Получение магния карбидотермическим способом

Впервые возможность получения магния восстановлением окиси магния углеродом была отмечена в немецкой литературе в восьмидесятых годах прошлого столетия, однако в течение примерно пятидесяти лет этот способ не был реализован. Дело в том, что восстановление окиси магния углеродом

является обратным процессом и протекает при температуре 2000°. Так как точка кипения магния 1107°, то для конденсации его паров образующеюся при реакции газовую смесь необходимо было бы охладить примерно до 1000°. Однако при охлаждении окись углерода окисляет магний почти полностью, и сконденсировать магний из газовой смеси невозможно, Поэтому были предложены следующие способы:
1. Разбавление газовой смеси нейтральным газом
2. Понижение общего давления газовой смеси при восстановлении в вакууме.
3. Поглощение паров магния каким-либо металлом.
Однако карбидотермический способ получения магния был осуществлен на практике лишь после того» как в начале 30-х годов текущего столетия Ф Гансгирг разработал новый способ торможения обратной реакции. Смесь паров магния и окиси углерода при выходе из реакционного пространства он смешивал с большим объемом холодного нейтрального газа, в результате чего температура смеси резко падала с 2000 до 200—250°, когда (особенно при большом разбавлении) обратная реакция практически не идет.
В результате резкого охлаждения магний из газовой смеси конденсируется в мельчайшую пыль, которую нельзя переплавить. Поэтому магний из этой пыли возгоняют в вакууме; полученный кристаллический возгон переплавляют или прессуют в горячем состоянии, получая полуфабрикаты.
Способ Гансгирга был проверен на опытном заводе в Радентейне (Австрия), затем в 1935—1938 гг. были построены два небольших завода в Хыннаме (Корея) и в Суэнси (Великобритания) мощностью около 1500 т каждый. В 1941 г был введен в эксплуатацию завод в Перманенте (США) мощностью 11 тыс. т магния в год.
Завод в Хыннаме был разрушен во время американской интервенции в Корее, завод в Суэнси был остановлен в конце второй мировой войны, а завод в Перманенте — в 1947 г. в связи с резким уменьшением спроса на магний в послевоенные годы. Значительное количество карбидотермической пыли, полученной во время войны на заводе в Перманенте, было использовано непосредственно для приготовления зажигательных составов.

Исходными материалами при производстве магния карбидотермическим способом являются окись магния и углеродистый восстановитель.
Окись магния. Окись магния имеет только одну кристаллическую модификацию — периклаз. Кристаллы окиси магния имеют ионные связи и решетку типа NaCl — куб с центрированными гранями. Постоянная решетки равна 4,20 А, расстояние между ионами 2,10 А.
Физические константы окиси магния для высоких температур достоверно не известны. Для точки плавления окиси магния в литературе приводится значение 2800°, однако сравнительно недавно опытным путем установлено, что эта точка лежит выше 3000°.
Для скрытой теплоты плавления окиси магния в литературе указываются значения от 18,5 до 30 ккал/моль. Скрытая теплота возгонки окиси магния при 25° составляет 150 ккал/моль. Согласно расчетам, произведенным в последнее время, упругость пара окиси магния при 1700° составляет около 0,02 мм рт ст.
Опытами доказано, что испарение окиси магния сопровождается ее диссоциацией.
Окись магния, полученная прокаливанием магнезита или брусита при низких температурах, имеет несколько большие размеры кристаллических ячеек, чем периклаз. Это обусловливает большую активность низкотемпературной окиси магния при химических реакциях.
Повышение температуры обжига значительно ускоряет рост частиц окиси магния, особенно полученной из гидроокиси. Хотя диссоциация гидрата окиси магния происходит при температуре около 400°, полное удаление воды из окиси магния достигается в результате прокаливания при 1000°.
Спекание магнезии, полученной из гидроокиси, заканчивается при температуре 1400—1500°. В случае применения природного магнезита необходима более высокая температура (на 100—150° выше). Спеканию магнезии способствуют добавки фтористого кальция (до 3%) или двуокиси титана, а также повышение дисперсности обжигаемого материала.
Исходные материалы должны быть достаточно чистыми, чтобы исключить накопление примесей в печи.
Для непрерывной работы печей без помех содержание MgO в магнезии должно быть не менее 95%.
Гидроокись магния на заводе в Перманенте обжигалась при температуре 1300°, в Хыннаме — при 1500°.
Углеродистый восстановитель. Физико-химические свойства углеродистых материалов зависят от их структуры и изменяются в довольно широких пределах.
В углеродистых восстановителях для магнезии содержание золы должно быть минимальным, чтобы избежать ее накопления в печи. Этим требованиям отвечает нефтяной или пековый кокс, а также древесный уголь.
Реакционная способность углеродистых материалов определяется по температуре их воспламенения. Из табл. 31 следует, что прокаливание уменьшает реакционную способность материалов. По мере повышения температуры прокаливания реакционная способность разных углеродистых материалов становится одинаковой.

