Valmistelu
Kalsiummetallin erittäin voimakkaan aktiivisuuden vuoksi sitä tuotettiin aikaisemmin pääasiassa elektrolyyttisesti sulasta kalsiumkloridista tai kalsiumhydroksidista. Viime vuosina pelkistysmenetelmästä on vähitellen tullut tärkein kalsiummetallin valmistusmenetelmä.
Pelkistysmenetelmänä on käyttää metallialumiinia kalkin pelkistämiseen tyhjiössä ja korkeassa lämpötilassa ja sitten rektifioida kalsiumin saamiseksi.
Pelkistysmenetelmässä käytetään yleensä raaka-aineena kalkkikiveä, pelkistimenä kalsinoitua kalsiumoksidia ja alumiinijauhetta.
Jauhettu kalsiumoksidi ja alumiinijauhe sekoitetaan tasaisesti tietyssä suhteessa, puristetaan lohkoiksi ja annetaan reagoida 0,01 tyhjiössä ja 1050-1200 â lämpötilassa. Tuottaa kalsiumhöyryä ja kalsiumaluminaattia.
Reaktiokaava on: 6CaO 2Alâ3Ca 3CaOâ¢Al2O3
Pelkistetty kalsiumhöyry kiteytyy 750-400 °C:ssa. Sitten kiteinen kalsium sulatetaan ja valetaan argonin suojassa, jolloin saadaan tiheä kalsiumharkko.
Pelkistysmenetelmällä tuotetun kalsiumin talteenottoaste on yleensä noin 60 %.
Koska sen teknologinen prosessi on myös suhteellisen yksinkertainen, pelkistysmenetelmä on pääasiallinen menetelmä metallisen kalsiumin tuottamiseksi viime vuosina.
Palaminen normaaleissa olosuhteissa voi helposti saavuttaa metallisen kalsiumin sulamispisteen, joten se aiheuttaa metallisen kalsiumin palamisen.
Aikaisempi elektrolyysi oli kontaktimenetelmä, jota myöhemmin parannettiin nestekatodielektrolyysiksi.
W. Rathenau käytti kontaktielektrolyysiä ensimmäisen kerran vuonna 1904. Käytetty elektrolyytti on CaCl2:n ja CaF2:n seos. Elektrolyyttikennon anodi on vuorattu hiilellä, kuten grafiitilla, ja katodi on valmistettu teräksestä.
Elektrolyyttisesti desorboitu kalsium kelluu elektrolyytin pinnalla ja kondensoituu katodille joutuessaan kosketuksiin teräskatodin kanssa. Elektrolyysin edetessä katodi nousee vastaavasti ja kalsium muodostaa katodille porkkanan muotoisen sauvan.
Kosketusmenetelmällä valmistetun kalsiumin haittoja ovat: suuri raaka-aineiden kulutus, kalsiummetallin hyvä liukoisuus elektrolyyttiin, alhainen virran hyötysuhde ja huono tuotteen laatu (noin 1 % klooripitoisuus).
Nestekatodimenetelmässä käytetään kupari-kalsium-seosta (sisältää 10–15 % kalsiumia) nestemäisenä katodina ja grafiittielektrodia anodina. Elektrolyyttisesti desorboitunut kalsium kerrostuu katodille.
Elektrolyyttikennon kuori on valmistettu valuraudasta. Elektrolyytti on CaCl2:n ja KCI:n seos. Nestemäisen katodin seoskoostumukseksi valitaan kupari, koska kupari-kalsium-faasidiagrammissa korkean kalsiumpitoisuuden alueella on erittäin laaja matalan sulamispisteen alue ja kupari-kalsium-seos, jonka kalsiumpitoisuus on 60–65 % voidaan valmistaa alle 700 °C:ssa.
Samalla kuparin pienen höyrynpaineen ansiosta se on helppo erottaa tislauksen aikana. Lisäksi kupari-kalsium-seoksilla, jotka sisältävät 60–65 % kalsiumia, on suurempi tiheys (2,1–2,2 g/cm³), mikä voi varmistaa hyvän delaminoitumisen elektrolyytin kanssa. Katodiseoksen kalsiumpitoisuus ei saa ylittää 62–65 %. Nykyinen hyötysuhde on noin 70 %. CaCl2:n kulutus kiloa kalsiumia kohden on 3,4-3,5 kiloa.
Elektrolyysillä tuotettu kupari-kalsiumlejeerinki tislataan jokaisessa 0,01 Torrin alipaineessa ja 750-800 ºC:n lämpötilassa haihtuvien epäpuhtauksien, kuten kaliumin ja natriumin, poistamiseksi.
Sitten suoritetaan toinen tyhjötislaus 1050-1100 °C:ssa, kalsium kondensoidaan ja kiteytyy tislaussäiliön yläosaan ja jäännöskupari (sisältää 10-15 % kalsiumia) jätetään tislaussäiliön pohjalle. tankkiin ja palautetaan elektrolyysilaitteeseen käyttöä varten.
Poistettu kiteinen kalsium on teollista kalsiumia, jonka laatu on 98-99 %. Jos natriumin ja magnesiumin kokonaispitoisuus raaka-aineen CaCl2:ssa on alle 0,15 %, kupari-kalsiumseos voidaan tislata kerran, jolloin saadaan metallikalsiumia, jonka pitoisuus on â¥99 %.
Erittäin puhdasta kalsiumia voidaan saada käsittelemällä teollista kalsiumia suurtyhjiötislauksella. Yleensä tislauslämpötilaa säädetään 780-820 °C:ksi ja tyhjiöaste on 1 × 10-4. Tislauskäsittely on vähemmän tehokas kalsiumin kloridien puhdistamisessa.
Nitridiä voidaan lisätä tislauslämpötilan alapuolelle kaksoissuolan muodostamiseksi CanCloNp:n muodossa. Tällä kaksoissuolalla on alhainen höyrynpaine, eikä se ole helposti haihtuva ja jää tislausjäännökseen.
Lisäämällä typpiyhdisteitä ja puhdistamalla tyhjötislauksella kalsiumin epäpuhtausalkuaineiden kloorin, mangaanin, kuparin, raudan, piin, alumiinin ja nikkelin summa voidaan vähentää 1000-100 ppm:iin ja erittäin puhtaan kalsiumin 99,9-99,99 %:iin. voidaan saada.
Puristettu tai rullattu tankoiksi ja levyiksi tai leikattu pieniksi paloiksi ja pakattu ilmatiiviisiin astioihin.
Edellä olevien kolmen valmistusmenetelmän mukaan voidaan nähdä, että pelkistysmenetelmällä on yksinkertainen teknologinen prosessi, se kuluttaa vähemmän energiaa ja kuluttaa vähemmän aikaa ja sopii paremmin teolliseen tuotantoon.
Siksi pelkistysmenetelmä on pääasiallinen menetelmä kalsiummetallin tuotannossa viime vuosina.
