Udarbejdelsen af
På grund af den meget stærke aktivitet af Calcium Metal, blev det hovedsageligt produceret af elektrolytisk smeltet calciumchlorid eller calciumhydroxid i fortiden. I de senere år er reduktionsmetoden efterhånden blevet hovedmetoden til fremstilling af Calcium Metal.
Reduktionsmetoden er at bruge metalaluminium til at reducere kalk under vakuum og høj temperatur og derefter rette op for at opnå calcium.
Reduktionsmetoden bruger normalt kalksten som råmateriale, brændt calciumoxid og aluminiumspulver som reduktionsmiddel.
Det pulveriserede calciumoxid og aluminiumspulver blandes ensartet i en vis mængde, presses til blokke og reageres under 0,01 vakuum og 1050-1200 â temperatur. Generering af calciumdamp og calciumaluminat.
Reaktionsformlen er: 6CaO 2Alâ3Ca 3CaOâ¢Al2O3
Den reducerede calciumdamp krystalliserer ved 750-400°C. Det krystallinske calcium smeltes derefter og støbes under beskyttelse af argon for at opnå en tæt calciumbarre.
Genvindingsgraden for calcium fremstillet ved reduktionsmetoden er generelt omkring 60%.
Fordi dens teknologiske proces også er relativt enkel, er reduktionsmetoden den vigtigste metode til fremstilling af metallisk calcium i de senere år.
Forbrændingen under normale forhold kan nemt nå smeltepunktet for metallisk calcium, så det vil forårsage forbrænding af metallisk calcium.
Den tidligere elektrolyse var kontaktmetoden, som senere blev forbedret til den flydende katodeelektrolyse.
Kontaktelektrolyse blev første gang anvendt af W. Rathenau i 1904. Den anvendte elektrolyt er en blanding af CaCl2 og CaF2. Elektrolysecellens anode er foret med kulstof såsom grafit, og katoden er lavet af stål.
Elektrolytisk desorberet calcium flyder på overfladen af elektrolytten og kondenserer på katoden i kontakt med stålkatoden. Efterhånden som elektrolysen skrider frem, stiger katoden tilsvarende, og calciumet danner en gulerodsformet stav ved katoden.
Ulemperne ved calciumproduktion ved kontaktmetode er: stort forbrug af råmaterialer, høj opløselighed af calciummetal i elektrolyt, lav strømeffektivitet og dårlig produktkvalitet (ca. 1 % klorindhold).
Den flydende katodemetode bruger en kobber-calcium-legering (indeholdende 10%-15% calcium) som den flydende katode og grafitelektroden som anode. Elektrolytisk desorberet calcium aflejres på katoden.
Skallen på elektrolysecellen er lavet af støbejern. Elektrolytten er en blanding af CaCl2 og KCI. Kobber er valgt som legeringssammensætningen af den flydende katode, fordi der er et meget bredt lavt smeltepunktsområde i området med højt calciumindhold i kobber-calcium fasediagrammet, og en kobber-calcium legering med et calciumindhold på 60%-65 % kan fremstilles under 700 °C.
Samtidig er det på grund af det lille damptryk af kobber let at adskille under destillation. Derudover har kobber-calcium-legeringer indeholdende 60%-65% calcium en højere densitet (2,1-2,2g/cm³), hvilket kan sikre god delaminering med elektrolytten. Calciumindholdet i katodelegeringen bør ikke overstige 62%-65%. Den nuværende effektivitet er omkring 70%. CaCl2-forbruget pr. kg calcium er 3,4-3,5 kg.
Kobber-calcium-legeringen fremstillet ved elektrolyse udsættes for hver destillation under betingelserne 0,01 Torr vakuum og 750-800 â temperatur for at fjerne flygtige urenheder såsom kalium og natrium.
Derefter udføres den anden vakuumdestillation ved 1050-1100 °C, calcium kondenseres og krystalliseres i den øverste del af destillationstanken, og det resterende kobber (indeholdende 10%-15% calcium) efterlades i bunden af tank og returneres til elektrolysatoren til brug.
Det krystallinske calcium, der udtages, er industricalcium med en kvalitet på 98%-99%. Hvis det samlede indhold af natrium og magnesium i råmaterialet CaCl2 er mindre end 0,15%, kan kobber-calcium-legeringen destilleres én gang for at opnå metallisk calcium med et indhold på ⥠99%.
Kalcium med høj renhed kan opnås ved at behandle industrielt calcium ved højvakuumdestillation. Generelt styres destillationstemperaturen til at være 780-820°C, og vakuumgraden er 1×10-4. Destillationsbehandling er mindre effektiv til rensning af chlorider i calcium.
Nitrid kan tilsættes under destillationstemperaturen for at danne et dobbeltsalt i form af CanCloNp. Dette dobbeltsalt har et lavt damptryk og er ikke let flygtigt og forbliver i destillationsremanensen.
Ved at tilsætte nitrogenforbindelser og rense ved vakuumdestillation kan summen af urenhedselementerne klor, mangan, kobber, jern, silicium, aluminium og nikkel i calcium reduceres til 1000-100 ppm, og højrent calcium på 99,9%-99,99% kan fås.
Ekstruderet eller rullet til stænger og plader, eller skåret i små stykker og pakket i lufttætte beholdere.
Ifølge ovenstående tre fremstillingsmetoder kan det ses, at reduktionsmetoden har en simpel teknologisk proces, forbruger mindre energi og bruger mindre tid og er mere velegnet til industriel produktion af
Derfor er reduktionsmetoden hovedmetoden til fremstilling af Calcium Metal i de senere år.
