Магний — важный металл для промышленности и жизни человека. Применение магния и его сплавов в авиации и космонавтике

1.Неконструкционное применение магния.

Благодаря большому химическому сродству к кислороду магний способен отнимать его у многих оксидов, также как и хлор у хлоридов. На этом свойстве магния основана магниетермия, открытая Бекетовым как способ получения других металлов вытеснением их магнием из соединений. Она приобрела большое значение для современной металлургии. В качестве примера можно указать что магниетермия стала основным способом в производстве таких металлов, как бериллий и титан. С помощью магниетермии были получены такие трудновосстанавливаемые металлы, как ванадий, хром, цирконий и другие. Магний используется для рафинирования вторичного алюминия от примеси магния путем переплавки металла с жидкими хлоридными флюсами, содержащими криолит. В этом случае магний из металичес-кой фазы переходит в солевую в форме фтористого магния.

Большая химическая активность магния по отношению к кислороду позволяет применять его в качестве раскислителя в производстве стали и цветного литья, а также (в порошкообразном виде) для обезвоживания органических веществ (спирта, анилина и др.).

Важное значение в современной химической технологии получил синтез сложных веществ с помощью магнийорганических соединений. Таким путем был синтезирован, в частности, витамин А.

Высокий электроотрицательный электродный потенциал дал возможность с большим эффектом применять магний в качестве материала для анодов при катодной защите от коррозии стальных и железных сооружений, находящихся во влажном грунте.

Легкая воспламеняемость дисперсного магния и способность его гореть ослепительным белым пламенем долгое время использовалась в фотографии.

Магниевый порошок стали применять также в качестве высококалорийного горючего в современной ракетной технике.

Введение небольшого количества металлического магния в чугун позволило значительно улучшить его механические (в частности, пластические) свойства.

Глубокая очистка магния от примесей, достигнутая в последнее время, позволила использовать его в качестве одного из компонентов при синтезе полупроводниковых соединений.

2. Конструкционное применение магния.

Основное преимущество металлического магния – его легкость (магний – самый легкий из конструкционных металлов). Технически чистый магний обладает невы-сокой механической прочностью, однако введение в него в небольшом количестве других элементов (алюминия, цинка, марганца) может значительно улучшить его механические свойства почти без увеличения удельного веса. На основе этих свойств магния был создан знаменитый сплав “Электрон”, содержащий, помимо магния, 6% алюминия, 1% цинка и 0,5% марганца. (В настоящее время под техническим названием “электрон” понимаются вообще все сплавы, в которых магний является главной составной частью). Плотность этого сплава – 1,8 г/см3; прочность на разрыв – до 32 кГ/мм2; твердость по Бринелю – 40–55 кГ/мм2. Этот, а также многие другие сплавы на основе магния широко применялись в авиа- и автостроении. В последнее время, однако, оказалось, что эти сплавы резко изменяют свои механические свойства при повышении температуры, и они были признаны непригодными. В результате было создано множество новых сплавов, отличавшихся значительно лучшими механическими и антикоррозийными свойствами, а также повышенной жаропрочностью и способностью сохранять свои прочностные харатеристики при повышении температуры. В эти сплавы вводились небольшие добавки различных элементов – циркония, тория, цинка, серебра, меди, бериллия, титана и других. Подобного рода сплавы нашли широкое применение в авиации и ракетостроении.

Кроме того, было создано большое количество разнообразных сплавов, в которых магний не является главной составной частью. Важнейшим из таких сплавов является “магналий” – сплав алюминия с 5-30% магния. Магналий тверже и прочнее чистого алюминия, легче последнего обрабатывается и полируется.

Как “магналий”, так и “электрон” на воздухе покрываются защитной окисной пленкой, предохраняющей их от дальнейшего окисления.

Введение 0,05% Mg в чугун резко повышает его ковкость и сопротивление разрыву. Многие магниевые детали применяются в настоящее время в самых разных областях электротехники. Небольшой вес изделий, выполненных из магниевых сплавов, явился также важной причиной применения их для изготовления различных бытовых предметов и аппаратуры.

Магниевые детали очень хорошо поглощают вибрацию. Их удельная вибрационная прочность почти в 100 раз больше, чем у лучших алюминиевых сплавов, и в 20 раз больше, чем у легированной стали. Это очень важное свойство при создании разнообразных транспортных средств.

