Paruošimas iš
Dėl labai stipraus kalcio metalo aktyvumo anksčiau jis daugiausia buvo gaminamas elektrolitiniu būdu išlydytu kalcio chloridu arba kalcio hidroksidu. Pastaraisiais metais redukcijos metodas palaipsniui tapo pagrindiniu kalcio metalo gamybos būdu.
Redukcijos metodas yra metalinis aliuminis, skirtas kalkėms redukuoti vakuume ir aukštoje temperatūroje, o tada rektifikuoti, kad būtų gautas kalcis.
Redukcijos metodu kaip žaliava paprastai naudojamas kalkakmenis, o kaip reduktorius – kalcinuotas kalcio oksidas ir aliuminio milteliai.
Susmulkintas kalcio oksidas ir aliuminio milteliai tolygiai sumaišomi tam tikromis proporcijomis, suspaudžiami į blokus ir reaguojama 0,01 vakuume ir 1050-1200 â temperatūroje. Gaminami kalcio garai ir kalcio aliuminatas.
Reakcijos formulė yra tokia: 6CaO 2Alâ3Ca 3CaOâ¢Al2O3
Redukuoti kalcio garai kristalizuojasi 750-400°C temperatūroje. Tada kristalinis kalcis išlydomas ir išliejamas apsaugotame argonu, kad būtų gautas tankus kalcio luitas.
Redukcijos metodu pagaminto kalcio atkūrimo greitis paprastai yra apie 60%.
Kadangi jo technologinis procesas taip pat gana paprastas, pastaraisiais metais redukcinis metodas yra pagrindinis metalinio kalcio gamybos būdas.
Degimas normaliomis sąlygomis gali lengvai pasiekti metalinio kalcio lydymosi tašką, todėl sukels metalinio kalcio degimą.
Ankstesnė elektrolizė buvo kontaktinis metodas, kuris vėliau buvo patobulintas iki skystojo katodo elektrolizės.
Pirmą kartą kontaktinę elektrolizę taikė W. Rathenau 1904 m. Naudojamas elektrolitas yra CaCl2 ir CaF2 mišinys. Elektrolizės elemento anodas yra padengtas anglimi, pavyzdžiui, grafitu, o katodas pagamintas iš plieno.
Elektrolitiškai desorbuotas kalcis plūduriuoja elektrolito paviršiuje ir kondensuojasi ant katodo, kontaktuodamas su plieniniu katodu. Vykstant elektrolizei katodas atitinkamai pakyla, o kalcis prie katodo sudaro morkos formos strypą.
Kalcio gamybos kontaktiniu būdu trūkumai: didelis žaliavų suvartojimas, didelis kalcio metalo tirpumas elektrolite, mažas srovės efektyvumas, prasta gaminio kokybė (chloro kiekis apie 1%).
Skysto katodo metodu naudojamas vario ir kalcio lydinys (kuriame yra 10–15 % kalcio) kaip skystas katodas, o grafito elektrodas – kaip anodas. Elektrolitiškai desorbuotas kalcis nusėda ant katodo.
Elektrolizės elemento korpusas pagamintas iš ketaus. Elektrolitas yra CaCl2 ir KCI mišinys. Varis pasirinktas kaip skystojo katodo lydinio sudėtis, nes vario-kalcio fazės diagramoje yra labai platus žemos lydymosi temperatūros regionas, kuriame daug kalcio, o vario ir kalcio lydinys, kurio kalcio kiekis yra 60–65 % galima paruošti žemesnėje nei 700 °C temperatūroje.
Tuo pačiu metu dėl mažo vario garų slėgio jį lengva atskirti distiliavimo metu. Be to, vario ir kalcio lydiniai, kurių sudėtyje yra 60–65 % kalcio, turi didesnį tankį (2,1–2,2 g/cm³), o tai gali užtikrinti gerą sluoksniavimąsi su elektrolitu. Kalcio kiekis katodo lydinyje neturi viršyti 62–65%. Dabartinis efektyvumas yra apie 70%. Vienam kilogramui kalcio sunaudojama 3,4-3,5 kilogramo CaCl2.
Vario ir kalcio lydinys, pagamintas elektrolizės būdu, kiekvieną kartą distiliuojamas 0,01 Toro vakuume ir 750–800 °C temperatūroje, kad būtų pašalintos lakiosios priemaišos, tokios kaip kalis ir natris.
Tada antroji vakuuminė distiliacija atliekama 1050–1100 °C temperatūroje, kalcis kondensuojamas ir kristalizuojasi viršutinėje distiliavimo bako dalyje, o likutinis varis (turintis 10–15 % kalcio) paliekamas apačioje. baką ir grąžinti į elektrolizatorių naudoti.
Išimtas kristalinis kalcis yra pramoninis kalcis, kurio klasė yra 98–99%. Jei bendras natrio ir magnio kiekis žaliavoje CaCl2 yra mažesnis nei 0,15 %, vario ir kalcio lydinį galima distiliuoti vieną kartą, kad būtų gautas metalinis kalcis, kurio kiekis yra 99 %.
Didelio grynumo kalcį galima gauti apdorojant pramoninį kalcį didelio vakuumo distiliavimu. Paprastai distiliavimo temperatūra yra 780–820 ° C, o vakuumo laipsnis yra 1 × 10–4. Distiliavimo apdorojimas yra mažiau veiksmingas valant kalcio chloridus.
Nitridas gali būti pridėtas žemiau distiliavimo temperatūros, kad susidarytų dviguba druska CanCloNp pavidalu. Šios dvigubos druskos garų slėgis žemas, ji nėra lengvai laki ir lieka distiliavimo liekanose.
Pridedant azoto junginių ir gryninant vakuuminiu distiliavimu, priemaišų elementų chloro, mangano, vario, geležies, silicio, aliuminio ir nikelio suma kalcyje gali būti sumažinta iki 1000–100 ppm, o didelio grynumo kalcio kiekis – 99,9–99,99 %. galima gauti.
Presuoti arba susukti į strypus ir lėkštes, arba supjaustyti mažais gabalėliais ir supakuoti į sandarias talpyklas.
Remiantis aukščiau išvardintais trimis paruošimo būdais, matyti, kad redukcijos metodas yra paprastas technologinis procesas, sunaudoja mažiau energijos ir sunaudoja mažiau laiko bei labiau tinka pramoninei gamybai.
Todėl pastaraisiais metais redukcijos metodas yra pagrindinis kalcio metalo gamybos būdas.