Измельчение углеродистых материалов снижает их температуру воспламенения. После измельчения нефтяного кокса (—250 меш.) температура воспламенения понизилась против указанной в табл. 31 на 80—90°. Таким образом, восстановитель нужно измельчать как можно тоньше.
В шихту в качестве связующего вводят каменноугольный пек (5—7% от ее веса) или применяют нефтяной кокс с повышенным содержанием летучих (до 20%). ГОСТ предусматривает содержание летучих в нефтяном коксе не более 7%, однако повышение их количества не вызывает технических трудностей. Исключение пека из состава шихты упрощает ее приготовление.
Количество восстановителя рассчитывают с учетом реакций со всеми окислами в магнезии и золе, а также с углеродом электродов и угольной футеровкой рабочего пространства печи, Поэтому углерода в шихте должно быть, как показала практика, только 80—90% от расчетного количества, что соответствует содержанию в шихте примерно 75% магнезии и 25% восстановителя (содержащего 24% летучих).
На заводе в Перманенте восстановителем служит нефтяной кокс с 16% летучих. Компоненты шихты взвешивали на автоматических весах, а затем измельчали (—200 меш). Брикеты прессовали на двухвалковом ячейковом прессе при давлении около 900 кг/см2. Брикеты имели миндалевидную форму и размеры 38х25 мм, прочность их 80—100 кг/лш2. Опыты показали, что с повышением степени измельчения шихты ускоряется реакция восстановления.


Изобарный потенциал системы

в равновесном состоянии при температурах выше точки кипения магния характеризуется следующим соотношением:

где Kp — константа равновесия реакции;
рMg и рСО — равновесные парциальные давления соответственно паров магния и окиси углерода.
Результаты термодинамических расчетов представлены на рис 53 и в табл. 32 Из этих данных следует, что парциальное давление паров магния равно 1 ат (lg Kр = 0) при 1854°.
Расчет показывает, что равновесная концентрация двуокиси углерода над смесью окиси магния и углерода при температурах 2000° чрезвычайно мала. Однако это не исключает возможности промежуточного образования CO2 при протекании реакции.
На рис. 53 приведены также опытные данные А.И. Леонова, удовлетворительно совпадающие с расчетными.
Влияние отклонения от стандартного состояния газов — участников реакции — на ее равновесие показано на рис. 54. Равновесию при исходном парциальном давлении газов 1 мм рт. ст. отвечает температура 1270°, а при 0,1 мм рт. ст. — 1130°.

Существенное снижение равновесной температуры с уменьшением исходного парциального давления обусловлено образованием из твердых веществ двух молей газов.
Из рис. 54 следует, что восстановление окиси магния углеродом в вакууме возможно при 1200—1400°. При этом, как показывают опытные данные, закалка не нужна. Тредвел при восстановлении окиси магния сажей в вакууме без закалки получил выход магния 64%. Е.И. Xaзанов показал, что в этих условиях выход магния может быть около 90%, причем получаемая пыль не окисляется на воздухе, что упрощает ее переработку.
Восстановлению окиси магния углеродом в вакууме благоприятствует отсутствие остатков (что имеет место, например, в силикотермиче-ском процессе), однако возможность применения этого способа сомнительна вследствие необходимости откачивать из печи большие количества окиси углерода.


На механизм восстановления окиси магния углеродом существует несколько точек зрения: 1) углерод реагирует с парами окиси магния [78], 2) восстановление идет как у окислов других металлов — по двухстадийной схеме с промежуточным образованием CO2.

