Az előkészítése
A kalciumfém nagyon erős aktivitása miatt a múltban elsősorban elektrolitikus olvadt kalcium-kloriddal vagy kalcium-hidroxiddal állították elő. Az elmúlt években a redukciós módszer fokozatosan a kalciumfém előállításának fő módszerévé vált.
A redukciós módszer az, hogy fém-alumíniumot használnak a mész vákuum alatt és magas hőmérsékleten történő redukálására, majd rektifikálják, hogy kalciumot kapjanak.
A redukciós módszer általában mészkövet használ nyersanyagként, kalcinált kalcium-oxidot és alumíniumport redukálószerként.
A porított kalcium-oxidot és alumíniumport meghatározott arányban egyenletesen összekeverik, tömbökké préselik, és 0,01 vákuumban és 1050-1200 ºC hőmérsékleten reagáltatják. Kalciumgőz és kalcium-aluminát előállítása.
A reakció képlete: 6CaO 2Alâ3Ca 3CaOâ¢Al2O3
A redukált kalciumgőz 750-400°C-on kristályosodik. A kristályos kalciumot ezután megolvasztják és argon védelme alatt öntik, így sűrű kalcium-ingot kapnak.
A redukciós eljárással előállított kalcium visszanyerési aránya általában körülbelül 60%.
Mivel technológiai folyamata is viszonylag egyszerű, a redukciós módszer a fémkalcium előállításának fő módszere az elmúlt években.
Az égés normál körülmények között könnyen elérheti a fémkalcium olvadáspontját, így a fémes kalcium égését okozza.
A korábbi elektrolízis a kontakt módszer volt, amelyet később folyékony katódos elektrolízissé fejlesztettek.
A kontaktelektrolízist először W. Rathenau alkalmazta 1904-ben. A használt elektrolit CaCl2 és CaF2 keveréke. Az elektrolitikus cella anódja szénnel, például grafittal van bélelve, a katód pedig acélból készül.
Az elektrolitikusan deszorbeált kalcium az elektrolit felületén lebeg, és az acélkatóddal érintkezve kondenzálódik a katódon. Az elektrolízis előrehaladtával a katód ennek megfelelően felemelkedik, és a kalcium sárgarépa alakú rudat képez a katódon.
A kontakt módszerrel történő kalcium-előállítás hátrányai: nagy nyersanyag-felhasználás, a kalciumfém elektrolitban való nagy oldhatósága, alacsony áramhatékonyság, rossz termékminőség (kb. 1% klórtartalom).
A folyékony katód módszer folyékony katódként réz-kalcium ötvözetet (10-15% kalciumot tartalmaz), anódként pedig grafitelektródát használ. Az elektrolitikusan deszorbeált kalcium lerakódik a katódon.
Az elektrolitikus cella héja öntöttvasból készül. Az elektrolit CaCl2 és KCI keveréke. A folyékony katód ötvözetének összetételeként a réz azért van kiválasztva, mert a réz-kalcium fázisdiagramban a magas kalciumtartalmú tartományban egy nagyon széles alacsony olvadáspontú tartomány, valamint egy 60-65 kalciumtartalmú réz-kalcium ötvözet található. % 700 °C alatt elkészíthető.
Ugyanakkor a réz kis gőznyomása miatt könnyen szétválasztható a desztilláció során. Ezenkívül a 60-65% kalciumot tartalmazó réz-kalcium ötvözetek sűrűsége nagyobb (2,1-2,2 g/cm³), ami jó delaminációt biztosít az elektrolittal. A katódötvözet kalciumtartalma nem haladhatja meg a 62%-65%-ot. A jelenlegi hatásfok körülbelül 70%. A CaCl2 fogyasztás kilogrammonként 3,4-3,5 kilogramm.
Az elektrolízissel előállított réz-kalcium ötvözetet minden egyes desztillációnak vetik alá 0,01 Torr vákuum és 750-800 ºC hőmérséklet mellett az illékony szennyeződések, például a kálium és a nátrium eltávolítása érdekében.
Ezután a második vákuumdesztillációt 1050-1100 °C-on végezzük, a kalcium lecsapódik és kikristályosodik a desztillálótartály felső részében, és a maradék rezet (10-15% kalciumot tartalmazó) a desztillálótartály alján hagyjuk. tartályba, és visszahelyezzük az elektrolizálóba felhasználásra.
A kivett kristályos kalcium ipari kalcium 98-99%-os minőséggel. Ha a CaCl2 nyersanyag összes nátrium- és magnéziumtartalma kevesebb, mint 0,15%, a réz-kalcium ötvözet egyszer desztillálható, hogy 99% tartalmú fémkalciumot kapjunk.
Nagy tisztaságú kalcium állítható elő az ipari kalcium nagyvákuumdesztillációval történő kezelésével. Általában a desztillációs hőmérsékletet 780-820 °C-ra szabályozzák, a vákuumfokot pedig 1 × 10-4. A desztillációs kezelés kevésbé hatékony a kalciumban lévő kloridok tisztítására.
A nitridet a desztillációs hőmérséklet alatt adhatjuk hozzá, hogy kettős sót kapjunk CanCloNp formájában. Ennek a kettős sónak alacsony a gőznyomása, nem könnyen illékony, és a desztillációs maradékban marad.
Nitrogénvegyületek hozzáadásával és vákuumdesztillációval történő tisztítással a kalciumban lévő klór, mangán, réz, vas, szilícium, alumínium és nikkel szennyező elemek összege 1000-100 ppm-re, a nagy tisztaságú kalcium 99,9-99,99%-ra csökkenthető. megszerezhető.
Extrudálva vagy rudakká és tányérokká hengerelve, vagy apró darabokra vágva és légmentesen záródó tartályokba csomagolva.
A fenti három elkészítési mód szerint látható, hogy a redukciós eljárás egyszerű technológiai folyamatú, kevesebb energiát és kevesebb időt vesz igénybe, és jobban alkalmas ipari termelésre.
Ezért a redukciós módszer a kalciumfém előállításának fő módszere az elmúlt években.
