Гуннар Нордберг
Магний (Mg) — самый легкий из известных конструкционных металлов. Он на 40% легче алюминия. Металлический магний можно прокатывать и волочить при нагревании от 300 до 475 ºC, но ниже этой температуры он становится хрупким и склонен к возгоранию при нагревании выше нее. Он растворим в ряде кислот и образует соединения с ними, но не подвергается воздействию плавиковой или хромовой кислот. В отличие от алюминия, он устойчив к щелочной коррозии.
Возникновение и использование
Магний не существует в чистом виде в природе, но обычно встречается в одной из следующих форм: доломит (CaCO3· MgCO3), магнезит (MgCO3), брусит (Mg(OH)2), периклаз (MgO), карналлит (KClMgCl2· 6H2O) или кизерит (MgSO4· Н2О). Кроме того, он содержится в виде силиката в асбесте и тальке. Магний настолько широко распространен на земле, что средства для обработки и транспортировки руды часто являются определяющими факторами при выборе места добычи.
Магний используется, в основном, в форме сплава, для компонентов самолетов, кораблей, автомобилей, машин и ручных инструментов, для которых требуется как легкость, так и прочность. Он используется в производстве прецизионных инструментов и оптических зеркал, а также при восстановлении титана. Магний также широко используется в военной технике. Поскольку магний горит с таким интенсивным светом, он широко используется в пиротехнике, сигнальных ракетах, зажигательных и трассирующих пулях, а также в лампах-вспышках.
Оксид магния имеет высокую температуру плавления (2,500 ºC) и часто входит в состав футеровки огнеупоров. Он также входит в состав кормов для животных, удобрений, изоляции, стеновых панелей, нефтяных добавок и электрических нагревательных стержней. Оксид магния используется в целлюлозно-бумажной промышленности. Кроме того, он служит ускорителем в резиновой промышленности и отражателем в оптических приборах.
Другие важные соединения включают хлорид магния, гидроксид магния, нитрат магния и сульфат магния. Хлорид магния входит в состав огнетушителей и керамики. Это также средство для огнезащиты дерева, текстиля и бумаги. Хлорид магния является химическим промежуточным продуктом для оксихлорид магния, который используется для цемента. Смесь оксида магния и хлорида магния образует пасту, пригодную для полов. Гидроксид магния полезен для нейтрализации кислот в химической промышленности. Он также используется при переработке урана и при рафинировании сахара. Гидроксид магния служит в качестве остаточного присадки к мазуту и ингредиента зубной пасты и желудочного антацидного порошка. Нитрат магния применяется в пиротехнике и в качестве катализатора в нефтехимическом производстве. Сульфат магния имеет множество функций в текстильной промышленности, включая взвешивание хлопка и шелка, огнезащитные ткани, крашение и набивку ситца. Он также находит применение в удобрениях, взрывчатых веществах, спичках, минеральной воде, керамике и косметических лосьонах, а также в производстве перламутра и матовой бумаги. Сульфат магния усиливает отбеливающее действие хлорной извести и действует как водорегулирующий агент в пивоваренной промышленности, слабительное и болеутоляющее средство в медицине.
Сплавы. Когда магний сплавляется с другими металлами, такими как марганец, алюминий и цинк, это повышает их ударную вязкость и устойчивость к деформации. В сочетании с литием, церием, торием и цирконием получают сплавы, обладающие повышенной удельной прочностью, а также значительными жаропрочными свойствами. Это делает их бесценными в авиационной и аэрокосмической промышленности для создания реактивных двигателей, ракетных пусковых установок и космических аппаратов. Большое количество сплавов, все из которых содержат более 85% магния, известны под общим названием металлов Доу.
опасности
Биологические роли. В качестве основного ингредиента хлорофилла потребности человеческого организма в магнии в значительной степени удовлетворяются за счет потребления зеленых овощей. В среднем человеческое тело содержит около 25 г магния. Это четвертый по распространенности катион в организме после кальция, натрия и калия. Окисление пищи высвобождает энергию, которая хранится в высокоэнергетических фосфатных связях. Считается, что этот процесс окислительного фосфорилирования осуществляется в митохондриях клеток и что для этой реакции необходим магний.
Экспериментально созданный дефицит магния у крыс приводит к расширению периферических сосудов, а в дальнейшем к повышенной возбудимости и судорогам. Тетания, аналогичная той, что связана с гипокальциемией, наблюдалась у телят, которых кормили только молоком. У пожилых животных с дефицитом магния развилось «шатание травы», состояние, которое, по-видимому, связано с нарушением всасывания, а не с недостатком магния в корме.