3) в качестве основного процесса принимается также непосредственное
взаимодействие исходных твердых реагентов.
Однако ни одна из этих схем не охватывает весь комплекс весьма
сложных превращений, результатом которых является уравнение (1).
Опыты показали, что летучесть окиси магния весьма мала даже в высоком вакууме, и опубликованные в литературе значения ее летучести недостоверны. Таким образом, первая из приведенных выше схем — взаимодействие паров окиси магния с углеродом — может иметь практическое значение только при очень высоких температурах, например в зонах электрических дуг в восстановительных печах.
Участие газовой фазы в процессе восстановления показано экспериментально. Однако сомнительно, чтобы образовалась CO2 при температуре 2000° и в присутствии столь активных паров, как магниевые. Высказано предположение, что газовая фаза при высоких температурах состоит из субокиси углерода — C3O2 Она либо непосредственно восстанавливает окислы металлов, либо выделяет при распаде очень активный атомарный углерод.
Непосредственное взаимодействие твердых веществ в принципе вполне возможно, однако оно может играть заметную роль при относительно высоких температурах — выше 1500°.

При более низких температурах (1200—1500°) и устранении возможности участия газов восстановление окиси магния углеродом, которое возможно, следовательно, только за счет взаимодействия твердых реагентов, идет весьма медленно.
Таким образом, при относительно низких температурах (до 1500—1600°) восстановление идет преимущественно по второй схеме — с промежуточным образованием CO2. По мере повышения температуры возрастает значение третьей схемы, а также, по-видимому, начинается промежуточное образование субокиси углерода При очень высоких температурах образуются и восстанавливаются пары окиси магния.
Поскольку карбиды магния — MgC2 и MgC3 — образуются с трудом и нестойки выше 800° нет оснований полагать, что они играют активную роль в восстановлении окиси магния или осложняют этот процесс.

Опытами установлено, что присутствие водорода в печи ускоряет улетучивание окиси магния (рис. 55). Ta же закономерность наблюдается и для скорости восстановления окиси магния при нагреве выше 1600° (рис 56). Эти явления могут быть объяснены по-разному, в частности восстановлением окиси магния водородом, которому должно благоприятствовать присутствие углерода. Образующиеся пары воды в свою очередь могут ускорить окисление CO и активировать взаимодействие твердых фаз Установлено также, что водород образует с углеродом углеводороды и углеводородные радикалы, представляющие собой активные восстановители. При температурах 2000° молекулы водорода в заметных количествах диссоциируют на атомы; атомарный водород значительно более активен как восстановитель и интенсивно реагирует с углеродом.
По-видимому, высокое парциальное давление водорода способствует образованию углеводородов и их радикалов, которые и ускоряют восстановление магнезии в большей степени, чем создание вакуума в аппаратуре.

Состав и количество восстановителя На рис. 57 сопоставлены скорости восстановления окиси магния древесным углем и нефтяным коксом. Первый оказался активнее: при 1690° в единицу времени восстанавливалось 9,5% окиси магния против ,5% восстановленных нефтяным коксом. Избыток углерода в 30% ускоряет реакцию, недостаток — замедляет ее (рис. 58).

Высокая реакционная способность древесного угля объясняется его микропористостью, т. е. большой удельной поверхностью. Отсюда следует, что при прессовании брикетов не следует применять чрезмерно больших удельных давлений, что подтверждается данными рис. 59.
Давление и состав газовой фазы. Понижение давления газовой фазы способствует ускорению реакции (рис. 60), но при давлениях менее 0,1 мм рт ст. реакция тормозится из-за недостатка газовой фазы, участвующей в восстановлении (рис. 61).
Пропускание аргона через печь ускоряет реакцию, так как при этом снижается парциальное давление образующихся газов (рис. 62). Водород, как отмечалось выше, ускоряет восстановление, но в то же время его среда благоприятствует развитию обратной реакции окисления карбидотермической пыли.

Активирующие добавки. В качестве активирующей добавки был испытан только фтористый кальций. Добавка его в количестве 1% ускоряет восстановление. При увеличении ее до 5% она не оказывает действия, а до 10% вызывает замедление реакции.


При охлаждении от 2000 до 200—250° магний дважды претерпевает фазовые превращения (г→ж, ж→г) с выделением скрытой теплоты этих превращений и увеличением теплоемкости, а это в свою очередь замедляет скорость охлаждения. Ниже 1100° скорость охлаждения магния замедляется еще больше потому, что тепло передается газу-охладителю не парообразным, а дисперсным, жидким или твердым магнием. Поэтому область температур конденсации магния наиболее опасна в отношении обратной реакции.