Магниевые сплавы превосходят сталь и алюминий по удельной жесткости и поэтому применяются для изготовления деталей, подвергающихся изгибающим нагрузкам (продольным и поперечным). Магниевые сплавы немагнитны, совершенно не дают искры при ударах и трении, легко обрабатываются резанием
(в 6-7 раз легче, чем сталь, в 2-2,5 раза – чем алюминий).

Магний и его сплавы обладают очень высокой хладостойкостью.

Долгое время считалось, что область возможного применения магния ограничивается его легкой воспламеняемостью. Действительно, небольшие кусочки магния воспламеняются на воздухе при температуре 550⁰С. Однако изделия из магния и магний в слитках неогнеопасны, так как магний имеет очень высокую теплопроводность и нагреваемый участок детали быстро распространяет тепло по всей детали. Были даже попытки применения магния для изготовления двигателей внутреннего сгорания; в испытаниях он хорошо выдерживал тепло, но оказался недостаточно стоек к агрессивному воздействию продуктов сгорания. Поэтому магниевые поршни используются редко, в основном в гоночных машинах и в технике специального назначения.

Основной недостаток магния – пониженная стойкость против коррозии.
Магний сравнительно устойчив в сухом атмосферном воздухе в дистиллированной воде, но быстро разрушается в воздухе, насыщенном водными парами и загрязненном примесями, в особенности сернистым газом.

Магний нестоек в очень многих веществах, так как является самым активным из конструкционных металлов. Его поверхностная активная пленка имеет пористую структуру и поэтому слабо защищает от коррозии.

Магний совершенно устойчив к плавиковой кислоте и другим соединениям фтора, так как при контакте с ним образуется слой MgF 2 – прочная сплошная пленка. На этом основано применение магния для изготовления тары и насосов для перекачки плавиковой кислоты.

Магний стоек и при контакте с другими галогенами, причем, в отличие от алюминия, он спокойно переносит сухой хлор и стремительно разрушается во влажном.

На стойкости магния в броме и йоде основано применение его для изготовления резервуаров для их хранения. Кроме того, он устойчив в бензине, керосине, смазочных маслах, жирах и т.п. и из него делают емкости для хранения нефти и нефтепродуктов и бензобаки. Поверхность магниевых сплавов защищают от коррозии нанесением слоев лака, пленкой более стойкого металла, либо электрохимической и химической обработкой, а иногда – нанесением слоев эмали.

Чем чище магний, тем он устойчивее к коррозии. Это связано с тем, что он вступает в электрохимическую реакцию с крупицами практически любых других элементов, которая разрушает из двух веществ более активное.
Особенно вредоносными являются примеси железа, никеля, меди, хрома, свинца, кобальта – они способствуют коррозии магния даже в очень небольших количествах: например, предельно допустимая концентрация железа в промышленно выпускаемом магнии составляет 0,01%, никеля – 0,0005%.

С другой стороны, такие элементы, как марганец, цирконий, цинк, титан улучшают коррозионную стойкость магния: при добавлении к магниевому сплаву нескольких девятых процентов титана коррозионная стойкость увеличивается в
3 раза.

Если вы собрались сделать одним из хобби создание пиротехнических образцов, то перед вами первым делом встает проблема поиска необходимых компонентов для своей работы. И самый актуальный вопрос - где взять магний? Мы дадим на него развернутый ответ, попутно разобрав все уникальные особенности данного элемента.

Важное о магнии

Первым делом познакомимся с ним. Магний - один из распространенных элементов менделеевской таблицы. Занимает 2% состава земной коры - это седьмое место среди других составляющих. Его соли можно найти в морских водах, отложениях самосадочных озер.

Известно также более 200 природных соединений, содержащих в себе магний. Однако в промышленности в качестве сырья используют по большей мере доломит, магнезит и карналлит. Их месторождения образованы осадочным путем в докембрийский период. Наиболее крупные залежи расположены на территории РФ, США, Китая.

Это легкий бело-серебристый металл. Характерен ярким горением белого оттенка с выделением большого количества тепловой энергии.

Как определить магний?

Выясняя, где взять магний, важно знать его отличительные особенности, дабы не спутать данный металл с каким-либо другим.

