項(xiàng)目一 任務(wù)三 堿土金屬的冶煉 2、鈣的制取

知識(shí)點(diǎn)：鈣的制取任務(wù)三堿土金屬的冶煉鈣的制取

該法是生產(chǎn)金屬鈣的主要方法。通常用石灰石為原料，經(jīng)煅燒成氧化鈣，以鋁粉作還原劑。粉碎的氧化鈣與鋁粉按一定比例混合均勻，壓制成塊，在0.01真空和1050-1200℃溫度下反應(yīng)，生成鈣蒸氣和鋁酸鈣，其反應(yīng)式是：6CaO+2Al→3Ca+3CaO·Al2O3還原出來的鈣蒸氣在750-400℃下結(jié)晶。結(jié)晶鈣再在氬氣保護(hù)下熔融鑄錠，得到致密的鈣錠。還原法生產(chǎn)鈣的回收率一般在60%左右。

還原法

《輕金屬冶金生產(chǎn)》項(xiàng)目六稀有輕金屬冶煉鈣的制取

較早的電解是接觸法，后來改進(jìn)為液體陰極法電解。接觸法電解是拉特瑙（W.Rathenau）于1904年首先應(yīng)用的。所用的電解質(zhì)為CaCl2和CaF2的混合物。電解槽陽極用碳素如石墨等作內(nèi)襯，陰極用鋼制成。電解析出的鈣漂浮在電解質(zhì)表面，同鋼制陰極接觸而冷凝在陰極上。隨著電解的進(jìn)行，陰極相應(yīng)提升，鈣在陰極形成一個(gè)胡蘿卜形的棒狀物。1000安培的電解槽，電解質(zhì)的溫度約為800℃，陰極電流密度為40-60A/cm2，槽電壓25-30伏。接觸法生產(chǎn)鈣的缺點(diǎn)是：原料消耗大，金屬鈣在電解質(zhì)中的溶解度高，電流效率低，產(chǎn)品質(zhì)量差（含氯1%左右）等。

電解法

《輕金屬冶金生產(chǎn)》項(xiàng)目六稀有輕金屬冶煉鈣的制取

液體陰極法是以銅鈣合金（含鈣10%-15%）作為液體陰極，石墨電極作陽極。電解析出的鈣沉積在陰極上。電解槽槽殼用鑄鐵制作。電解質(zhì)是CaCl2和KCl的混合物。選擇銅作液體陰極的合金成分是因?yàn)殂~鈣相圖中在高鈣含量區(qū)域內(nèi)，存在著非常廣泛的低熔點(diǎn)區(qū)域，可以在低于700℃制取含鈣60%-65%的銅鈣合金。同時(shí)由于銅的蒸氣壓小，在蒸餾時(shí)容易分離。此外，含鈣60%-65%的銅鈣合金的密度較大（2.1-2.2g/cm3），能保證與電解質(zhì)很好地分層。一臺(tái)電流強(qiáng)度為7600-8000安的電解槽，槽電壓為9.5-10.5伏，電解質(zhì)溫度670-700℃，陽極電流密度為1.9-2.1A/cm2，電解質(zhì)組分控制在CaCl2：KCl=(78%-82%)：(22%-18%)。陰極合金中鈣含量不超過62%-65%。電流效率約為70%。每公斤鈣消耗CaCl2為3.4-3.5公斤。

電解法

《輕金屬冶金生產(chǎn)》項(xiàng)目六稀有輕金屬冶煉鈣的制取

電解生產(chǎn)的銅鈣合金在0.01真空和750-800℃溫度條件下進(jìn)行第一次蒸餾，以除去易揮發(fā)的鉀、鈉等雜質(zhì)。然后在1050-1100℃下進(jìn)行第二次真空蒸餾，鈣在蒸餾罐上部冷凝、結(jié)晶，而殘銅（含鈣10%-15%）留在罐底，返回電解槽使用。取出的結(jié)晶鈣即為工業(yè)鈣，品位為98%-99%。如果原料CaCl2中鈉、鎂總含量<0.15%，則銅鈣合金經(jīng)過一次蒸餾，即可得到含量≥99%的金屬鈣。

電解法

《輕金屬冶金生產(chǎn)》項(xiàng)目六稀有輕金屬冶煉鈣的制取

工業(yè)鈣再經(jīng)高溫真空蒸餾處理可得到高純度鈣。一般控制蒸餾溫度為780-820℃，真空度1×10-4。蒸餾處理對(duì)凈化鈣中氯化物效果較差，可在低于蒸餾溫度時(shí)，添加氮化物，使形成CanCloNp形式的復(fù)鹽。這種復(fù)鹽蒸氣壓小，不易揮發(fā)而殘留在蒸餾殘?jiān)小Ｍㄟ^添中氮化物和真空蒸餾凈化，鈣中雜質(zhì)元素氯、錳、銅、鐵、硅、鋁、鎳等的總和可降到1000-100ppm，即得99.9%-99.99%的