Соликамское месторождение калийномагниевых солей, предсказанное академиком Н. С. Курнаковым и обнаруженное советскими геологами под руководством П. И. Преображенского в 1925 г., оказалось крупнейшим в мире. Карналлит стал основным сырьем производства советского магния.
По образному выражению Н. С. Курнакова, Соликамск родился дважды: в первый раз — свыше пятисот лет назад как крупнейший центр добычи соли на Руси, второй раз — после Великого Октября как крупнейший поставщик калиевых и магниевых солей.
По содержанию в земной коре магний среди металлов занимает шестое место (2,1%). Из 200 минералов, в составе которых имеется магний, источниками промышленного получения металла служат кроме карналлита также магнезит и доломит. Самые крупные месторождения магнезита в СССР — Саткинское на Среднем Урале и Халиловское в Оренбургской области; доломит наиболее распространен в Донбассе, Московской и Ленинградской областях.
В 1915 г. была сделана первая попытка получить металлический магний из расплавленного карналлита. Объектом исследования при этом послужил искусственный карналлит, приготовленный из смеси хлористого калия и шестиводного хлорида магния, поскольку природного карналлита тогда в России еще не получали. Эти исследования, проведенные Н. Н. Ворониным под руководством П. П. Федотьева, заложили основы разработанного уже в советские годы (1929) промышленного способа производства магния электролитическим путем.
В 30-х годах в Свердловске в Уральском научно-исследовательском химическом институте в лаборатории И. Г. Щербакова были изучены условия электролиза Соликамского карналлита, а в марте 1931 г. пущен Ленинградский опытный магниевый завод. Сотрудники Всесоюзного алюминиево-магниевого института уточнили технологические параметры процесса получения магния из карналлита, и вскоре этот процесс нашел применение на первых крупных магниевых заводах — Днепровском и Соликамском.
При электролизе расплава карналлита или хлористого магния электрический ток разрывает молекулы соли. Хлор собирается на аноде и постепенно удаляется по трубке из электролизной ванны. На катоде собирается жидкий металл. Его вычерпывают и заливают в изложницы, где он застывает серебристо-белой массой.
Хлористый магний добывают также из воды соляных озер и лиманов. В такой воде его содержится в несколько раз больше, чем в морской или океанской. В Советском Союзе много озер, богатых магниевыми солями, — Эльтон в Нижнем Поволжье, Сакское и Сасык-Сиваш в Крыму, Денгиз-Куль в Узбекистане. Исключительно богаты магниевыми солями воды Сиваша и Кара-Богаз-Гола.
В морской и океанской воде имеется до 1,3 кг/м3 магния. Такой концентрации оказалось вполне достаточно для того, чтобы использовать океанскую воду в качестве источника сырья для производства металлического магния. Уже более 30 лет в США и Англии получают большие количества «морского» магния, и его запасы в Мировом океане практически неисчерпаемы — около 2 200 000 млрд. т.
Магний извлекают из морской воды довольно просто. Мощные насосы накачивают воду на фильтры, откуда она стекает в большие чаны или резервуары, в которые подсыпают гашеную известь. Последняя взаимодействует с солями магния, растворенными в морской воде, с образованием тонкой взвеси гидрата окиси магния. Вода со взвешенными частицами гидроокиси магния поступает в отстойники, где частицы оседают на дно. Воду сливают, а осадок сушат на фильтрах, нейтрализуют соляной кислотой, выпаривают в испарителях и окончательно обезвоживают в сушилках. Полученный хлористый магний подвергают электролизу. Из металлического магния отливают небольшие болванки весом 7—8 кг.
Электролитический метод получения магния из расплавленных солей связан с большим расходом электроэнергии. В этом отношении он не может конкурировать с методом термического восстановления магния из доломита и магнезита.
Магний, полученный любым способом, подвергают рафинированию путем переплавки с флюсами или возгонки в вакууме. Возгонку проводят в специальных стальных цилиндрах-ретортах. Металл помещают на дно реторты, которую затем герметически закрывают и выкачивают из нее воздух. Нижнюю часть реторты нагревают, а верхняя все время охлаждается наружным воздухом. Лежащий внизу магний возгоняется. Пары его поднимаются вверх и, соприкасаясь с холодными стенками реторты, конденсируются на них в виде металлической изморози. Так получают металл 99,999%-ной чистоты.
