镁

    镁是元素周期表第三周期ⅡA族元素。元素符号Mg，原子序数12，原子量24.305。镁原子中电子排列为ls^2₂s²2p⁶3s²，成为离子时一般呈+2价，即Mg²⁺。
    镁是银白色金属，有很好的导热性和导电性。镁比较轻，密度约为铝的2/3、铁的115，属于轻金属。镁的主要物理性质列于表1中。

    镁在常温下能与空气中氧反应，生成致密的氧化镁薄膜。这层氧化膜阻止氧化继续进行。因此，镁在空气中是稳定的。镁粉和镁屑能在空气中燃烧，发出耀眼白光，因而是制作烟花的原料。300℃以上温度时，镁能与氮反应，生成Mg₂N₂，670℃以上温度时该反应激烈。500℃以上温度时，镁能与硫反应，生成MgS。在氯气介质中加热时，镁与氯气激烈反应，生成M₉Cl₂。常温下，镁能与水反应，生成Mg(OH）₂和H₂,由于表面生成了一层难溶的Mg(OH)₂，阻碍和减缓了反应的进行。镁易与酸反应，生成盐和H₂，与氢氟酸、磷酸和铬酸反应速度很缓慢，与盐酸、硝酸和硫酸反应很强烈。镁能将TiCl₄还原为金属钛。用镁还原TiCl₄是工业生产金属钛的主要方法。镁的氧化物（MgO），熔点高达2802℃，可作耐火材料。作耐火材料的氧化镁称为镁砂。轻质氧化镁常用作橡胶的填充料。MgO易吸收水分和CO₂,可作干燥剂和宇宙飞船中CO₂吸收剂。常温下，MgO溶解于水，生成Mg(OH)₂。MgO易溶于酸；溶于盐酸生成MgCl₂。MgO的工业生产，由煅烧Mg(OH)₂或MgCO₃制取。镁的碳酸盐、磷酸盐和氟化物难溶于水，易溶于盐酸等强酸中；硫酸盐、硝酸盐、氯化物、氯酸盐、高氯酸盐和乙酸盐易溶于水和酸。其中最重要的盐是氯化镁和碳酸镁。氯化镁是电解法炼镁的原料。MgCl₂无色，极易溶解于水，溶解度随温度升高而增大，20℃饱和溶液含MgCl₂ 35.5%。由于MgCl₂易溶于水，自然界中没有单独的氯化镁矿，氯化镁存在于盐湖和海，水中，或者与氯化钾结合在一起形成复盐钾光卤石（KC1·MgCl₂·6H₂O）存在于地下矿床中。碳酸镁形成的矿石是菱镁矿。菱镁矿在高温下煅烧，就得到了氧化镁。菱镁矿在高温下加碳氯化，可获得氯化镁。白云石是碳酸镁与碳酸钙的复盐(CaCO₃·MgCO₃）。白云石是热还原法炼镁的原料。[next]
    镁主要应用于铝合金、镁合金压铸件、钢铁脱硫和球墨铸铁。
    镁是铝合金的重要组分。能提高铝的热强度、增强可焊性、抗腐蚀性和改善机械性能。铝合金型材、板材和铸件用途很广。汽车制造、航空航天、电力、建筑业（铝门窗）和食品包装（易拉罐）等各行业都应用铝合金。很多铝合金含有镁，含镁量一般为0.5％-5%，个别的高达10%。因而，50％的镁用于铝合金，铝合金是镁的最大用户。
    钢铁用镁作脱硫剂，钢的含硫量可达到0.003%-0.001％。可大大改善钢的可铸性、延展性、焊接性和韧性。与其他脱硫剂比较，用镁脱硫的时间短、铁水温度降小，铁损失少，废渣排量也少。1t钢脱硫耗镁0.5-1.0 kg。20世纪80年代，北美和欧洲各国纷纷改用镁作钢铁脱硫剂。美国钢铁脱硫全部采用镁。钢铁脱硫成为镁的主要用户之一。钢铁脱硫用镁量已占镁消费总量14%左右。独联体、日本和中国钢厂也开始用镁作钢铁脱硫剂。
