Priprema za
Zbog vrlo jake aktivnosti kalcijum metala, u prošlosti se uglavnom proizvodio elektrolitičkim rastopljenim kalcijum hloridom ili kalcijum hidroksidom. Poslednjih godina, metoda redukcije je postepeno postala glavna metoda proizvodnje kalcijum metala.
Metoda redukcije je korištenje metalnog aluminija za smanjenje vapna pod vakuumom i visokom temperaturom, a zatim rektiranje da se dobije kalcij.
Metoda redukcije obično koristi krečnjak kao sirovinu, kalcinirani kalcijev oksid i aluminijumski prah kao redukciono sredstvo.
Uprašeni kalcijum oksid i aluminij u prahu se jednolično miješaju u određenom omjeru, presuju u blokove i reaguju pod vakuumom od 0,01 i temperaturom od 1050-1200 °C. Stvaranje pare kalcijuma i kalcijum aluminata.
Reakciona formula je: 6CaO 2A3Ca 3CaOâ¢Al2O3
Redukovana para kalcijuma kristališe na 750-400°C. Kristalni kalcij se zatim topi i lijeva pod zaštitom argona kako bi se dobio gusti ingot kalcijuma.
Stopa oporavka kalcijuma proizvedenog metodom redukcije je općenito oko 60%.
Budući da je i njegov tehnološki proces relativno jednostavan, metoda redukcije je glavna metoda za proizvodnju metalnog kalcija posljednjih godina.
Sagorevanje u normalnim uslovima može lako doći do tačke topljenja metalnog kalcijuma, tako da će izazvati sagorevanje metalnog kalcijuma.
Ranija elektroliza je bila kontaktna metoda, koja je kasnije poboljšana na elektrolizu tečne katode.
Kontaktnu elektrolizu prvi je primijenio W. Rathenau 1904. godine. Korišteni elektrolit je mješavina CaCl2 i CaF2. Anoda elektrolitičke ćelije je obložena ugljikom kao što je grafit, a katoda je izrađena od čelika.
Elektrolitički desorbirani kalcij pliva na površini elektrolita i kondenzira se na katodi u kontaktu sa čeličnom katodom. Kako elektroliza napreduje, katoda se u skladu s tim diže, a kalcij formira šipku u obliku šargarepe na katodi.
Nedostaci proizvodnje kalcijuma kontaktnom metodom su: velika potrošnja sirovina, visoka rastvorljivost kalcijum metala u elektrolitu, niska strujna efikasnost i loš kvalitet proizvoda (oko 1% sadržaja hlora).
Metoda tečne katode koristi leguru bakra i kalcijuma (koja sadrži 10%-15% kalcijuma) kao tečnu katodu i grafitnu elektrodu kao anodu. Na katodi se taloži elektrolitički desorbirani kalcij.
Oklop elektrolitičke ćelije je napravljen od livenog gvožđa. Elektrolit je mješavina CaCl2 i KCI. Bakar je odabran kao legirani sastav tečne katode jer postoji veoma široka oblast niske tačke topljenja u oblasti visokog sadržaja kalcijuma na faznom dijagramu bakar-kalcijum, i legura bakar-kalcijum sa sadržajem kalcijuma od 60%-65 % može se pripremiti ispod 700 °C.
Istovremeno, zbog malog pritiska pare bakra, lako se odvaja tokom destilacije. Pored toga, legure bakra i kalcijuma koje sadrže 60%-65% kalcijuma imaju veću gustinu (2,1-2,2g/cm³), što može da obezbedi dobro raslojavanje sa elektrolitom. Sadržaj kalcijuma u leguri katode ne bi trebalo da prelazi 62%-65%. Trenutna efikasnost je oko 70%. Potrošnja CaCl2 po kilogramu kalcija je 3,4-3,5 kilograma.
Legura bakra i kalcijuma proizvedena elektrolizom se podvrgava svakoj destilaciji u uslovima vakuuma od 0,01 Torr i temperature 750-800 kako bi se uklonile isparljive nečistoće kao što su kalij i natrijum.
Zatim se provodi druga vakuum destilacija na 1050-1100°C, kalcij se kondenzira i kristalizira u gornjem dijelu destilacionog spremnika, a ostatak bakra (koji sadrži 10%-15% kalcija) ostavlja se na dnu posude. rezervoar i vraćen u elektrolizator za upotrebu.
Izvađeni kristalni kalcijum je industrijski kalcijum sa stepenom od 98%-99%. Ako je ukupan sadržaj natrijuma i magnezijuma u sirovom materijalu CaCl2 manji od 0,15%, legura bakra i kalcijuma može se jednom destilovati da bi se dobio metalni kalcij sa sadržajem od â¥99%.
Kalcijum visoke čistoće se može dobiti obradom industrijskog kalcijuma destilacijom u visokom vakuumu. Općenito, temperatura destilacije je kontrolirana na 780-820°C, a stepen vakuuma je 1×10-4. Destilacioni tretman je manje efikasan za pročišćavanje hlorida u kalcijumu.
Nitrid se može dodati ispod temperature destilacije kako bi se formirala dvostruka sol u obliku CanCloNp. Ova dvostruka sol ima nizak pritisak pare i nije lako isparljiva i ostaje u ostatku destilacije.
Dodavanjem azotnih jedinjenja i prečišćavanjem vakuumskom destilacijom, zbir elemenata nečistoća hlora, mangana, bakra, gvožđa, silicijuma, aluminijuma i nikla u kalcijumu se može smanjiti na 1000-100ppm, a kalcijuma visoke čistoće od 99,9%-99,9%. može se dobiti.
Ekstrudirano ili umotano u šipke i ploče, ili izrezano na male komade i pakirano u hermetički zatvorene kontejnere.
Prema gornja tri načina pripreme vidi se da redukciona metoda ima jednostavan tehnološki proces, troši manje energije i troši manje vremena, te je pogodnija za industrijsku proizvodnju
Stoga je metoda redukcije glavna metoda za proizvodnju kalcijum metala posljednjih godina.
