镁冶金-概述+氯化镁制取-

1、生命之“镁”,第六章 镁冶金,21 概 述,211 炼镁的历史和现状 镁是一种轻金属，化学符号为Mg，在元素周期表中属IA族。原子序数为12，相对原子质量24305，化合价为+2。 金属镁从发现到现在经历了196年的历史。其发展大致包括以下几个重要发展阶段。 1808年，英国戴维(HDavy)电解汞和氧化镁的混合物，制取镁汞齐，然后得到金属镁。1828年，法国布赛(ABussy)用钾还原融熔的氯化镁制得纯镁。1833年，英国法拉第(MFaraday)电解熔融氯化镁制得纯镁。德国在1886年首先开始镁的工业生产，当时采用电解法。,21 概 述,211 炼镁的历史和现状 第二次世界大战期间，镁的产量迅速增加，全世界达到20余万吨。此时除了电解法之外，还有硅热还原法和炭热还原法。战后镁产量降低。20世纪60年代，法国发明了半连续热还原法(Magnetherm Process)。我国从20世纪50年代开始镁的工业生产。 1998年，全世界的镁产能约为35万t，分配如下,1998年全世界镁产能分配表,历年来全世界镁的产量,212镁的性质和用途,镁的化学性质 纯镁呈银白色。由于它与氧有很大的亲和力

2、，故其表面易被空气氧化。在其熔点以上，镁容易在空气中燃烧，发出眩目的白光，故镁粉或镁条广泛应用于闪光灯、信号弹、焰火等方面。镁也用作镍和铜冶炼中的脱氧剂，以及用作金属热还原剂，用来制取像钛、铬、钒、铍之类的高熔点金属。 镁与冷水发生缓慢反应，但与热水和酸类发生强烈的反应，生成氢气和相应的镁化物。 镁在无水氟酸中比较稳定，在其表面上生成一层氟化镁膜。 镁与氢发生反应，生成氢化镁(MgH2)，故镁可用作贮氢介质。,镁的物理性质,密度(999纯镁) 20时(固态) 1738gcm3 680时(液态) 155gcm3 电阻率(20时) 43cm 电阻率的温度系数(0100 时)41cmK 热导率(20时) 146J(cmK) 质量热容(20时) 098J(gK) 燃烧热 6103kJmol 熔点 650 沸 点 1 107 熔化热 372Jg 气化热 5 2744Jg,镁的蒸气压与温度的关系,镁的用途,镁与铝、锌、锂、稀土、锆等金属构成 合金，在工业上应用。在钢铁工业上， 镁用作钢中脱硫剂和铸铁球化剂。,1998年世界各地镁的用途分配 万t,213 镁矿,地壳中镁的质量分数平均为2，在各种金属

3、元素当中，仅次于铝和铁。自然界中已知有150多种镁化合物。海水中镁以氯化物形态存在，约为13kgm3。海水便是镁的取之不尽的来源。另外一种重要矿石是白云石(即碳酸镁和碳酸钙的络合盐)，它广泛产于世界各地。这些丰富的天然资源和广泛广泛的地理分布可使任何何国家，只要有适当的技术和比较便宜的能源，就能够独立地发展镁的工业生产，在这方面比铝更加优越。 我国有长达数千千米的海岸线，盛产卤块，又有广泛分布的白云石矿。辽宁省菱镁矿质地优良，且储量丰富。青海盐湖盛产光卤石和卤水。故我国具备发展镁工业的良好资源条件。,几种重要的炼镁原料,镁属于元素周期表上的IIA（第二主族）族碱土金属元素。具有银白色光泽，略有延展性。镁的密度小，离子化倾向大。 在空气中，镁的表面会生成一层很薄的氧化膜，使空气很难与它反应。镁和醇、水反应能够生成氢气。粉末或带状的镁在空气中燃烧时会发出强烈的白光。在氮气中进行高温加热，镁会生成氮化镁（Mg3N2）；镁也可以和卤素发生强烈反应；镁也能直接与硫化合。镁的检测可以用EDTA滴定法分析。,镁具有比较强的还原性，能与沸水反应放出氢气，燃烧时能产生眩目的白光，镁与氟化物、氢氟酸和铬酸

