Gunnar Nordberg
Magnesium (Mg) ist das leichteste bekannte Strukturmetall. Es ist 40 % leichter als Aluminium. Metallisches Magnesium kann gewalzt und gezogen werden, wenn es zwischen 300 und 475 °C erhitzt wird, ist jedoch unterhalb dieser Temperatur spröde und neigt dazu zu brennen, wenn es weit darüber erhitzt wird. Es ist in einer Reihe von Säuren löslich und geht mit ihnen Verbindungen ein, wird jedoch nicht von Fluss- oder Chromsäuren angegriffen. Im Gegensatz zu Aluminium ist es beständig gegen Alkalikorrosion.
Vorkommen und Verwendungen
Magnesium kommt in der Natur nicht in reiner Form vor, sondern kommt im Allgemeinen in einer der folgenden Formen vor: Dolomit (CaCO3·MgCO3), Magnesit (MgCO3), Brucit (Mg(OH)2), Periklas (MgO), Carnallit (KClMgCl2· 6H2O) oder Kieserit (MgSO4· H.2Ö). Außerdem kommt es als Silikat in Asbest und Talkum vor. Magnesium ist so weit über die Erde verteilt, dass Einrichtungen für die Verarbeitung und den Transport des Erzes oft die entscheidenden Faktoren bei der Auswahl eines Bergbaustandorts sind.
Magnesium wird hauptsächlich in legierter Form für Komponenten von Flugzeugen, Schiffen, Automobilen, Maschinen und Handwerkzeugen verwendet, für die sowohl Leichtigkeit als auch Festigkeit erforderlich sind. Es wird bei der Herstellung von Präzisionsinstrumenten und optischen Spiegeln sowie bei der Rückgewinnung von Titan verwendet. Magnesium wird auch in großem Umfang in militärischer Ausrüstung verwendet. Da es mit so intensivem Licht brennt, wird Magnesium häufig in Pyrotechnik, Signalfackeln, Brand- und Leuchtspurgeschossen sowie in Blitzlampen verwendet.
Magnesiumoxid hat einen hohen Schmelzpunkt (2,500 ºC) und wird oft in die Auskleidung von feuerfesten Materialien eingearbeitet. Es ist auch ein Bestandteil von Tierfutter, Düngemitteln, Isolierungen, Wandplatten, Erdölzusätzen und elektrischen Heizstäben. Magnesiumoxid ist in der Zellstoff- und Papierindustrie nützlich. Außerdem dient es als Beschleuniger in der Gummiindustrie und als Reflektor in optischen Instrumenten.
Andere wichtige Verbindungen umfassen Magnesiumchlorid, Magnesiumhydroxid, Magnesiumnitrat und Magnesiumsulfat. Magnesiumchlorid ist Bestandteil von Feuerlöschern und Keramik. Es ist auch ein Mittel zum Feuerfestmachen von Holz und zur Textil- und Papierherstellung. Magnesiumchlorid ist ein chemisches Zwischenprodukt für Magnesiumoxychlorid, das für Zement verwendet wird. Eine Mischung aus Magnesiumoxid und Magnesiumchlorid bildet eine Paste, die für Fußböden nützlich ist. Magnesiumhydroxid ist nützlich für die Neutralisation von Säuren in der chemischen Industrie. Es wird auch in der Uranverarbeitung und in der Zuckerraffination verwendet. Magnesiumhydroxid dient als Rückstandsheizöladditiv und als Inhaltsstoff in Zahnpasta und Antazidum-Magenpulver. Magnesiumnitrat wird in der Pyrotechnik und als Katalysator bei der Herstellung von Petrochemikalien verwendet. Magnesiumsulfat hat zahlreiche Funktionen in der Textilindustrie, darunter das Beschweren von Baumwolle und Seide, das Feuerfestmachen von Stoffen sowie das Färben und Bedrucken von Kattun. Es findet auch Verwendung in Düngemitteln, Sprengstoffen, Streichhölzern, Mineralwasser, Keramik und kosmetischen Lotionen sowie bei der Herstellung von Perlmutt und mattierten Papieren. Magnesiumsulfat verstärkt die Bleichwirkung von Chlorkalk und wirkt als wasserkorrigierendes Mittel in der Brauindustrie und als Abführ- und Schmerzmittel in der Medizin.