Мгновенное охлаждение паров магния до 200—250° обусловливает его получение в виде тонкой пыли с частицами в доли микрона. Выход магния доходит до 90%. Остальной магний окисляется в результате обратной реакции, целиком подавить которую невозможно. Кроме того, быстрой струей газа из печи выносится часть пылевидной шихты. В результате содержание активного магния в пыли (пусьере) не превышает 75—78%.
Вначале в качестве охладителя применялся водород. Он практически не реагирует с магнием (гидриды магния не стойки), его теплопроводность в пять-шесть раз выше, чем других газов, а вязкость примерно на 30% ниже.
Для охлаждения выходящей из печи газовой смеси до 250—200° необходимо на ее объем подать около 30 объемов водорода (при той же температуре). Газовая фаза, образующаяся в результате закалки, состоит из водорода и примерно 2% (объемы.) окиси углерода, которые могут реагировать между собой по реакции

Ниже 700° эта реакция идет вправо; образующиеся пары воды энергично реагируют в частицами магния. Интенсивное развитие этой реакции наблюдалось на практике на заводе в Хыннаме в тех случаях, когда в газах содержалось более 3% CO. Чтобы не допустить этого, в водороде, подаваемом на закалку, должно содержаться не более 0,5% CO.
Водород сравнительно дорог, и поэтому его необходимо использовать повторно, предварительно тщательно очистив от CO. В связи с усложнением и удорожанием производства магния от применения водорода для закалки пришлось отказаться.
Более эффективным и простым оказалось использование природного газа, состоящего из метана и его гомологов с примесью небольших количеств CO, CO2 и азота. В табл. 33 приведены физические свойства углеводородов и водорода.

На магниевом заводе в Перманенте применялся природный газ следующего состава, % (объемн.): 92,0 CH4, 4,3 С2Н6, 1,4 C3H8, 0,7 CO2, 1,6 CO и 1,6 проч. Газ очищался от CO2, а затем высушивался. Природные газы примерно того же состава имеются и в ряде районов России.
Отработанный природный газ используется повторно. Предварительно для поддержания концентрации CO в допустимых пределах часть использованного газа (около 30%) заменяется свежим. Выведенный газ применяется как топливо.
В оборотном природном газе содержится очень мало водорода, поэтому в газе, подаваемом на закалку, допускается до 3% CO
Состав пыли, получаемой при газовой закалке, зависит от рода га за, применяемого для этой цели (табл. 34).
Обращает на себя внимание высокое содержание углерода в пыли. При закалке водородом этот избыток составляет 25% от стехиометрического (по MgO и Ca в пыли). По-видимому, он обусловлен разложением летучих, выделяющихся из брикетов при их нагревании в печи. Отсюда следует, что целесообразнее коксовать брикеты до их загрузки в дуговую печь, хотя этого не делали ни в Перманенте, ни в Хыннаме. Опыты показали, что прочность брикетов в результате коксования уменьшается примерно на 25%, но остается достаточно высокой — порядка 50—55 кг/см2.

Значительный избыток углерода при закалке природным газом может быть объяснен термическим разложением природного газа на углерод и водород в момент закалки. Расчет показывает, что для получения избыточного углерода — примерно 14% из 22%, содержащихся в пыли (табл. 34), должен разложиться лишь 1% газа, подаваемого для закалки.
Хотя природный газ выгоднее для закалки, чем водород, он не устраняет ряда недостатков, присущих газовому способу закалки.
В связи с необходимостью применения больших количеств газа концентрация пыли в газовой фазе невелика. Для улавливания этой пыли приходится сооружать громоздкие фильтровальные установки, эксплуатация которых сложна и небезопасна, так как карбидотермическая пыль при соприкосновении с воздухом взрывается.
Указанные недостатки в значительной мере устраняются при использовании для закалки жидких углеводородов вместо природного газа. Нужный объем жидкого охладителя несравненно меньше, чем газа; при закалке используется скрытая теплота испарения охладителя; в результате аппаратура для переработки продуктов реакции меньше по объему. Весьма важно, что магниевая пыль, смоченная жидким охладителем, защищена от окисления не только окисью углерода, но и воздухом, поэтому полностью устраняется взрывоопасность процесса.
Удельный расход жидкости, обусловленный ее термическим разложением, составляет около 1 кг на 1 кг магния
При хорошем распылении жидкости выход магния может быть таким же, как при газовой закалке, т. е. 85—90%.
Наиболее подходят для закалки легкие соляровые погоны с температурой кипения около 170° и малой вязкостью. При закалке разлагаются преимущественно тяжелые углеводороды, содержащиеся в них. При этом на 1 кг магния образуется около 0,5 кг сажи и 1,8 ж3 газов, средний состав которых: 51% CO, 28% Н2, 21% CH4. Эти газы вполне пригодны для распыления масла при закалке, так как окись углерода в них не мешает благодаря обволакиванию маслом частичек пыли. Избыточный газ годится как топливо.
Разложение масла при закалке можно уменьшить при комбинированном охлаждении — сперва газом, а затем — маслом.
Опыты проведенные, в этом направлении, дали хорошие результаты.