4、不发生作用，也不受苛性碱侵蚀，但极易溶解于有机和无机酸中，镁能直接与氮、硫和卤素等化合，包括烃、醛、醇、酚、胺、脂和大多数油类在内的有机化学药品与镁仅仅轻微地或者根本不起作用。但和卤代烃在无水的条件下反应却较为剧烈（生成格氏试剂）镁能和二氧化碳发生燃烧反应，因此镁燃烧不能用二氧化碳灭火器灭火。镁由于能和N和O2反应，所以镁在空气中燃烧时，剧烈燃烧发出耀眼白光，放热，生成白色固体。在食醋中的变化为快速冒出气泡，浮在醋液面上，逐渐消失。一些烟花和照明弹里都含有镁粉，就是利用了镁在空气中燃烧能发出耀眼的白光的性质。,包装标志：易燃固体2 包装类别：类包装2 包装方法：塑料袋或二层牛皮纸袋外全开口或中开口钢桶（钢板厚0.75 毫米，每桶净重不超过100 公斤）；塑料袋或二层牛皮纸袋外全开口或中开口钢桶（钢板厚0.5 毫米，每桶净重不超过50 公斤）；金属桶（罐）或塑料桶外花格箱；螺纹口玻璃瓶、铁盖压口玻璃瓶、塑料瓶或金属桶（罐）外普通木箱。2,运输注意事项：运输时运输车辆应配备相应品种和数量的消防器材及泄漏应急处理设备。装运该品的车辆排气管须有阻火装置。运输过程中要确保容器不泄漏、不倒塌、不坠

5、落、不损坏。严禁与氧化剂、酸类、卤素、氯代烃、食用化学品、等混装混运。运输途中应防曝晒、雨淋，防高温。中途停留时应远离火种、热源。运输用车、船必须干燥，并有良好的防雨设施。车辆运输完毕应进行彻底清扫。铁路运输时要禁止溜放。,储存注意事项：储存于阴凉、干燥、通风良好的专用库房内，远离火种、热源。库温不超过32，相对湿度不超过75%。包装要求密封，不可与空气接触。应与氧化剂、酸类、卤素、氯代烃等分开存放，切忌混储。采用防爆型照明、通风设施。禁止使用易产生火花的机械设备和工具。储区应备有合适的材料收容泄漏物。,基本用途,1、医疗用途 治疗缺镁和痉挛。,基本用途,2、体育用途 在紧张运动几小时前注射，或在紧张运动后注射以弥补镁的流失。 体操运动员常涂镁粉来增加摩擦力。 (是MgCO3) 医疗中：如果注射镁盐速度太快，会造成发烧和全身不适。,基本用途,生理用途 镁是人体细胞内的主要阳离子，浓集于线粒体中，仅次于钾和磷，在细胞外液仅次于钠和钙居第三位，是体内多种细胞基本生化反应的必需物质。正常成人身体总镁含量约25g，其中60%65%存在于骨、齿，27%分布于软组织。镁主要分布于细胞内，细胞外液的

6、镁不超过1%。在钙、维生素C、磷、钠、钾等的代谢上，镁是必要的物质，在神经肌肉的机能正常运作、血糖转化等过程中扮演着重要角色。,基本用途,生理用途 镁是一种参与生物体正常生命活动及新陈代谢过程必不可少的元素。镁影响细胞的多种生物功能：影响钾离子和钙离子的转运，调控信号的传递，参与能量代谢、蛋白质和核酸的合成；可以通过络合负电荷基团，尤其核苷酸中的磷酸基团来发挥维持物质的结构和功能；催化酶的激活和抑制及对细胞周期、细胞增殖及细胞分化的调控；镁还参与维持基因组的稳定性，并且还与机体氧化应激和肿瘤发生有关。,基本用途,生理用途,膳食中促进镁吸收的成分主要有氨基酸、乳糖等；抑制镁吸收的主要成分有过多的磷、草酸、植酸和膳食纤维等。成人从膳食中摄入的镁大量从胆汁、胰液和肠液分泌到肠道，其中60%70%随粪便排出，部分从汗和脱落的皮肤细胞丢失。,基本用途,整粒的种子、未经碾磨的谷物、青叶蔬菜、豆类和坚果是日粮镁最为丰富的来源；鱼、肉、奶和水果中镁含量较低；经过加工的食物，在加工过程中镁几乎全部损失。肌酸六磷酸、粗纤维、乙醇、过量的磷酸盐和钙离子削弱了镁的吸收，这可能是因为降低了内腔镁的浓度。,基本用

7、途,建议摄取量 中国营养学会建议，成年男性每天约需镁350毫克，成年女性约为300毫克，孕妇以及喂奶期女性约为450毫克，23岁儿童为150毫克，36岁为200毫克。可耐受最高摄入量（UL）定为700mg/d。 镁缺乏在临床上主要表现为情绪不安、易激动、手足抽搐、反射亢进等，正常情况下，由于肾的调节作用，口服过量的镁一般不会发生镁中毒。当肾功能不全时，大量口服镁可引起镁中毒，表现为腹痛、腹泻、呕吐、烦渴、疲乏无力，严重者出现呼吸困难、紫绀、瞳孔散大等。 镁广泛分布于植物中，肌肉和脏器中较多，乳制品中较少。动物性食品中镁的利用率较高，达30%40%，植物性食品中镁的利用率较低。,基本用途,缺乏表现 镁缺乏可致血清钙下降，神经肌肉兴奋性亢进；对血管功能可能有潜在的影响，有人报告低镁血症患者可有房室性早搏、房颤以及室速与室颤，半数有血压升高；镁对骨矿物质的内稳态有重要作用，镁缺乏可能是绝经后骨质疏松症的一种危险因素；少数研究表明镁耗竭可以导致胰岛素抵抗。 钙代谢异常。 造成神经系统问题，如记忆力衰退、神经错乱、抑郁症、幻觉、肌肉震颤等。 影响心脏、骨骼及胃肠道等器官功能。 引致肌肉无力、抽筋

