Приготування
Через дуже сильну активність металевого кальцію в минулому його в основному виробляли електролітично розплавленим хлоридом кальцію або гідроксидом кальцію. В останні роки метод відновлення поступово став основним методом виробництва металевого кальцію.
Метод відновлення полягає у використанні металевого алюмінію для відновлення вапна під вакуумом і високою температурою, а потім ректифікації для отримання кальцію.
Метод відновлення зазвичай використовує вапняк як сировину, кальцинований оксид кальцію та алюмінієвий порошок як відновник.
Подрібнений оксид кальцію та алюмінієвий порошок рівномірно змішують у певній пропорції, пресують у блоки та реагують під вакуумом 0,01 і температурою 1050-1200 °C. Утворення пари кальцію та алюмінату кальцію.
Формула реакції: 6CaO 2Aâ3Ca 3CaOâ¢Al2O3
Відновлені пари кальцію кристалізуються при 750-400°С. Потім кристалічний кальцій розплавляють і відливають під захистом аргону, щоб отримати щільний кальцієвий злиток.
Швидкість відновлення кальцію, отриманого методом відновлення, зазвичай становить близько 60%.
Оскільки його технологічний процес також відносно простий, метод відновлення є основним способом отримання металевого кальцію в останні роки.
Горіння за звичайних умов може легко досягти температури плавлення металевого кальцію, тому це призведе до горіння металевого кальцію.
Раніше електроліз був контактним методом, який пізніше був вдосконалений до електролізу з рідким катодом.
Вперше контактний електроліз застосував В. Ратенау в 1904 р. Використовуваний електроліт — суміш CaCl2 і CaF2. Анод електролізера футерований вуглецем, наприклад графітом, а катод виготовлений зі сталі.
Електролітично десорбований кальцій плаває на поверхні електроліту і конденсується на катоді при контакті зі сталевим катодом. Під час електролізу катод відповідно піднімається, і кальцій утворює на катоді стрижень у формі моркви.
Недоліками виробництва кальцію контактним способом є: велика витрата сировини, висока розчинність металевого кальцію в електроліті, низька ефективність по струму, низька якість продукту (вміст хлору близько 1%).
У методі рідкого катода використовується мідно-кальцієвий сплав (що містить 10-15% кальцію) як рідкий катод і графітовий електрод як анод. Електролітично десорбований кальцій осідає на катоді.
Оболонка електролізера виготовлена з чавуну. Електроліт - суміш CaCl2 і KCI. Мідь обрана як композиція сплаву рідкого катода, оскільки в області високого вмісту кальцію на фазовій діаграмі мідь-кальцій є дуже широка область з низькою температурою плавлення, а також мідно-кальцієвий сплав із вмістом кальцію 60%-65 % можна отримувати при температурі нижче 700 °C.
У той же час, завдяки малому тиску парів міді, її легко відокремити при дистиляції. Крім того, мідно-кальцієві сплави, що містять 60-65% кальцію, мають більш високу щільність (2,1-2,2 г/см³), що може забезпечити хороше розшарування електролітом. Вміст кальцію в катодному сплаві не повинен перевищувати 62%-65%. ККД по струму близько 70%. Витрата CaCl2 на кілограм кальцію становить 3,4-3,5 кілограма.
Мідно-кальцієвий сплав, отриманий електролізом, піддається кожній дистиляції в умовах вакууму 0,01 торр і температури 750-800 °C для видалення летючих домішок, таких як калій і натрій.
Потім проводиться друга вакуумна дистиляція при 1050-1100 ° C, кальцій конденсується і кристалізується у верхній частині дистиляційної ємності, а залишкова мідь (містить 10%-15% кальцію) залишається на дні дистиляції. резервуар і повернуто в електролізер для використання.
Вилучений кристалічний кальцій є промисловим кальцієм із вмістом 98%-99%. Якщо загальний вміст натрію та магнію в сировині CaCl2 становить менше 0,15%, мідно-кальцієвий сплав можна перегнати один раз для отримання металевого кальцію з вмістом â¥99%.
Кальцій високої чистоти можна отримати шляхом обробки промислового кальцію високовакуумною дистиляцією. Як правило, температуру дистиляції контролюють на рівні 780-820 °C, а ступінь вакууму становить 1×10-4. Очищення дистиляцією є менш ефективним для очищення хлоридів кальцію.
Нітрид може бути доданий нижче температури дистиляції для утворення подвійної солі у формі CanCloNp. Ця подвійна сіль має низький тиск пари, не легко летить і залишається в дистиляційному залишку.
Додаючи сполуки азоту та очищаючи за допомогою вакуумної дистиляції, сума домішок елементів хлору, марганцю, міді, заліза, кремнію, алюмінію та нікелю в кальції може бути зменшена до 1000-100 ppm, а кальцію високої чистоти 99,9%-99,99% можна отримати.
Екструдований або згорнутий у стрижні та пластини, або нарізаний на дрібні шматочки та упакований у герметичні контейнери.
Згідно з трьома вищезазначеними методами підготовки можна побачити, що метод відновлення має простий технологічний процес, споживає менше енергії та витрачає менше часу, і більше підходить для промислового виробництва
Таким чином, метод відновлення є основним методом виробництва металевого кальцію в останні роки.