Основные признаки следующие:

Применение

Магниевый порошок, прежде всего, применяется в военном деле и пиротехнической промышленности. Он необходим для создания легковоспламеняющихся сухих смесей. Из-за яркого белого пламени он незаменим для осветительных ракет, фейерверков белого цвета.

Широко используется и в химической экспериментальной практике, так как является активным восстановителем как в органических, так и в неорганических реакциях. Применяется и при получении водорода в лабораториях.

Выпуск продукции

Тем кто ищет, где взять металл магний, будет интересно узнать, в каких формах он поставляется производителями. В основном, это стружка или порошок. Выпускается по ГОСТ 6001-79. По стандарту содержание магния во всех формах не должно быть менее 99%. Доля поглощенной воды при этом - не более 0,01%.

Основных марок четыре: МПФ-1, МПФ-2, МПФ-3, МПФ-4. Их расхождения только в размере магниевых гранул.

Так как порошок отличается высокой химической активностью, то он поставляется в герметичной жестяной таре, не пропускающей воздух. Это обязательное условие хранения, так как взаимодействие его с кислородом может привести к самовозгоранию.

Покупка порошка или стружки

Самый простой способ "добычи" - это купить или заказать элемент. Где взять порошок магния? Вы можете найти магазин в своем городе либо заказать доставку почтой порошка или стружки на дом.

Сегодня магний продается не только в объемных промышленных тарах. Вы легко можете заказать его в емкости любой подходящей для вас фасовки. Так, например, 1 кг порошка магния обойдется вам, в среднем, в 300 рублей.

Покупку возможно совершить в интернет-магазинах "Алибаба", "Русхим", "Русский металл", "БВБ Альянс", Shilanet и прочих.

Где взять магний в домашних условиях?

Необязательно тратиться на приобретение элемента для своих опытов. Обследуйте свое жилище, приусадебный участок, двор, чердак или хранилище старых инструментов. Там вы сможете найти "сырье" совершенно бесплатно. Подскажем, где взять магний вероятно:

• Улитка старой бензопилы "Дружба" - элемент на 80% состоит из магниевого сплава.
• Двигатель автомобиля "Запорожец". Состав его крышки и блока цилиндров - магниевый сплав.
• Магниевые аноды для котла. Если вы не нашли их дома, купить элементы легко в магазинах стройматериалов и бытовой техники.
• Металлические точилки для карандашей. Если у вас нет таких собственных принадлежностей, их можно за небольшую цену купить в канцтоварах.
• Любые детали, имеющие надпись МГ-90.

Можно обратиться в пункт сбора металлолома. Узнайте о наличии магния и, на всякий случай, алюминия - сборщики часто путают их между собой.

Добыча в промышленных условиях

Основной путь получения магния на производстве - электролитическая плавка безводного хлорида магния в электролизной ванне. Так происходит расщепление его солей на ионы хлора и металла. Периодически из ванны подымается чистый магний и вместо него запускается новое сырье.

Этот способ характерен наличием примесей, поэтому магний проходит через дополнительное очищение. Это электролитическое рафинирование в вакуумных условиях со спецдобавками - флюсами. Последние оттягивают на себя примеси, в результате чего выходит практически чистый магний (содержание примесей - не более 0,0001%).

Актуален и термический способ. Создаются условия повышенной температуры, в которых протекает химическая реакция оксида магния с кремнием или коксом. В результате из доломита (исходного сырья) образуется высокоочищенный магний без прохождения этапа разделения на соли (кальция и магния) и проведения очистки. При этом способе источником извлечения металла также вполне может стать морская вода.

Теперь мы в курсе, где взять магний в промышленных и домашних условиях. Элемент для самостоятельных опытов можно также купить или заказать.