8、等肌肉问题。,基本用途,治疗措施 轻度缺镁时，可由饮食或口服补充镁剂，可给予氧化镁或用氢氧化镁，为避免腹泻可与氢氧化铝胶联用。口服不能耐受或不能吸收时，可采用肌肉注射镁剂，一般采用20%50%硫酸镁。静脉给镁时需注意急性镁中毒的发生，以免引起心搏骤停。故避免给镁过多、过快，如遇镁中毒，应给注射葡萄糖酸钙或氯化钙对抗之。,基本用途,工业应用 镁是最轻的结构金属材料之一，又具有比强度和比刚度高、阻尼性和切削性好、易于回收等优点。国内外将镁合金应用于汽车行业，以减重、节能、降低污染，改善环境。发达国家汽车百公里耗油最终将实现3L目标，欧洲汽车用镁占镁总消耗量的14%，预计今后将以1520%的速度递增，2005年将达到20万吨。 与塑料相比，镁合金具有重量轻、比强度高、减振性好、热疲劳性能好、不易老化，又有良好的导热性、电磁屏蔽能力强、非常好的压铸工艺性能，尤其易于回收等优点，是替代钢铁、铝合金和工程塑料的新一代高性能结构材料。为适应电子、通讯器件高度集成化和轻薄小型化的发展趋势，镁合金是交通、电子信息、通讯、计算机、声像器材、手提工具、电机、林业、纺织、核动力装置等产品外壳的理想材料。发达国

9、家非常重视镁合金开发与应用，尤其在汽车零部件、笔记本电脑等便携电子产品的应用，每年以20%的速度增长，非常引人注目，发展趋势惊人。,基本用途,工业应用 金属镁是铝合金中的主要合金元素，世界年需求量在15万吨左右，2000年中国铝合金生产290万吨，用镁作合金元素，每年约需1.01万吨。 随着汽车工业、石油、天然气管线、海洋钻井平台，桥梁建筑等领域用高强度低硫钢的需求不断增加，中国鞍钢、宝钢、武钢、本钢、包钢、攀钢、首钢等钢厂已经用镁粉深脱硫，获得优质钢，取得良好效果。镁粉用于钢铁脱硫具有潜在市场。此外，镁粉还用于制造化工产品、药品、烟火、信号、照明弹等材料、金属还原剂、油漆涂料、焊丝以及供球墨铸铁用球化剂等。 镁牺牲阳极作为有效的防止金属腐蚀的方法之一，可广泛用在地下铁制管道、石油管道、储罐、海上设施、装备、民用等。 镁合金型材、管材用作自行车架、轮椅、康复和医疗器械等。,基本用途,工业应用 镁是可以在空气中燃烧的，燃烧时火花四射，十分美丽，因此烟花中通常都掺有一定量的镁粉，来达到美观的效果。 现代战争需要军队具有远程快速部署运动的能力，要求武器装备轻量化，在手持式武器、装甲战车、运输车、航空制导武器上将大量采用轻金属材料。轻量化是提高武器装备作战性能的重要方向。镁所具有的轻质特性决定了镁合金是生产航天器、军用飞机、导弹、高机动性能战车、船舶的必不可少的结构材料，因此，大力开发镁合金应用范围是国防现代化的需要。,工业发展,20世纪50年代以前，镁的发展依附于军事工业，20世纪60年代以后，由于金属镁在民用市场和空间技术的应用得到发展，于是推动了镁的平衡增长。近几年来随着镁合金在交通、电子及通信等领域应用的增长，世界镁的消费在逐年上升并增长迅速。 全世界（除中国外）有10个国家即美国、加拿大、挪威、俄罗斯、法国、意大利、前南斯拉夫、巴西、印度、朝鲜生产金属镁。2004年，世界金属镁开采量为58.4万吨， 其中，中国42.6万吨，加拿大5.4万吨，俄罗斯5万吨，以色列2.8万吨，哈萨克斯坦1.8万吨。,工业发展,20世纪90年代以来，市场经济拉动了中国镁工业的发展。在90年代的10年间，中国原镁

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