Случаи тетании магния, напоминающие случаи, вызванные дефицитом кальция, были описаны у людей. Однако в зарегистрированных случаях в дополнение к неадекватному питанию присутствовал «обусловливающий фактор», такой как чрезмерная рвота или потеря жидкости. Поскольку эта тетания клинически напоминает тетанию, вызванную дефицитом кальция, диагноз можно поставить только путем определения уровня кальция и магния в крови. Нормальный уровень в крови колеблется от 1.8 до 3 мг на 100 см3, и было обнаружено, что люди склонны впадать в коматозное состояние, когда концентрация в крови приближается к 17 мг%. «Аэроформные опухоли» из-за выделения водорода были получены у животных путем введения в ткани мелкоизмельченного магния.
Токсичность. Магний и сплавы, содержащие 85% металла, можно рассматривать вместе по их токсикологическим свойствам. В промышленности их токсичность оценивается как низкая. Наиболее часто используемые соединения, магнезит и доломит, может раздражать дыхательные пути. Однако дым от оксид магния, как и некоторые другие металлы, может вызвать лихорадку металлического дыма. Некоторые исследователи сообщают о более высокой частоте расстройств пищеварения у рабочих завода по производству магния и предполагают, что может существовать связь между абсорбцией магния и гастродуоденальными язвами. В литейно-разливочных магниевых или высокомагнезиальных сплавах применяют фторидные флюсы и серосодержащие ингибиторы, чтобы отделить расплавленный металл от воздуха слоем сернистого ангидрида. Это предотвращает возгорание во время операций литья, но пары фторидов или диоксида серы могут представлять большую опасность.
Наибольшую опасность при обращении с магнием представляет опасность возгорания. Мелкие осколки металла, полученные в результате шлифовки, полировки или механической обработки, легко воспламеняются от случайной искры или пламени, а так как они горят при температуре 1,250°С, то эти осколки могут вызывать глубокие деструктивные поражения кожи. Несчастные случаи такого типа происходили при заточке инструмента на круге, который ранее использовался для шлифовки отливок из магниевого сплава. Кроме того, магний реагирует с водой и кислотами, образуя горючий газообразный водород.
Осколки магния, проникающие через кожу или проникающие в глубокие раны, могут вызывать «аэроформные опухоли» уже упомянутого типа. Это было бы скорее исключением; однако раны, загрязненные магнием, заживают очень медленно. Мелкая пыль от полировки магния может раздражать глаза и дыхательные пути, но она не является специфически токсичной.
Меры безопасности и охраны здоровья
Как и в случае любого потенциально опасного промышленного процесса, при обращении и работе с магнием требуется постоянная осторожность. Лица, занимающиеся разливкой металла, должны носить фартуки и защитные средства для рук из кожи или другого подходящего материала для защиты от «разбрызгивания» мелких частиц. В качестве защиты лица также следует носить прозрачные лицевые щитки, особенно для глаз. Там, где рабочие подвергаются воздействию магниевой пыли, нельзя носить контактные линзы, а средства для промывания глаз должны быть доступны немедленно. Рабочие, обрабатывающие или полирующие металл, должны носить спецодежду, к которой не прилипают мелкие фрагменты металла. Достаточная местная вытяжная вентиляция также важна в местах, где могут образовываться пары оксида магния, в дополнение к хорошей общей вентиляции. Режущие инструменты должны быть острыми, так как тупые могут нагреть металл до точки воспламенения.
Здания, в которых отливается или обрабатывается магний, должны быть построены, по возможности, из негорючих материалов и без уступов или выступов, на которых может скапливаться магниевая пыль. Следует предотвращать накопление стружки и «металлической стружки», желательно путем влажной уборки. До окончательного удаления соскобы следует собирать в небольшие контейнеры и размещать их друг от друга через безопасные промежутки времени. Вероятно, наиболее безопасным методом утилизации отходов магния является замачивание и закапывание.
Поскольку случайное воспламенение магния представляет серьезную опасность возгорания, необходимы пожарная подготовка и соответствующие средства пожаротушения. Рабочие должны быть обучены тому, чтобы никогда не использовать воду для тушения такого пожара, потому что это просто разбрасывает горящие осколки и может распространить огонь. Среди материалов, которые были предложены для борьбы с такими пожарами, — уголь и песок. Также доступны промышленно приготовленные огнетушащие пыли, одна из которых состоит из порошкообразного полиэтилена и бората натрия.