Legierungen. Wenn Magnesium mit anderen Metallen wie Mangan, Aluminium und Zink legiert wird, verbessert es deren Zähigkeit und Belastbarkeit. In Kombination mit Lithium, Cer, Thorium und Zirkonium werden Legierungen hergestellt, die ein verbessertes Festigkeits-Gewichts-Verhältnis sowie beträchtliche Hitzebeständigkeitseigenschaften aufweisen. Dies macht sie in der Luft- und Raumfahrtindustrie für den Bau von Strahltriebwerken, Raketenwerfern und Raumfahrzeugen von unschätzbarem Wert. Eine große Anzahl von Legierungen, die alle über 85 % Magnesium enthalten, sind unter dem allgemeinen Namen Dow-Metall bekannt.
Gefahren
Biologische Rollen. Als wesentlicher Bestandteil des Chlorophylls wird der Magnesiumbedarf des menschlichen Körpers zu einem großen Teil durch den Verzehr von grünem Gemüse gedeckt. Der durchschnittliche menschliche Körper enthält etwa 25 g Magnesium. Es ist nach Calcium, Natrium und Kalium das vierthäufigste Kation im Körper. Die Oxidation von Lebensmitteln setzt Energie frei, die in den energiereichen Phosphatbindungen gespeichert wird. Es wird angenommen, dass dieser Prozess der oxidativen Phosphorylierung in den Mitochondrien der Zellen stattfindet und dass Magnesium für diese Reaktion notwendig ist.
Experimentell erzeugter Magnesiummangel bei Ratten führt zu einer Erweiterung der peripheren Blutgefäße und später zu Übererregbarkeit und Krämpfen. Bei Kälbern, die nur mit Milch gefüttert wurden, trat eine ähnliche Tetanie auf wie bei Hypokalzämie. Ältere Tiere mit Magnesiummangel entwickelten „Grastaumeln“, ein Zustand, der eher mit einer Malabsorption als mit einem Mangel an Magnesium im Futter verbunden zu sein scheint.
Beim Menschen wurden Fälle von Magnesium-Tetanie beschrieben, die denen ähneln, die durch Calciummangel verursacht werden. In den gemeldeten Fällen lag jedoch neben einer unzureichenden Nahrungsaufnahme ein „konditionierender Faktor“ wie übermäßiges Erbrechen oder Flüssigkeitsverlust vor. Da diese Tetanie klinisch der durch Kalziummangel verursachten ähnelt, kann eine Diagnose nur durch die Bestimmung der Blutspiegel von Kalzium und Magnesium gestellt werden. Normale Blutspiegel reichen von 1.8 bis 3 mg pro 100 cm3, und es wurde festgestellt, dass Personen dazu neigen, komatös zu werden, wenn sich die Blutkonzentration 17 mg Prozent nähert. „Aeroform-Tumoren“ aufgrund der Entwicklung von Wasserstoff wurden bei Tieren durch das Einbringen von fein verteiltem Magnesium in das Gewebe erzeugt.
Toxizität. Magnesium und Legierungen, die 85 % des Metalls enthalten, können in ihren toxikologischen Eigenschaften gemeinsam betrachtet werden. Ihre Toxizität gilt in der Industrie als gering. Die am häufigsten verwendeten Verbindungen, Magnesit und Dolomit, kann die Atemwege reizen. Allerdings sind die Dämpfe von Magnesiumoxid, wie die bestimmter anderer Metalle, können Metallrauchfieber verursachen. Einige Forscher haben über eine höhere Inzidenz von Verdauungsstörungen bei Arbeitern in Magnesiumfabriken berichtet und vermuten, dass ein Zusammenhang zwischen Magnesiumabsorption und gastroduodenalen Geschwüren bestehen könnte. Beim Gießen von Magnesium oder Hochmagnesiumlegierungen werden fluoridhaltige Flussmittel und schwefelhaltige Inhibitoren verwendet, um das geschmolzene Metall mit einer Schwefeldioxidschicht von der Luft zu trennen. Dies verhindert ein Verbrennen während des Gießvorgangs, aber die Dämpfe von Fluoriden oder Schwefeldioxid könnten eine größere Gefahr darstellen.