Температура процесса (2000°) обусловливает целесообразность применения дуговых печей. Возможность использования пламенных печей исключается вследствие необходимости создать в рабочем пространстве печи нейтральную атмосферу; электрические печи других типов либо не в состоянии обеспечить необходимую температуру (печи сопротивления), либо не могут быть сооружены на большую мощность (индукционные печи).
Схематический разрез трехфазной печи мощностью 7000 квт при веден на рис. 63, Герметичный стальной кожух печи сварен из немагнитной стали для предотвращения его нагрева индукционными токами. Внутри кожуха на угольных подставках установлены угольные блоки, образующие рабочее пространство в форме усеченного конуса.

Если в рабочем пространстве печи будут зоны, где температура ниже равновесной, то там пойдет обратная реакция с образованием дисперсных окиси магния и углерода, которые потоком газов будут вы носиться из печи. Для устранения этой опасности рабочее пространство печи должно иметь возможно меньший объем и сохранять тепло. Поэтому в качестве тепловой изоляции применяют материалы, имеющие малый коэффициент теплопроводности, выдерживающие высокую температуру и не взаимодействующие с парами магния, — сажу или древесноугольную пыль. Подина набивается из углеродистой массы В боковой стенке рабочего пространства имеются отверстия одно — для измерения оптическим пирометром температуры в печи и другое — для удаления газов из рабочего пространства в камеру для закалки. Три электрода располагают в печи наклонно, чтобы сосредоточить выделение тепла в небольшом объеме.
Загрузочное устройство печи состоит из двух герметизированных бункеров, расположенных один под другим. После заполнения верхнего бункера брикетами воздух из него вытесняют азотом. Затем брикеты ссыпаются в нижний бункер, заполненный водородом, и из него тарелочным питателем непрерывно загружаются в печь по трубе из жароупорной стали.
Чтобы уменьшить рекристаллизацию магнезии при нагреве, необходима непрерывная загрузка печи. Поэтому время пребывания брикетов в печи должно быть сокращено до минимума, что достигается при загрузке их непосредственно под дугу. В условиях кратковременного и весьма сильного нагрева (около 1 мин) восстановление идет преимущественно на поверхности брикетов и столь быстро, что брикеты не успевают прогреться во всей толще; для рекристаллизации окиси магния времени не хватает. Таким образом, механизм восстановления в дуговой печи несколько иной, чем в лабораторных печах сопротивления, где восстановление идет во всей толще брикета.
Быстрое расходование брикетов и отсутствие шлаков позволяет иметь небольшой объем рабочего пространства при восстановлении.
Через сальники электродов в печь непрерывно подается водород, ток которого препятствует отложению продуктов обратной реакции возле электродов и тем самым их замыканию на корпус печи
Для описываемой дуговой печи мощностью 7000 квт применяли графитированные электроды диаметром 500 мм. При напряжении 150 в сила тока в электроде составляла 30800 а, проходная плотность тока 15,7 а/см2.
Печь имеет масляное и водяное охлаждение. Маслом охлаждают конус резкого охлаждения, развертку для прочистки головки конуса сальники электродов, трубу для загрузки брикетов в печь и корпус смотрового глазка. Водой охлаждают внешние узлы печи: крышку ее кожуха, холодильник, токоподводящие зажимы электродов.
Производительность дуговой печи и другие показатели ее работы зависят в первую очередь от успешного действия конуса резкого охлаждения, которое определяется следующими условиями:
1) хорошим смешением печных газов с охладителем;
2) количеством охладителя, поступающего в конус, и его температурой при выходе из распыляющих отверстий;
3) содержанием окиси углерода и влаги в газе охладителе;
4) температурой в рабочем объеме печи.
Скорость смешения печных газов с охладителем зависит от конструкции конуса, изменять ее во время работы печи невозможно Остальные параметры можно контролировать и регулировать на ходу. Наиболее успешная работа печи может быть достигнута при автоматизации ее управления
Расход энергии на восстановление зависит от выхода магния в пыль и суммарного к. п. д. печи — произведения теплового и электрического к.п.д.
Как отмечалось выше, выход магния в пусьеру может составить 90%. Тепловой к. п. д. такой мощной закрытой дуговой печи, как описанная, доходит до 80%, а электрической — до 90%, следовательно, суммарный к.п.д. можно принять равным 70%.
Производительность описанной печи мощностью 7000 квт в пересчете на магний в слитках составляет около 475 кг/час.
В табл. 35 приведены расходные коэффициенты на 1 кг магния в слитках, рассчитанные в зависимости от величины выхода магния в пыль. Из приведенных данных видно, что ухудшение выхода магния влечет за собой значительное ухудшение прочих показателей.