Свойства магния

Физико-химические свойства. Температура плавления магния 651 °С, температура кипения 1110 °C. На воздухе чистый магний медленно окисляется, покрываясь тонкой окисной пленкой, которая слабо предохраняет металл от дальнейшей коррозии. При нагревании магния в атмосфере азота до 500 °С образуется нитрид магния Mg3N2 - зеленоватый порошок, устойчивый без плавления до 600 °С. Магний слабо реагирует со щелочами и активно с разбавленными минеральными кислотами, выделяя при этом водород. Магний является химически активным металлом; он энергично восстанавливает менее активные металлы из их соединений.
С увеличением чистоты магния возрастает его устойчивость против коррозии. Хлористые соли и примеси металлов Fe, Si, Cu, Ni, Na, К резко понижают коррозионную стойкость магния в жидких средах. Скорость коррозии магния различной чистоты (марки Mг-1, сублимированного магния и очищенного зонной плавкой) в растворе соляной кислоты и хлорида калия представлена в табл. 9.
Скорость коррозии определялась по количеству водорода, выделившегося за один час с 1 см2 поверхности образца магния. Из табл. 9 следует, что содержание примесей существенно влияет на коррозионную стойкость магния. Магний, очищенный зонной плавкой, по коррозионной устойчивости сравним с магнием, очищенным сублимацией.

Механические свойства. Чистота магния оказывает значительное влияние на его механические свойства. Неметаллические включения, особенно окись магния, а также примеси меди, натрия и калия понижают его пластичность.
Ниже приведены значения предела текучести и прочности, относительного удлинения и микротвердости магния различной чистоты:

Из приведенных данных следует, что с повышением чистоты магния значительно возрастает относительное удлинение и понижаются пределы текучести, прочности, а также микротвердость магния. Магний, очищенный зонной плавкой, по своей прочности не уступает магнию, очищенному сублимацией, а по пластичности превосходит его. Это указывает на меньшее содержание в нем растворенных газов. Расплавленный магний поглощает большее количество водорода (0,26 см3/г), поэтому при кристаллизации металла вследствие выделения избыточного водорода в слитках образуется пористость.

Применение чистого магния

Магний высокой чистоты обладает рядом ценных свойств. Имея малое сечение захвата тепловых нейтронов (0,059 барна), сплавы на основе чистого магния являются хорошим конструкционным материалом в атомных реакторах при изготовлении оболочек тепловыделяющих элементов. Магний высокой чистоты широко применяется и в качестве восстановителя для получения урана из его тетрафторида. При этом резко возрастают требования к содержанию в магнии примесей с большим сечением захвата нейтронов.
Перспективным может быть применение высокочистого магния для синтеза полупроводниковых соединений с элементами IV-VI групп периодической системы Д.И. Менделеева. Ниже приведены свойства полупроводниковых соединений магния с элементами IV группы:

Эти соединения могут использоваться в термогенераторах, способных работать при повышенных температурах.
Магний, применяемый для синтеза полупроводниковых соединений, должен содержать минимальное количество электрически активных примесей, таких как медь, железо, бор, а также растворенных газов. Полупроводниковые свойства Mg2Pb были выявлены только после удаления из магния растворенных газов.
Магний чистотой 99,95% применяется как геттер в газоразрядных лампах с накаленным катодом, наполненным ртутью. Чистый магний применяют для изготовления катодов фотоумножителей и счетчиков Гейгера-Мюллера, предназначенных для регистрации излучений, лежащих в коротковолновой области спектра.
При использовании магния в качестве Конструкционного материала ограничивается содержание примесей, понижающих коррозионную стойкость, например, железа и хлоридов.
Выпускаемый отечественной промышленностью первичный магний, согласно ГОСТ 804-56, должен соответствовать по числу и содержанию примесей маркам магния Mг-1 и Mг-2. Ниже приведены предельно допустимые концентрации примесей, %:

Чистота магния по стандарту определяется по разности с восемью анализируемыми примесями. Полный анализ такого металла позволяет, однако, обнаружить в нем большое число и других примесей, правда в относительно небольших количествах. С помощью чувствительных методов анализа магния, полученного из морской воды, обнаружено в нем в качестве примесей около 60 различных элементов, содержание которых лежит в пределах 2*10в-4% (Al и Ca) - 6*10в-3% Cl. Характерным для магния, полученного из морской воды, является присутствие в нем примеси бора 4*10в-6%.
В магнии, извлеченном из электролизных ванн, всегда присутствуют примеси хлористых солей MgCl2, KCl, NaCl и CaCl2, захватываемых в виде электролита при отсасывании или вычерпывании магния из катодных ячеек ванны. Из неметаллических примесей в магнии часто присутствует окись магния.
Для рафинирования магния от солей и усреднения состава применяют переплавку его с флюсами. Для получения более чистого магния может быть применено несколько методов: возгонка в вакууме, электролитическое рафинирование и зонная плавка. В настоящее время промышленным способом очистки магния является возгонка его в вакууме.

