, что применение этого металла развивалось в основном в двух важнейших направле­ ниях: а) как неконструкционного и б) как конструк­ ционного материала.

Рассмотрим кратко историю применения магния в каждом из этих двух направлений.

Употребление магния как неконструкционного ма­ териала началось с использования его в таких областях, где первостепенную роль играла его высокая химиче­ ская активность. Как отмечалось выше, в первую оче­ редь магний был применен Бекетовым в качестве восста­ новителя для вытеснения с его помощью алюминия из криолита. Этот способ получения алюминия был, однако, оставлен, как только ему на смену пришел современ« ный электролитический процесс. Но реакция Бекетова не утратила своего практического значения и стала ис­ пользоваться для рафинирования вторичного алюминия от примеси магния путем переплавки металла с жидки­ ми хлоридными флюсами, содержащими криолит. В этом случае магний из металлической фазы переходил в со: левую в форме фтористого магния.

Сама же магниетермия, открытая Бекетовым, как спо­ соб получения других металлов вытеснением из их сое­ динений магнием, приобрела большое значение для сов­ ременной металлургии. В качестве примера можно ука­ зать, что магниетермия стала основным способом в про­ изводстве таких металлов, как бериллий и титан. Здесь с помощью магния в промышленных масштабах осуще­ ствляется восстановление (вытеснение) бериллия и тита­ на соответственно из фтористого бериллия [116] и че­ тыреххлористого титана [117]. С помощью магниетермии были получены такие трудновосстановимые метал­ лы, как ванадий, хром, цирконий и другие. Металличе­ ский уран также получается восстановлением его фто­ рида магнием.

Большая химическая активность магния по отноше­

90