Valmistamine
Kaltsiummetalli väga tugeva aktiivsuse tõttu toodeti seda varem peamiselt elektrolüütiliselt sulatatud kaltsiumkloriidi või kaltsiumhüdroksiidi abil. Viimastel aastatel on redutseerimismeetodist saanud järk-järgult peamine kaltsiummetalli tootmise meetod.
Redutseerimismeetodiks on metallist alumiiniumi kasutamine lubja vähendamiseks vaakumis ja kõrgel temperatuuril ning seejärel puhastamine kaltsiumi saamiseks.
Redutseerimismeetodis kasutatakse tavaliselt toorainena lubjakivi, redutseerijana kaltsineeritud kaltsiumoksiidi ja alumiiniumipulbrit.
Peenestatud kaltsiumoksiid ja alumiiniumpulber segatakse ühtlaselt teatud vahekorras, pressitakse plokkideks ja lastakse reageerida vaakumis 0,01 ja temperatuuril 1050-1200 °C. Kaltsiumiauru ja kaltsiumaluminaadi tekitamine.
Reaktsiooni valem on: 6CaO 2Alâ3Ca 3CaOâ¢Al2O3
Redutseeritud kaltsiumi aur kristalliseerub temperatuuril 750-400 °C. Seejärel sulatatakse kristalliline kaltsium ja valatakse argooni kaitse all, et saada tihe kaltsiumi valuplokk.
Redutseerimismeetodil toodetud kaltsiumi taaskasutamise määr on üldiselt umbes 60%.
Kuna selle tehnoloogiline protsess on samuti suhteliselt lihtne, on redutseerimismeetod viimastel aastatel peamine meetod metallilise kaltsiumi tootmiseks.
Põlemine normaalsetes tingimustes võib kergesti jõuda metallilise kaltsiumi sulamistemperatuurini, nii et see põhjustab metallilise kaltsiumi põlemist.
Varasem elektrolüüs oli kontaktmeetod, mida hiljem täiustati vedelkatoodiga elektrolüüsiks.
Kontaktelektrolüüsi rakendas esmakordselt W. Rathenau 1904. aastal. Kasutatud elektrolüüdiks on CaCl2 ja CaF2 segu. Elektrolüütilise elemendi anood on vooderdatud süsinikuga, näiteks grafiidiga, ja katood on valmistatud terasest.
Elektrolüütiliselt desorbeeritud kaltsium hõljub elektrolüüdi pinnal ja kondenseerub katoodil kokkupuutel teraskatoodiga. Elektrolüüsi edenedes tõuseb katood vastavalt ja kaltsium moodustab katoodil porgandikujulise varda.
Kontaktmeetodil kaltsiumi tootmise puudused on järgmised: suur toorainekulu, kaltsiummetalli kõrge lahustuvus elektrolüüdis, madal voolutõhusus ja toote halb kvaliteet (umbes 1% kloorisisaldus).
Vedelkatoodi meetodil kasutatakse vedelkatoodina vase-kaltsiumi sulamit (sisaldab 10–15% kaltsiumi) ja anoodina grafiitelektroodi. Elektrolüütiliselt desorbeeritud kaltsium ladestub katoodile.
Elektrolüütilise elemendi kest on valmistatud malmist. Elektrolüüt on CaCl2 ja KCI segu. Vedelkatoodi sulami koostiseks valitakse vask, kuna vask-kaltsiumi faasidiagrammil on kõrge kaltsiumisisaldusega piirkonnas väga lai madala sulamistemperatuuriga piirkond ja vase-kaltsiumi sulam kaltsiumisisaldusega 60–65 % saab valmistada temperatuuril alla 700 °C.
Samas on vase väikese aururõhu tõttu lihtne destilleerimisel eraldada. Lisaks on 60–65% kaltsiumi sisaldavatel vase-kaltsiumisulamitel suurem tihedus (2,1–2,2 g/cm³), mis tagab hea delaminatsiooni elektrolüüdiga. Katoodisulami kaltsiumisisaldus ei tohiks ületada 62–65%. Praegune kasutegur on umbes 70%. CaCl2 tarbimine kilogrammi kaltsiumi kohta on 3,4-3,5 kilogrammi.
Elektrolüüsi teel toodetud vase-kaltsiumisulamit destilleeritakse iga kord vaakumis 0,01 Torr ja temperatuuril 750–800 °C, et eemaldada lenduvad lisandid, nagu kaalium ja naatrium.
Seejärel viiakse läbi teine vaakumdestilleerimine temperatuuril 1050–1100 ° C, kaltsium kondenseeritakse ja kristalliseeritakse destillatsioonipaagi ülemises osas ning vase jääk (sisaldab 10–15% kaltsiumi) jäetakse paagi põhja. paak ja tagastatakse kasutamiseks elektrolüsaatorisse.
Väljavõetud kristalliline kaltsium on tööstuslik kaltsium, mille klass on 98–99%. Kui naatriumi ja magneesiumi kogusisaldus tooraines CaCl2 on alla 0,15%, võib vase-kaltsiumisulamit ühe korra destilleerida, et saada metallilise kaltsiumi sisaldus 99%.
Kõrge puhtusastmega kaltsiumi saab saada tööstusliku kaltsiumi töötlemisel kõrgvaakumdestilleerimisega. Üldiselt kontrollitakse destilleerimistemperatuuri 780–820 ° C ja vaakumi aste on 1 × 10–4. Destilleerimine on kaltsiumis olevate kloriidide puhastamisel vähem efektiivne.
Nitriidi võib lisada alla destilleerimistemperatuuri, et moodustada topeltsool CanCloNp kujul. Sellel topeltsoolal on madal aururõhk ja see ei lendu kergesti ning jääb destilleerimisjääki.
Lämmastikuühendite lisamisega ja vaakumdestilleerimisega puhastamisega saab kaltsiumis sisalduvate lisandite kloori, mangaani, vase, raua, räni, alumiiniumi ja nikli summa vähendada 1000–100 ppm-ni ja kõrge puhtusastmega kaltsiumi 99,9–99,99%ni. saab kätte.
Ekstrudeeritud või rullitud varrasteks ja plaatideks või lõigatud väikesteks tükkideks ja pakendatud õhukindlatesse anumatesse.
Ülaltoodud kolme valmistamismeetodi järgi on näha, et redutseerimismeetod on lihtsa tehnoloogilise protsessiga, kulutab vähem energiat ja kulutab vähem aega ning sobib paremini tööstuslikuks tootmiseks.
Seetõttu on redutseerimismeetod viimastel aastatel peamine kaltsiummetalli tootmise meetod.