Научно установлено, что магний — самый важный минерал для сердца. Более трехсот различных ферментов в организме зависят от магния . Куда ни посмотри, нас со всех сторон подстерегает угроза лишиться магния .

Вы страдаете судорогами в ногах и жалуетесь на учащенное сердцебиение или нарушение сердечного ритма? У вас слабая концентрация? У вас нервно подергиваются мышцы и вы раздражительны? Эти симптомы часто являются следствием нехватки магния в организме.

Этого минерала почти совсем нет в той напичканной сaxapoм мусорной пище, которая теперь составляет более 35% рациона среднего человека. Сельскохозяйственные культуры выращивают на почве, устойчиво обедняющейся магнием . Организм расходует большую часть своих скудных запасов на то, чтобы очиститься от смога, пестицидов и множества других ядовитых веществ.

Все, что после этого остается, из нас вытягивают потоотделение и , а также диуретики и другие лекарства. Для большинства из нас недостаток магния представляется неизбежной перспективой. Возраст превращает эту перспективу в реальность. По мере как мы стареем, мы усваиваем из пищи все меньше многих питательных веществ, в том числе и магния . Из-за проблем с зубами мы можем избегать орехов, семян и других хороших пищевых источников этого минерала. А кроме того, с возрастом, вероятно, мы также принимаем больше фармацевтических препаратов, истощающих его запасы.

При болезнях сердца

Знаменитый американский кардиолог, доктор Аткинс считает, что 98% людей с жалобами на сердце нуждаются в магнии и что магний будет полезен им всем. Для любого человека с больным сердцем при регулярном приёме пищевых добавок, содержащих магний, становится возможным следующее:

• Беспорядочные сердечные ритмы становятся более устойчивыми.
• Улучшаются показатели кровяного давления.
• В организме поддерживается лучший баланс калия — еще одного минерала, важного для сердечно-сосудистой системы.
• Сердце перекачивает больший объем крови без дополнительной потребности в кислороде.
• Сжавшиеся кровеносные сосуды расслабляются, обеспечивая более свободный кровоток.
• Приступы стенокардии (боли в груди) случаются менее часто.
• Из-за предотвращения слипания тромбоцитов снижается вероятность образования сгустков крови (тромбов), закупоривающих артерии.
• Повышается уровень ЛВП-холестерина и снижается концентрация ЛНП-холестерина.

При сахарном диабете

То, насколько хорошо организм метаболизирует сахар, тесно взаимосвязано с содержанием магния в крови. Именно этот факт делает этот минерал жизненно необходимым для людей с диагнозом . Колебания уровня сахара в крови сами по себе увеличивают риск магниевой недостаточности , которая, в свою очередь, в еще большей степени расстраивает сахарный обмен.

Добавки магния позволяют больным диабетом типа II легче регулировать содержание сахара в крови. В результате их потребность в пероральных антидиабетических препаратах обычно снижается и даже может полностью исчезать. Люди, подверженные приступам гипогликемии, также могут выравнивать резкие взлеты и падения концентрации сахара в крови. Хотя этот минерал не оказывает столь же драматического воздействия на диабет типа I, он тем не менее приносит заметную пользу, которой не следует пренебрегать.

При гипертонии

Лица, страдающие гипертонией при применении пищевых добавок, содержащих магний, могут снизить или полностью устранить свою потребность в диуретиках и других препаратах для снижения кровяного давления.

У , как правило, более низкие уровни магния по сравнению с теми, у кого показатели кровяного давления ближе к здоровой норме. Добавки действуют как природный аналог блокатора кальциевых каналов — еще одного стандартного противогипертонического препарата, — однако без его вредных эффектов.

Магний одновременно действует на все первопричины гипертонии — избыток инсулина в крови, низкий уровень калия и суженные кровеносные сосуды.

Добавки магния зачастую способны помогать и их детям справляться с несколькими возможными серьезными расстройствами кровяного давления.

Как уже более чем пятьдесят лет известно медицине, магний является избранным средством для лечения преэклампсии — относительно распространенного осложнения, возникающего на поздних стадиях беременности. Это осложнение характеризуется наряду с другими проблемами повышением кровяного давления и удержанием воды в организме.