    生铁中加人镁，可使铁中鳞片状石墨体球状化。这种生铁叫球墨铸铁，球墨铸铁比普通铸铁流动性好，机械强度增加1-3倍。由于球墨铸铁性能优良，得到广泛应用，球墨铸铁用镁量约占镁消费总量5%。
    镁合金压铸件是镁作结构材料应用的主要形式。镁合金压铸件具有强度质量比大，比铝合金轻、减震性好、铸件精度高和能够铸成薄壁件等特点。镁合金压铸件应用越来越广泛。20世纪90年代，镁合金压铸件在轿车制造业的应用发展很快。节能和环境保护对人类越来越重要，一些国家规定了轿车耗3.79dm³汽油行驶的里程和尾气排放量。为此，必须减轻车身自重来降低油耗。世界各大汽车制造公司开始用镁合金压铸件作为轿车部件，用镁压铸件制作方向盘、座架、气缸盖和轮毅等。由于轿车应用镁合金压铸件，使镁合金压铸件成为镁消费第二大户，占镁消费总量的25％。
    此外，镁还可作为防腐用的牺牲阳极。大型钢槽罐和地下钢管焊上镁或镁合金块，可使钢槽罐和地下钢管腐蚀延缓、寿命延长。镁是生产钛、锆和铪等金属的还原剂。目前，世界上金属钛都是用镁还原TiCl₄生产的。钛厂内设有电解镁车间，电解出的镁加人还原炉还原TiC1₄，产出钛和MgCl₂，MgCl₂返回电解镁车间加人电解槽，如此循环。镁还可用来制作烟花和人造光源。近年来，镁在通讯、电子仪表和计算机等行业中也开始广泛应用。
    镁是地壳中含量较多的元素之一，按量排序为第八位，占地壳质量2.1％。镁在地壳中分布较广，地壳含有1500多种矿物，含镁矿物约占200种。自然界中，镁呈碳酸盐、硅酸盐、硫酸盐、卤化物和氢氧化物形式存在。常见的分布比较集中的矿物，碳酸盐类有菱镁矿(MgCO₃）和白云石（MgCO₃·CaCO₃）：硅酸盐类有橄榄中（MgFe₂SiO₄）、滑石（3MgO·4SiO₂·2H₂O）和蛇纹石（3MgO·2SiO₂·2H₂O）；硫酸盐类有硫镁矾（MgSO₄·H₂O）、泻利盐(MgSO₄·7H₂O）和钾镁矾（MgSO₄·KCl·6H₂O) ;卤化物有氯化镁(MgCl₂) ,溴化镁(MgBr₂）和光卤石（KCl·MgCl₂·6H₂O)，氯化镁和溴化镁存在于盐湖水和海水中。[next]
    目前世界上工业生产镁使用的原料为菱镁矿、白云石、光卤石、盐湖水和海水。
    菱镁矿是碳酸盐矿物，化学式为MgCO₃，理论上含MgO 47.82％、CO₂ 52.18％。菱镁矿常含有CaCO₃、MgCO₃和SiO₂等杂质，颜色多为白色和淡黄色。中国、俄罗斯、朝鲜、美国、加拿大、澳大利亚、巴西、南斯拉夫、斯洛伐克、奥地利和希腊等国家有菱镁矿。世界上储量最大、质量最好的菱镁矿是中国辽宁大石桥镁矿。世界上开采出的菱镁矿，绝大部分用于生产耐火材料，用于生产镁的只占很小部分。用于炼镁的菱镁矿纯度要求较高。用菱镁矿作原料炼镁采用的是电解法，需将菱镁矿中碳酸镁转变成电解原料氯化镁。转变的方法，在高温下将菱镁矿与氯气反应制取无水氯化镁，或将菱镁矿溶解于盐酸制取氯化镁，经脱水得到无水氯化镁。