Аналогичные расчеты для жидкого охладителя показали, что на 1 кг магния в слитках необходимо подать на закалку около 35 л масла. Практически масло расходуется с некоторым избытком — около 45 л/кг При этом взвеси в масле будет всего 6—8% Транспортировка масла с таким количеством взвеси не представляет затруднений, так как оно густеет при содержании твердой фазы около 30%.

Содержание пыли в газе на входе в холодильник при 250° составляет около 20 г/м3 (38 г/нм3). Если принять, что в холодильнике оседает 40% пыли, то на выходе из него при 120° пыли будет 17 г/м3 (38 г/нм3) На заводе в Перманенте эту пыль улавливали в рукавных фильтрах. Перед фильтрами газы охлаждали до 100°. Одну дуговую печь обслуживало 14 фильтров по 28 рукавов в каждом. Пыль из рукавов ссыпалась непосредственно в бункеры над прессами для брикетирования. Пыль из холодильника перемещали туда же пневматическим транс портером, работающим на природном газе.
На заводе в Хыннаме пыль из дуговой печи улавливали два циклона, включенных последовательно. Циклоны оказались весьма удобными в работе, так как их не приходилось чистить, и в случае возгорания пыли они не выходили из строя, тогда как шерстяные рукава в фильтрах при этом сгорали. Однако циклоны плохо улавливают тонкую пыль. По этому выгоднее, очевидно, ставить мультициклоны.
На заводе в Суэнси пыль перемещали шнеком в стальных трубах диаметром 225 мм и длиной до 11 м.
Насыпной вес карбидотермической пыли 0,1 г/см3; в случае перемещения пыли в шнеках в результате ее уплотнения он возрастает до 0,2 г/см3. Для дальнейшей переработки пыль брикетируют. Пыль легко прессуется без связующего, если содержание магния в ней превышает 50%. Присутствие углерода в пыли, полученной закалкой природным газом, ватрудняет прессование. Его ведут на двухвалковых пресса. Высокая дисперсность магния, наличие на частицах магния пленки окиси, относительно высокое содержание в пыли сажи и магнезии, малая разница в удельном весе окиси магния, сажи и магния (при 750° соответственно 2,3; 2,1 и 1,47 г/см3) делают невозможным выплавление магния из пыли в инертном газе или в вакууме. Упругость паров прочих составляющих частей пыли ничтожна, но при возгонка магния из небрикетированной пыли или из непрочных брикетов они потоком паров магния уносятся в конденсатор.
Возгонка магния идет в ретортных печах при остаточном давлении не более 0,1—0,15 мм рт. ст.
Емкость печей завода в Перманенте составляла около 2200 кг брикетированной пыли/ Общая продолжительность процесса возгонки при мощности печи 80 квт была 72 часа, из которых на возгонку (при 750° в печи) приходилось 48 час. и на прогрев 24 часа. При этом в конденсаторе получали около 1300 кг магния в друзах.
По окончании возгонки реторту заполняют природным газом, а печь — азотом/ Затем реторту вынимают из печи и переносят в колодец, в который снизу вдувают холодный воздух. По охлаждении из конденсатора извлекают магний, плавят его и отливают в чушки. Остатки от возгонки, состоящие преимущественно из магнезии и сажи, применялись в резиновой промышленности в качестве наполнителя.
В послевоенное время были опубликованы сообщения о том, что на заводе в Перманенте была закончена разработка непрерывного способа переработки карбидотермической пыли.
Выход переплавленного магния из пыли (при улавливании 97,5% пыли, выходе магния при возгоне 95% и угаре при переплавке 5%) составляет

