钙的生产工艺-金属百科
亚洲金属百科
专业的金属知识站点
  • 钙的生产工艺

 
  • 的制备主要有还原法、电解法和钙精炼。由于金属钙的活泼性非常强,过去主要用电解熔融氯化钙或氢氧化钙才能制成,近几年还原法逐渐成为生产金属钙的主要方法。
  • 还原法:还原法是使用金属在真空和高温下还原石灰,再经精馏而得钙。
  • 还原法通常用石灰石为原料,经烧成氧化钙,以铝粉作还原剂,将粉碎的氧化钙与铝粉按一定比例混合均匀,压制成块,在0.01真空和1050-1200℃温度下反应,生成钙蒸气和铝酸钙。其反应式是:6CaO+2Al→3Ca+3CaO•Al2O3
  • 还原出来的钙蒸气在750-400℃下结晶。结晶钙再在氩气保护下熔融铸锭,得到致密的钙锭。还原法生产钙的回收率一般在60%左右,工艺流程见下图:
  • 还原法生产钙
  • 由于其工艺过程也比较简单,近几年还原法是生产金属钙的主要方法。正常状态下的燃烧很容易达到金属钙的熔点,所以会引起金属钙的燃烧。
  • 较早的电解是接触法,后来改进为液体阴极法电解。
  • 接触法电解是拉特瑙(W.Rathenau)于1904年首先应用的。所用的电解质为CaCl2和CaF2的混合物。电解槽阳极用碳素如石墨等作内衬,阴极用钢制成。电解析出的钙漂浮在电解质表面,同钢制阴极接触而冷凝在阴极上。随着电解的进行,阴极相应提升,钙在阴极形成一个胡萝卜形的棒状物。
  • 电解法生产钙
  • 接触法生产钙的缺点是:原料消耗大,金属钙在电解质中的溶解度高,电流效率低,产品质量差(含氯1%左右)等。
  • 液体阴极法是以钙合金(含钙10%-15%)作为液体阴极,石墨电极作阳极。电解析出的钙沉积在阴极上。电解槽槽壳用铸铁制作。电解质是CaCl2和KCI的混合物。选择铜作液体阴极的合金成分是因为铜钙相图中在高钙含量区域内,存在着非常广泛的低熔点区域,可以在低于700℃制取含钙60%-65%的铜钙合金。同时由于铜的蒸气压小,在蒸馏时容易分离。此外,含钙60%-65%的铜钙合金的密度较大(2.1-2.2g/cm³),能保证与电解质很好地分层。阴极合金中钙含量不超过62%-65%。电流效率约为70%。每公斤钙消耗CaCl2为3.4-3.5公斤。
  • 电解生产的铜钙合金在0.01托真空和750-800℃温度条件下进行每一次蒸馏,以除去易挥发的钾、钠等杂质。然后在1050-1100℃下进行第二次真空蒸馏,钙在蒸馏罐上部冷凝、结晶,而残铜(含钙10%-15%)留在罐底,返回电解槽使用。取出的结晶钙即为工业钙,品位为98%-99%。如果原料CaCl2中钠、总含量<0.15%,则铜钙合金经过一次蒸馏,即可得到含量≥99%的金属钙。
  • 电解法生产钙方程式
  • 工业钙再经高真空蒸留处理可得到高纯度钙。一般控制蒸馏温度为780-820℃,真空度1×10-4。蒸馏处理对净化钙中氯化物效果较差,可在低于蒸馏温度时,添加氮化物,使形成CanCloNp形式的复盐。这种复盐蒸气压小,不易挥发而残留在蒸馏残渣中。通过添中氮化物和真空蒸馏净化,钙中杂质元素氯、、铜、铁、、铝、的总和可降到1000-100ppm,即可得到99.9%-99.99%的高纯度钙,再经挤压或轧制成棒和板,或切成小片,分装在密闭容器中。
  • 根据以上三种制备方式,可以看出还原法工艺流程简单,耗能、耗时少,多方考虑更适于工业上生产金属钙,因此,近几年还原法是生产金属钙的主要方法。

1 2   3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
Db
106
Sg
107
Bh
108
Hs
109
Mt
110
111
112
Cn
113
Uut
114
Fl
115
Uup
116
Lv
117
Uus
118
Uuo