Priprava na
Zaradi zelo močne aktivnosti kalcijeve kovine so jo v preteklosti večinoma proizvajali z elektrolitsko staljenim kalcijevim kloridom ali kalcijevim hidroksidom. V zadnjih letih je metoda redukcije postopoma postala glavna metoda proizvodnje kalcijeve kovine.
Metoda redukcije je uporaba kovinskega aluminija za redukcijo apna pod vakuumom in visoko temperaturo, nato pa rektifikacija za pridobitev kalcija.
Metoda redukcije običajno uporablja apnenec kot surovino, kalciniran kalcijev oksid in aluminijev prah kot redukcijsko sredstvo.
Zdrobljen kalcijev oksid in aluminijev prah sta enakomerno pomešana v določenem razmerju, stisnjena v bloke in reagirata pod vakuumom 0,01 in temperaturo 1050-1200 °C. Ustvarjanje kalcijeve pare in kalcijevega aluminata.
Reakcijska formula je: 6CaO 2Alâ3Ca 3CaOâ¢Al2O3
Reducirane kalcijeve pare kristalizirajo pri 750-400 °C. Kristalni kalcij nato stopimo in vlijemo pod zaščito argona, da dobimo gost kalcijev ingot.
Stopnja izkoristka kalcija, proizvedenega z metodo redukcije, je na splošno približno 60 %.
Ker je tudi njen tehnološki postopek razmeroma enostaven, je redukcijska metoda v zadnjih letih glavna metoda pridobivanja kovinskega kalcija.
Zgorevanje pod normalnimi pogoji lahko zlahka doseže tališče kovinskega kalcija, zato bo povzročilo izgorevanje kovinskega kalcija.
Prejšnja elektroliza je bila kontaktna metoda, ki so jo kasneje izboljšali v elektrolizo s tekočo katodo.
Kontaktno elektrolizo je prvi uporabil W. Rathenau leta 1904. Uporabljen elektrolit je mešanica CaCl2 in CaF2. Anoda elektrolitske celice je obložena z ogljikom, kot je grafit, katoda pa je izdelana iz jekla.
Elektrolitsko desorbiran kalcij lebdi na površini elektrolita in kondenzira na katodi v stiku z jekleno katodo. Ko elektroliza napreduje, se katoda ustrezno dvigne in kalcij na katodi oblikuje palico v obliki korenčka.
Slabosti kontaktne proizvodnje kalcija so: velika poraba surovin, visoka topnost kalcijeve kovine v elektrolitu, nizka tokovna učinkovitost in slaba kakovost izdelka (približno 1% vsebnosti klora).
Metoda s tekočo katodo uporablja zlitino bakra in kalcija (ki vsebuje 10–15 % kalcija) kot tekočo katodo in grafitno elektrodo kot anodo. Na katodo se nanese elektrolitsko desorbiran kalcij.
Ohišje elektrolitske celice je iz litega železa. Elektrolit je mešanica CaCl2 in KCI. Baker je izbran kot sestava zlitine tekoče katode, ker obstaja zelo široko območje nizkega tališča v območju visoke vsebnosti kalcija v faznem diagramu baker-kalcij in zlitina bakra in kalcija z vsebnostjo kalcija 60%-65 % se lahko pripravi pod 700 °C.
Hkrati se zaradi majhnega parnega tlaka bakra med destilacijo zlahka loči. Poleg tega imajo zlitine bakra in kalcija, ki vsebujejo 60–65 % kalcija, večjo gostoto (2,1–2,2 g/cm³), kar lahko zagotovi dobro razslojevanje z elektrolitom. Vsebnost kalcija v katodni zlitini ne sme presegati 62% -65%. Trenutni izkoristek je približno 70%. Poraba CaCl2 na kilogram kalcija je 3,4-3,5 kilograma.
Zlitina bakra in kalcija, proizvedena z elektrolizo, je izpostavljena vsaki destilaciji pod pogoji vakuuma 0,01 Torr in temperature 750-800 , da se odstranijo hlapne nečistoče, kot sta kalij in natrij.
Nato se izvede druga vakuumska destilacija pri 1050–1100 °C, kalcij se kondenzira in kristalizira v zgornjem delu destilacijske posode, preostali baker (ki vsebuje 10–15 % kalcija) pa ostane na dnu destilacijske posode. rezervoar in vrnjen v elektrolizer za uporabo.
Odstranjeni kristalni kalcij je industrijski kalcij z vsebnostjo 98–99 %. Če je skupna vsebnost natrija in magnezija v surovini CaCl2 manjša od 0,15 %, lahko zlitino bakra in kalcija enkrat destiliramo, da dobimo kovinski kalcij z vsebnostjo â¥99 %.
Kalcij visoke čistosti je mogoče pridobiti z obdelavo industrijskega kalcija z destilacijo v visokem vakuumu. Na splošno je temperatura destilacije nadzorovana na 780-820 °C, stopnja vakuuma pa je 1 × 10-4. Obdelava z destilacijo je manj učinkovita za čiščenje kloridov v kalciju.
Nitrid lahko dodamo pod temperaturo destilacije, da nastane dvojna sol v obliki CanCloNp. Ta dvojna sol ima nizek parni tlak in ni zlahka hlapna ter ostane v destilacijskem ostanku.
Z dodajanjem dušikovih spojin in čiščenjem z vakuumsko destilacijo se lahko vsota elementov nečistoč klora, mangana, bakra, železa, silicija, aluminija in niklja v kalciju zmanjša na 1000–100 ppm, kalcija visoke čistosti pa na 99,9 %–99,99 %. mogoče dobiti.
Ekstrudiran ali zvit v palice in plošče ali narezan na majhne koščke in zapakiran v nepredušne posode.
Glede na zgornje tri metode priprave je razvidno, da ima redukcijska metoda enostaven tehnološki postopek, manjšo porabo energije in manj časa ter je primernejša za industrijsko proizvodnjo
Zato je metoda redukcije glavna metoda za proizvodnjo kalcijeve kovine v zadnjih letih.