В крайних случаях преэклампсии женщина может страдать от судорог или впасть в кому. И снова этот минерал является весьма эффективным средством лечения.

По оценкам исследователей, около 60% подобного рода гипертонических осложнений можно было бы избежать, если бы беременные женщины принимали пищевые добавки, содержащие магний.

Используя магний вместо лекарств, врачи также могли бы спасать некоторых младенцев, жизни которых угрожает высокое кровяное давление. Как описано в одной статье в медицинском журнале, врачи давали магний семи младенцам, после того как все другие медикаменты оказались неспособны им помочь. Ожидалось, что дети умрут, однако инъекции сульфата магния снизили у них кровяное давление и тем самым спасли им жизнь.

Тем, кто регулярно страдает от мигрени, нет нужды беспокоиться о необходимости в будущем ежедневно посещать врача для достижения устойчивого улучшения. Отличной профилактической мерой может служить пероральный прием пищевых добавок, содержащих магний.

При болях в мышцах и суставах

Для каждого, кто вынужден справляться с мышечными и суставными болями, характеризующими такое ревматическое заболевание, как фибромиалгия, магний является ценной составной частью эффективного лечения. Кроме того, этот элемент используется в дозах порядка 300-600 мг при лечении сходного недуга — синдрома хронической усталости.

Не исключено, что для предотвращения и, возможно, даже обращения вспять остеопороза магний более важен, нежели . Хотя магний составляет лишь часть костной ткани, он играет непропорционально важную роль, уравновешивая поступление кальция в организм и препятствуя его выведению.

Некоторые ученые даже утверждают, что наше потребление магния служит более надежным фактором, предсказывающим плотность костей, чем потребление кальция. При нехватке магния и других микроэлементов потребляемый нами дополнительный кальций будет откладываться не в костях, а где-нибудь еще — быть может, в стенках наших артерий.

Рост мышц и физическая сила, в особенности в результате силовых тренировок, явно зависят от этого минерала. Добавки магния привлекли большой интерес участников Олимпийских игр 1988 года, особенно гребцов, тяжелоатлетов и представителей других силовых видов спорта.

Уменьшая хрипы и способствуя расслаблению мышц бронхов, магний усиливает свою программу улучшения дыхания npи бронхите, эмфиземе и других хронических легочных заболеваниях. При внутривенном введении он полностью останавливает приступ астмы.

Спектр других лечебных действий магния весьма широк — он помогает при::

• при химической гиперчувствительности;
• бактериальных и вирусных инфекциях;
• судорогах ног;
• почечнокаменной болезни;
• перемежающейся хромоте — нарушении кровоснабжения ног, которое вызывает боль при напряжении мышц.

Последствия дефицита

Пролапс митрального клапана — состояние, характеризующееся слабостью клапана в сердце, повышает выброс магния из организма. Восстановление снабжения минералом помогает:

• корректировать низкий уровень сахара в крови — одну из главных проблем, связанных с пролапсом митрального клапана;
• противодействовать утомлению, которое, вероятно, представляет собой его наиболее часто встречающийся симптом.

У людей с рассеянным склерозом, паркинсонизмом, болезнью Альцгеймера или другими видами слабоумия содержание магния в крови заметно понижено по сравнению со средней нормой. У многих из них в мозгу обнаруживается необычно большое количество алюминия, а этот металл, как известно, мешает обмену магния . У пациентов психиатрических клиник также пониженные уровни этого элемента в крови.

Некоторые исследования предполагают, что явный дефицит магния может отягощать психиатрические симптомы и вызывать преждевременное старение мозга.

Ученые еще не проводили непосредственных исследований на людях для выяснения возможных взаимоотношений между магнием и раком, однако другие данные указывают на наличие тесной взаимосвязи. Например, у животных при диете с низким содержанием магния могут развиваться опухоли. С другой стороны, более высокая частотность случаев рака у людей, судя по всему, наблюдается в регионах, где почва и вода содержат наиболее низкие концентрации этого минерала. Кроме того, лучевая терапия и противораковые препараты истощают запасы этого минерала в организме.

Магний должен быть составной частью любой диетологической программы для улучшения сна. Он не только способствует более полноценному отдыху, но и противодействует бруксизму — непроизвольному скрежету зубами во сне.