    白云石是碳酸镁与碳酸钙复盐，化学式为CaCO₃·MgCO₃，理论上含MgO 21.8 %、CaO₃0.4%、CO₂ 47.68。理论上CaO与MgO质量比为1.39,但大多数白云石中CaO与MgO质量比为1.4-1.70白云石含有A1₂O₃, Fe₂O₃和SiO₂等杂质，颜色多为白色和灰色。白云石在地壳中分布很广，几乎如同石灰石一样广泛，几乎各国都有。很多国家有大型优质白云石矿，如中国、俄罗斯、美国、加拿大、法国、英国、德国、奥地利、意大利和巴西等。中国几乎各省都有白云石矿，著名的大型优质白云石矿有南京白云石矿等。世界上开采出的白云石矿，大部分用作耐火材料和炼铁熔剂，炼镁用的白云石占小部分。炼镁用的白云石纯度要求较高。白云石，既可作为热还原法炼镁原料，也可作为电解法炼镁原料。电解法炼镁，需将白云石中MgO转变为电解原料MgC1₂。
    光卤石是氯化镁与氯化钾的复盐，化学式为KCl·MgCl₂·6H₂O,理论上含MgCl₂34.5％、KCl 26.7%、H₂O 38.896。天然光卤石含有NaCl、NaBr、MgSO₄、FeSO₄等杂质。纯的光卤石呈无色透明，由于含有杂质，通常有粉红色、淡黄色。光卤石分布比较集中，只有几个国家有光卤石矿。俄罗斯、德国、西班牙、美国、刚果（布拉柴维尔）等国家有光卤石矿。俄罗斯的索列卡姆矿是世界著名的大型优质光卤石矿。中国尚未发现光卤石矿。
    盐湖和海水都含有MgCl₂，经过富集、去除杂质，就成为炼镁原料。海水中含有80多种元素，含量最高的金属元素是钠，其次是镁。1m³海水含MgCl₂ 3.8 kg,地球上海水中MgCl₂总量约7.9×10¹⁵t，因此海水是最大镁资源。中国海岸线18000km左右，海水资源是非常丰富的。盐湖水含MgCl₂ 3%-11％。盐湖在地球上不多。美国犹他州大盐湖面积2890km²，罗莱（Rowley）镁厂以大盐湖湖水为原料炼镁。中东地区死海长75km,宽15km,深390m,湖水含MgCl₂ 10.1％。以色列死海镁厂以死海湖水为原料炼镁。俄罗斯有几个盐湖，其中最大的是紧靠里海的卡拉波加兹湖，面积18000km²。中国青海柴达木盆地有几十个盐湖，MgCl₂总储量36.5亿吨；其中最大的察尔汉盐湖面积5800km²，MgCl₂储量16.2亿吨。[next]
    金属镁于1808年由英国H.戴维首次从氧化镁中分离出来。1830年英国M.法拉第电解熔融氯化镁制得镁。1886年德国电解熔融氯化镁开始工业生产金属镁。后来，又开发了热还原法炼镁。这样形成了工业生产金属镁的两大类方法—熔盐电解法和热还原法。熔盐电解法是将含氯化镁原料提纯成无水氯化镁或将含镁原料转化成无水氯化镁，在熔融状态下电解出金属镁。电解法按原料和制取无水氯化镁的方法划分有卤水脱水电解炼镁，简称卤水炼镁；光卤石脱水电解炼镁，简称光卤石炼镁；氧化镁氯化电解炼镁，其中又分为氧化镁成球氯化电解炼镁和菱镁矿氯化电解炼镁。热还原法炼镁是在高温下用还原剂还原煅白（白云石锻烧后的产物CaO·MgO）制取金属镁。现在工业生产采用的还原剂是硅铁，又简称硅热法。硅热法按还原炉划分有皮江法和半连续法。
    电解法炼镁，能耗较低，生产成本较低，适合于大型镁厂，世界上大部分镁是由电解法生产的。但电解法炼镁生产工艺流程长，建厂投资较大，建厂地区必须电力充足，必须考虑Cl2的销售，生产过程中有Cl₂和酸性废水排出，必须妥善处理才能达到环保要求。热还原法炼镁，原料来源广泛，生产工艺流程短，气、液和固体燃料均可使用，投资少，建厂容易，没有有毒废物排出，环保条件比较好。但由于以硅铁作还原剂，总能耗（含硅铁的）较高。