Расход электроэнергии на получение 1 кг магния в друзах в печи периодического действия составляет около 3 квт*ч/кг, а в слитках 3,4 квт*ч/кг.
Согласно приведенным выше данным, затрата энергии на восстановление составляет 15.6 квт*ч/кг. Расход энергии на вспомогательные нужды составляет около 0,6 квт*ч/кг. Таким образом, суммарный расход энергии на 1 кг магния в слитках не превышает 20 квт*ч/кг.
Карбидотермический магний обладает высокой чистотой. В частности, на заводе в Перманенте металл получали с содержанием 99,9785% Mg и следующего количества примесей (%): 0,001 Fe, 0,001 Si, 0,003 Al, 0,005 Mn, 0,005 Ca, 0,001 Zn, 0,0005 Cu, 0,005 Pb
На опытной установке Горного бюро США, на которой разрабатывалась технология закалки жидкими углеводородами, пульпа, газы, образовавшиеся в печи и при закалке, а также пары масла поступали в центробежный сепаратор, за которым быт установлен холодильник для полного улавливания паров масла. Из полученного в сепараторе твердого остатка отгоняли оставшееся в нем масло/ При этом тяжелые углеводороды частично разлагались с образованием кокса, благодаря чему твердый остаток превращался в прочный и вместе с тем пористый агломерат, из которого затем возгонялся магний.
Закалка маслами была успешно опробована на укрупненно-лабораторных установках К ее достоинствам относится взрывобезопасность процесса и небольшой расход масла, в связи с чем отпадает необходимость располагать магниевый завод вблизи источника получения закалочного агента.
Недостаток этого варианта закалки по сравнению с газовым заключается в небольшом удорожании магния.
Ряд патентов был выдан на применение жидких металлов для закалки; предполагается, что металл-охладитель будет одновременно растворять магний, предупреждая этим его обратное окисление.
Металл-охладитель, применяемый для закалки, должен, очевидно, удовлетворять следующим требованиям: растворять магний, обладать низкой температурой плавления, низкой упругостью паров, относительно большой плотностью, не взаимодействовать со стенками аппаратуры; кроме того, металл-охладитель не должен быть дорогим.
Всем этим требованиям удовлетворяют далеко не все металлы. Наиболее подходящим является свинец, однако расчет показывает, что на закалку 1 кг магния необходимо подать 235 кг свинца, т. е. содержание магния в сплаве после закалки будет примерно 0,4%. Повышение же содержания магния в сплаве путем его оборота вряд ли возможно, так как скорость окисления таких сплавов в жидком виде окисью углерода растет с повышением содержания магния. Опыты по отгонке магния из сплавов со свинцом, бедных магнием, дачи плохие результаты в магниевом конденсате оказалась заметная примесь свинца.
Для закалки предлагалось также применить алюминий и олово. В отличие от свинца, магний хорошо отгоняется из сплавов с этими металлами. Однако плотность алюминия близка к плотности окиси магния, и сплав алюминия с магнием будет, по видимому, плохо отделяться от неметаллических компонентов карбидотермической пыли. Применение же олова вряд ли перспективно из-за его высокой стоимости.
Применение жидких металлов для закалки может оказаться целесообразным при восстановлении в вакууме. В этом случае можно допустить большое насыщение сплава магнием, не опасаясь обратной реакции. Удаление сплава из вакуумной камеры печи может быть упрощено при применении жидкостного затвора из металла-охладителя.
Оба этих варианта еще не вышли пока из стадии лабораторных испытаний.

---

• Получение магния металлотермическим и карбидотермическим способами
• Энергетический баланс электролизера
• Оптимальные условия электролиза
• Производительность электролизера и удельный расход энергии при электролизе
• Конструкции магниевых электролизеров и технология электролиза