Магний принадлежит к числу «молодых» металлов. В чистом виде он был получен Фарадеем в 1833 г., но на промышленную арену вышел лишь в конце столетия; в начале нашего века его производство исчислялось всего несколькими десятками тонн. Применялся тогда магний в виде порошка или тонкой фольги преимущественно для пиротехники. Нагретый на воздухе до 550° С магний вспыхивает и сгорает ярким ослепительным пламенем. В атмосфере хлора он сгорает даже при комнатной температуре, выделяя много тепла и ультрафиолетовых лучей. Чтобы нагреть стакан воды до кипения, достаточно сжечь всего 4 г металлического магния. Благодаря высокой теплотворной способности он является отличным ракетным топливом.
Интерес к этому мягкому, непрочному, но чрезвычайно легкому металлу (в 5 раз легче меди, в 4,5 раза — железа, в 2,6 раза — титана, в 1,5 раза — алюминия) значительно возрос в 30-х годах, когда появился сплав «электрон» (80% магния, остальное — алюминий, медь, цинк, олово, марганец) — прекрасный конструкционный материал. Успех применения «электрона» стимулировал работы по созданию многочисленных магниевых сплавов с присадками лития, бериллия, кобальта, церия, кадмия, титана. Они оказались прочными и жаростойкими. Особенно широкое признание завоевали литиево-магниевые сплавы, содержащие 13—15% лития. Это самые легкие конструкционные материалы: в 2 раза легче алюминиевых сплавов и на 25% легче самого магния. Из литиево-магниевых сплавов строят сверхзвуковые самолеты, ракеты и космические корабли.
За рубежом и у нас магниевые сплавы используют в производстве автомобильных двигателей, колес автомашин, силовых передач, тормозных устройств. Свыше 15 деталей двигателя в автомобиле «Запорожец» изготовлены из магниевых сплавов, что уменьшило его вес на 12 кг.
Из магниевых сплавов делают корпуса и детали фото — и киноаппаратов, биноклей и дальномеров, пищущих и счетных машин. Они заменили цинковые сплавы в полиграфии (клише), в хлебопекарном деле (формы для выпечки хлеба и пекарные лопатки). В ближайшем будущем из магниевых сплавов станут делать кабины грузовиков, внутреннюю обшивку автобусов, пылесосы, детские коляски и десятки бытовых приборов.
Широкие перспективы открывает применение магниевых сплавов в железнодорожном и подземном транспорте, машиностроении (машины для дорожного строительства, переносные пилы для валки леса, машины для стрижки газонов, уборки снега и т. д.). Использование новых сплавов для защиты от коррозии подземных газо — и нефтепроводов дало возможность удлинить срок их службы в 2—2,5 раза. Большую экономию дает применение магниевых протекторов для защиты от коррозии морских судов. Немалые услуги оказывает магний металлургическому производству, где он служит восстановителем при получении хрома, титана, ванадия, циркония. Небольшие добавки магния к расплавленному чугуну улучшают его структуру и механические свойства; отливки из такого чугуна с успехом заменяют стальные поковки.
Во время второй мировой войны большие количества магния шли на изготовление осветительных зажигательных снарядов и бомб. Ведь при сгорании 1 кг магния выделяется более 10 000 ккал тепла, причем развивается температура до 2500—3000° С. Большой расход магния на военные нужды способствовал бурному развитию его производства; в 1943 г. в капиталистических странах вырабатывалось 243 000 т магния. В 1946 г. производство магния за рубежом резко сократилось — до 10 000 г, но с 50-х годов стало неуклонно расти, достигнув в 1970 г. 500 000 т.
Промышленное производство магния у нас, начатое в середине 30-х годов, сейчас развилось в крупную отрасль промышленности, обеспечивающую нужды нашей страны, а также всех стран социалистического содружества.
Из соединений магния наиболее широкое использование находят хлорид, окись, карбонат и сульфат магния. Из хлорида магния изготавливают цемент Сореля и другие строительные материалы (ксилолит, фибролит), мельничные жернова. Из окиси магния (жженая магнезия), имеющей высокую температуру плавления, делают огнеупорные трубы, тигли, кирпичи для футеровки печей. Различные сорта окиси, различающиеся по объемному весу, пористости и дисперсности, применяют в резиновой промышленности в качестве наполнителя и усилителя резиновых смесей, для изготовления высококачественных теплоизоляционных материалов. В медицине окись служит средством против изжоги, повышенной кислотности, отравления кислотами. Сульфат магния используют в текстильной и бумажной промышленности как протраву при крашении тканей и отбелке бумаги, в медицине — как слабительное, а также для внутривенных или внутримышечных вливаний (уменьшает спазмы сосудов). Иногда сульфат магния применяется как удобрение. В производстве строительных материалов из сульфата магния изготовляют цемент, более водостойкий, чем цемент на основе хлористого магния.