De voorbereiding van
Vanwege de zeer sterke activiteit van calciummetaal werd het in het verleden voornamelijk geproduceerd door elektrolytisch gesmolten calciumchloride of calciumhydroxide. In de afgelopen jaren is de reductiemethode geleidelijk de belangrijkste methode geworden om calciummetaal te produceren.
De reductiemethode is om metaalaluminium te gebruiken om kalk onder vacuüm en hoge temperatuur te verminderen en vervolgens te rectificeren om calcium te verkrijgen.
De reductiemethode gebruikt meestal kalksteen als grondstof, gecalcineerd calciumoxide en aluminiumpoeder als reductiemiddel.
Het verpulverde calciumoxide en aluminiumpoeder worden gelijkmatig in een bepaalde verhouding gemengd, tot blokken geperst en gereageerd onder een vacuüm van 0,01 en een temperatuur van 1050-1200 °C. Het genereren van calciumdamp en calciumaluminaat.
De reactieformule is: 6CaO 2Alâ3Ca 3CaOâ¢Al2O3
De gereduceerde calciumdamp kristalliseert bij 750-400°C. Het kristallijne calcium wordt vervolgens gesmolten en gegoten onder de bescherming van argon om een dichte calciumstaaf te verkrijgen.
Het terugwinningspercentage van calcium geproduceerd door middel van de reductiemethode is in het algemeen ongeveer 60%.
Omdat het technologische proces ook relatief eenvoudig is, is de reductiemethode de afgelopen jaren de belangrijkste methode om metallisch calcium te produceren.
De verbranding onder normale omstandigheden kan gemakkelijk het smeltpunt van metallisch calcium bereiken, dus het zal de verbranding van metallisch calcium veroorzaken.
De eerdere elektrolyse was de contactmethode, die later werd verbeterd tot de elektrolyse met vloeibare kathode.
Contactelektrolyse werd voor het eerst toegepast door W. Rathenau in 1904. De gebruikte elektrolyt is een mengsel van CaCl2 en CaF2. De anode van de elektrolytische cel is bekleed met koolstof zoals grafiet en de kathode is gemaakt van staal.
Elektrolytisch gedesorbeerd calcium drijft op het oppervlak van de elektrolyt en condenseert op de kathode in contact met de stalen kathode. Naarmate de elektrolyse vordert, stijgt de kathode dienovereenkomstig en vormt het calcium een wortelvormige staaf aan de kathode.
De nadelen van calciumproductie via contactmethode zijn: groot verbruik van grondstoffen, hoge oplosbaarheid van calciummetaal in elektrolyt, laag stroomrendement en slechte productkwaliteit (ongeveer 1% chloorgehalte).
De methode met vloeibare kathode gebruikt een koper-calciumlegering (die 10%-15% calcium bevat) als vloeibare kathode en de grafietelektrode als anode. Elektrolytisch gedesorbeerd calcium zet zich af op de kathode.
De schaal van de elektrolytische cel is gemaakt van gietijzer. De elektrolyt is een mengsel van CaCl2 en KCI. Koper wordt gekozen als de legeringssamenstelling van de vloeibare kathode omdat er een zeer breed gebied met een laag smeltpunt is in het gebied met een hoog calciumgehalte in het koper-calciumfasediagram en een koper-calciumlegering met een calciumgehalte van 60%-65 % kan worden bereid onder 700 °C.
Tegelijkertijd is het door de lage dampdruk van koper gemakkelijk te scheiden tijdens destillatie. Bovendien hebben koper-calciumlegeringen die 60%-65% calcium bevatten een hogere dichtheid (2,1-2,2 g/cm³), wat kan zorgen voor een goede delaminatie met de elektrolyt. Het calciumgehalte in de kathodelegering mag niet hoger zijn dan 62% -65%. Het huidige rendement is ongeveer 70%. Het CaCl2-verbruik per kilogram calcium is 3,4-3,5 kilogram.
De door elektrolyse geproduceerde koper-calciumlegering wordt onderworpen aan elke destillatie onder de omstandigheden van 0,01 Torr vacuüm en 750-800 â temperatuur om vluchtige onzuiverheden zoals kalium en natrium te verwijderen.
Vervolgens wordt de tweede vacuümdestillatie uitgevoerd bij 1050-1100 ° C, het calcium wordt gecondenseerd en gekristalliseerd in het bovenste deel van de destillatietank en het resterende koper (dat 10% -15% calcium bevat) blijft op de bodem van de tank en keerde terug naar de electrolyzer voor gebruik.
Het onttrokken kristallijne calcium is industrieel calcium met een gehalte van 98%-99%. Als het totale gehalte aan natrium en magnesium in de grondstof CaCl2 minder is dan 0,15%, kan de koper-calciumlegering één keer worden gedestilleerd om metallisch calcium te verkrijgen met een gehalte van â¥99%.
Hoogzuiver calcium kan worden verkregen door industrieel calcium te behandelen door middel van hoogvacuümdestillatie. Over het algemeen wordt de destillatietemperatuur geregeld op 780-820 °C en is de vacuümgraad 1 × 10-4. Destillatiebehandeling is minder effectief voor het zuiveren van chloriden in calcium.
Nitride kan onder de destillatietemperatuur worden toegevoegd om een dubbelzout te vormen in de vorm van CanCloNp. Dit dubbelzout heeft een lage dampspanning en is niet snel vluchtig en blijft achter in het destillatieresidu.
Door stikstofverbindingen toe te voegen en te zuiveren door vacuümdestillatie, kan de som van de onzuiverheidselementen chloor, mangaan, koper, ijzer, silicium, aluminium en nikkel in calcium worden teruggebracht tot 1000-100 ppm en zeer zuiver calcium van 99,9% -99,99% kan worden verkregen.
Geëxtrudeerd of gerold tot staven en platen, of in kleine stukjes gesneden en verpakt in luchtdichte containers.
Volgens de bovenstaande drie bereidingsmethoden kan worden gezien dat de reductiemethode een eenvoudig technologisch proces heeft, minder energie verbruikt en minder tijd kost, en geschikter is voor industriële productie van
Daarom is de reductiemethode de afgelopen jaren de belangrijkste methode voor de productie van calciummetaal.