Die größte Gefahr beim Umgang mit Magnesium ist die Brandgefahr. Kleine Fragmente des Metalls, wie sie beim Schleifen, Polieren oder maschinellen Bearbeiten entstehen, können leicht durch einen zufälligen Funken oder eine Flamme entzündet werden, und da sie bei einer Temperatur von 1,250 °C brennen, können diese Fragmente tiefe zerstörerische Verletzungen der Haut verursachen. Unfälle dieser Art sind aufgetreten, als ein Werkzeug an einer Schleifscheibe geschärft wurde, die zuvor zum Schleifen von Gussteilen aus Magnesiumlegierungen verwendet wurde. Außerdem reagiert Magnesium mit Wasser und Säuren unter Bildung von brennbarem Wasserstoffgas.
In die Haut eindringende oder in tiefe Wunden eindringende Magnesiumsplitter könnten „aeroforme Tumore“ der bereits erwähnten Art verursachen. Dies wäre ziemlich außergewöhnlich; Mit Magnesium kontaminierte Wunden heilen jedoch nur sehr langsam. Feiner Staub aus dem Schwabbeln von Magnesium kann Augen und Atemwege reizen, ist aber nicht besonders giftig.
Sicherheits- und Gesundheitsmaßnahmen
Wie bei jedem potenziell gefährlichen Industrieprozess ist bei der Handhabung und Verarbeitung von Magnesium ständige Sorgfalt erforderlich. Wer das Metall gießt, sollte Schürzen und Handschutz aus Leder oder einem anderen geeigneten Material tragen, um sich vor „Spritzern“ kleiner Partikel zu schützen. Als Gesichtsschutz, insbesondere für die Augen, sollten auch transparente Gesichtsschutzschilde getragen werden. Wo Arbeiter Magnesiumstaub ausgesetzt sind, sollten keine Kontaktlinsen getragen werden und Augenspüleinrichtungen sollten sofort verfügbar sein. Arbeiter, die das Metall bearbeiten oder polieren, sollten Overalls tragen, an denen keine kleinen Metallfragmente haften bleiben. In Bereichen, in denen Magnesiumoxiddämpfe entstehen können, ist neben einer guten allgemeinen Belüftung auch eine ausreichende lokale Absaugung erforderlich. Schneidwerkzeuge sollten scharf sein, da stumpfe das Metall bis zur Entzündung erhitzen können.
Gebäude, in denen Magnesium gegossen oder bearbeitet wird, sollten nach Möglichkeit aus nicht brennbaren Materialien und ohne Absätze oder Vorsprünge errichtet werden, auf denen sich Magnesiumstaub ansammeln könnte. Das Ansammeln von Spänen und „Spänen“ sollte verhindert werden, vorzugsweise durch Nasskehren. Bis zur endgültigen Entsorgung sollten die Abfälle in kleinen Behältern gesammelt und in sicheren Abständen getrennt werden. Die sicherste Methode zur Entsorgung von Magnesiumabfällen ist wahrscheinlich das Einnässen und Vergraben.
Da die unbeabsichtigte Entzündung von Magnesium eine ernsthafte Brandgefahr darstellt, sind Brandschutzausbildung und angemessene Brandbekämpfungseinrichtungen unerlässlich. Die Arbeiter sollten geschult werden, bei der Bekämpfung eines solchen Brandes niemals Wasser zu verwenden, da dies die brennenden Fragmente lediglich zerstreut und das Feuer ausbreiten kann. Unter den Materialien, die für die Bekämpfung solcher Brände vorgeschlagen wurden, befinden sich Kohle und Sand. Kommerziell hergestellte Feuerlöschstäube sind ebenfalls erhältlich, von denen einer aus pulverisiertem Polyethylen und Natriumborat besteht.