Sagatavošana
Kalcija metāla ļoti spēcīgās aktivitātes dēļ agrāk to galvenokārt ražoja ar elektrolītiski izkausētu kalcija hlorīdu vai kalcija hidroksīdu. Pēdējos gados reducēšanas metode pakāpeniski ir kļuvusi par galveno kalcija metāla ražošanas metodi.
Reducēšanas metode ir izmantot metāla alumīniju, lai samazinātu kaļķi vakuumā un augstā temperatūrā, un pēc tam rektificēt, lai iegūtu kalciju.
Reducēšanas metode parasti izmanto kaļķakmeni kā izejvielu, kalcinētu kalcija oksīdu un alumīnija pulveri kā reducētāju.
Pulverveida kalcija oksīds un alumīnija pulveris tiek vienādi sajaukts noteiktā proporcijā, saspiests blokos un reaģēts 0,01 vakuumā un 1050-1200 â temperatūrā. Kalcija tvaiku un kalcija alumināta radīšana.
Reakcijas formula ir: 6CaO 2Alâ3Ca 3CaOâ¢Al2O3
Reducētie kalcija tvaiki kristalizējas 750-400°C temperatūrā. Pēc tam kristālisko kalciju izkausē un izlej argona aizsardzībā, lai iegūtu blīvu kalcija stieņu.
Ar reducēšanas metodi iegūtā kalcija atgūšanas ātrums parasti ir aptuveni 60%.
Tā kā tā tehnoloģiskais process ir arī salīdzinoši vienkāršs, pēdējos gados reducēšanas metode ir galvenā metāliskā kalcija iegūšanas metode.
Degšana normālos apstākļos var viegli sasniegt metāliskā kalcija kušanas temperatūru, tāpēc tas izraisīs metāliskā kalcija sadegšanu.
Agrākā elektrolīze bija kontakta metode, kas vēlāk tika uzlabota līdz šķidrā katoda elektrolīzei.
Pirmo reizi kontaktelektrolīzi izmantoja W. Rathenau 1904. gadā. Izmantotais elektrolīts ir CaCl2 un CaF2 maisījums. Elektrolītiskās šūnas anods ir izklāts ar oglekli, piemēram, grafītu, un katods ir izgatavots no tērauda.
Elektrolītiski desorbēts kalcijs peld uz elektrolīta virsmas un, saskaroties ar tērauda katodu, kondensējas uz katoda. Elektrolīzei progresējot, katods attiecīgi paceļas, un kalcijs pie katoda veido burkāna formas stieni.
Kalcija ražošanas ar kontaktmetodi trūkumi ir: liels izejvielu patēriņš, liela kalcija metāla šķīdība elektrolītā, zema strāvas efektivitāte un slikta produkta kvalitāte (apmēram 1% hlora saturs).
Šķidrā katoda metode izmanto vara-kalcija sakausējumu (kas satur 10–15% kalcija) kā šķidro katodu un grafīta elektrodu kā anodu. Elektrolītiski desorbēts kalcijs tiek nogulsnēts uz katoda.
Elektrolītiskās šūnas apvalks ir izgatavots no čuguna. Elektrolīts ir CaCl2 un KCI maisījums. Varš ir izvēlēts kā šķidrā katoda sakausējuma sastāvs, jo vara-kalcija fāzes diagrammā augsta kalcija satura apgabalā ir ļoti plašs zemas kušanas temperatūras apgabals un vara-kalcija sakausējums ar kalcija saturu 60–65. % var pagatavot zem 700 °C.
Tajā pašā laikā vara mazā tvaika spiediena dēļ to ir viegli atdalīt destilācijas laikā. Turklāt vara-kalcija sakausējumiem, kas satur 60–65% kalcija, ir lielāks blīvums (2,1–2,2 g/cm³), kas var nodrošināt labu atslāņošanos ar elektrolītu. Kalcija saturs katoda sakausējumā nedrīkst pārsniegt 62%-65%. Pašreizējā efektivitāte ir aptuveni 70%. CaCl2 patēriņš uz kilogramu kalcija ir 3,4-3,5 kilogrami.
Vara-kalcija sakausējums, kas iegūts ar elektrolīzi, tiek pakļauts katrai destilācijai 0,01 Torra vakuumā un 750–800 â temperatūrā, lai noņemtu gaistošos piemaisījumus, piemēram, kāliju un nātriju.
Pēc tam otro vakuumdestilāciju veic 1050–1100 ° C temperatūrā, kalcijs tiek kondensēts un kristalizēts destilācijas tvertnes augšējā daļā, bet atlikušais varš (kas satur 10–15% kalcija) tiek atstāts tvertnes apakšā. tvertnē un atpakaļ uz elektrolizatoru lietošanai.
Izņemtais kristāliskais kalcijs ir rūpnieciskais kalcijs ar 98–99% pakāpi. Ja kopējais nātrija un magnija saturs izejvielā CaCl2 ir mazāks par 0,15%, vara-kalcija sakausējumu var vienreiz destilēt, lai iegūtu metālisku kalciju ar â¥99%.
Augstas tīrības pakāpes kalciju var iegūt, apstrādājot rūpniecisko kalciju ar augstu vakuuma destilāciju. Parasti destilācijas temperatūra tiek kontrolēta līdz 780-820 ° C, un vakuuma pakāpe ir 1 × 10-4. Destilācijas apstrāde ir mazāk efektīva kalcija hlorīdu attīrīšanai.
Nitrīdu var pievienot zem destilācijas temperatūras, lai izveidotu dubultsāli CanCloNp formā. Šim dubultsālim ir zems tvaika spiediens, tas nav viegli gaistošs un paliek destilācijas atlikumos.
Pievienojot slāpekļa savienojumus un attīrot ar vakuumdestilāciju, piemaisījumu elementu hlora, mangāna, vara, dzelzs, silīcija, alumīnija un niķeļa summu kalcijā var samazināt līdz 1000–100 ppm un augstas tīrības kalcija 99,9–99,99%. var iegūt.
Ekstrudēts vai velmēts stieņos un plāksnēs, vai sagriezts mazos gabaliņos un iepakots hermētiski noslēgtos traukos.
Saskaņā ar trim iepriekšminētajām sagatavošanas metodēm redzams, ka reducēšanas metodei ir vienkāršs tehnoloģiskais process, tā patērē mazāk enerģijas un mazāk laika, kā arī ir vairāk piemērota rūpnieciskai ražošanai.
Tāpēc pēdējos gados reducēšanas metode ir galvenā kalcija metāla ražošanas metode.
