Die Vorbereitung von
Aufgrund der sehr starken Aktivität von Calciummetall wurde es in der Vergangenheit hauptsächlich durch elektrolytisches geschmolzenes Calciumchlorid oder Calciumhydroxid hergestellt. In den letzten Jahren wurde das Reduktionsverfahren allmählich zum Hauptverfahren zur Herstellung von Calciummetall.
Das Reduktionsverfahren besteht darin, metallisches Aluminium zu verwenden, um Kalk unter Vakuum und hoher Temperatur zu reduzieren und dann zu rektifizieren, um Calcium zu erhalten.
Das Reduktionsverfahren verwendet üblicherweise Kalkstein als Rohmaterial, kalziniertes Calciumoxid und Aluminiumpulver als Reduktionsmittel.
Das pulverisierte Calciumoxid und Aluminiumpulver werden in einem bestimmten Verhältnis gleichmäßig gemischt, zu Blöcken gepresst und unter 0,01 Vakuum und 1050–1200 °C Temperatur umgesetzt. Erzeugung von Calciumdampf und Calciumaluminat.
Die Reaktionsformel lautet: 6CaO 2Alâ3Ca 3CaOâ¢Al2O3
Der reduzierte Calciumdampf kristallisiert bei 750–400°C. Das kristalline Calcium wird dann geschmolzen und unter dem Schutz von Argon gegossen, um einen dichten Calciumbarren zu erhalten.
Die Rückgewinnungsrate des durch das Reduktionsverfahren hergestellten Calciums beträgt im Allgemeinen etwa 60 %.
Da sein technologischer Prozess auch relativ einfach ist, ist das Reduktionsverfahren in den letzten Jahren das Hauptverfahren zur Herstellung von metallischem Calcium.
Die Verbrennung unter normalen Bedingungen kann leicht den Schmelzpunkt von metallischem Calcium erreichen, so dass es zur Verbrennung von metallischem Calcium kommt.
Die frühere Elektrolyse war das Kontaktverfahren, das später zur Flüssigkathodenelektrolyse weiterentwickelt wurde.
Die Kontaktelektrolyse wurde erstmals 1904 von W. Rathenau angewandt. Als Elektrolyt wird eine Mischung aus CaCl2 und CaF2 verwendet. Die Anode der Elektrolysezelle ist mit Kohlenstoff wie Graphit ausgekleidet, und die Kathode besteht aus Stahl.
Elektrolytisch desorbiertes Calcium schwimmt auf der Oberfläche des Elektrolyten und kondensiert an der Kathode in Kontakt mit der Stahlkathode. Mit fortschreitender Elektrolyse steigt die Kathode entsprechend an und das Calcium bildet an der Kathode einen karottenförmigen Stab.
Die Nachteile der Calciumherstellung durch Kontaktverfahren sind: großer Rohstoffverbrauch, hohe Löslichkeit von Calciummetall im Elektrolyten, geringe Stromausbeute und schlechte Produktqualität (ca. 1 % Chlorgehalt).
Das Flüssigkathodenverfahren verwendet eine Kupfer-Kalzium-Legierung (mit 10 %–15 % Kalzium) als Flüssigkathode und die Graphitelektrode als Anode. An der Kathode wird elektrolytisch desorbiertes Calcium abgeschieden.
Der Mantel der Elektrolysezelle besteht aus Gusseisen. Der Elektrolyt ist eine Mischung aus CaCl2 und KCl. Kupfer wird als Legierungszusammensetzung der Flüssigkathode ausgewählt, weil es im Kupfer-Kalzium-Phasendiagramm einen sehr breiten Bereich mit niedrigem Schmelzpunkt im Bereich mit hohem Kalziumgehalt und eine Kupfer-Kalzium-Legierung mit einem Kalziumgehalt von 60 %–65 gibt % können unter 700 °C hergestellt werden.
Gleichzeitig ist es aufgrund des geringen Dampfdrucks von Kupfer bei der Destillation leicht abzutrennen. Darüber hinaus haben Kupfer-Kalzium-Legierungen mit 60 %–65 % Calcium eine höhere Dichte (2,1–2,2 g/cm³), was eine gute Delaminierung mit dem Elektrolyten gewährleisten kann. Der Calciumgehalt in der Kathodenlegierung sollte 62 % - 65 % nicht überschreiten. Die Stromausbeute liegt bei etwa 70 %. Der CaCl2-Verbrauch pro Kilogramm Calcium beträgt 3,4-3,5 Kilogramm.
Die durch Elektrolyse hergestellte Kupfer-Kalzium-Legierung wird jeder Destillation unter den Bedingungen eines Vakuums von 0,01 Torr und einer Temperatur von 750–800 °C unterzogen, um flüchtige Verunreinigungen wie Kalium und Natrium zu entfernen.
Dann wird die zweite Vakuumdestillation bei 1050–1100°C durchgeführt, das Calcium wird im oberen Teil des Destillationsbehälters kondensiert und kristallisiert, und das restliche Kupfer (das 10 %–15 % Calcium enthält) wird am Boden des Destillationsbehälters zurückgelassen Tank und zur Verwendung in den Elektrolyseur zurückgeführt.
Das entnommene kristalline Calcium ist Industriecalcium mit einem Gehalt von 98%-99%. Wenn der Gesamtgehalt an Natrium und Magnesium im Rohmaterial CaCl2 weniger als 0,15 % beträgt, kann die Kupfer-Kalzium-Legierung einmal destilliert werden, um metallisches Kalzium mit einem Gehalt von ≥ 99 % zu erhalten.
Hochreines Calcium kann durch Behandlung von industriellem Calcium durch Hochvakuumdestillation erhalten werden. Im Allgemeinen wird die Destillationstemperatur auf 780–820°C geregelt und der Vakuumgrad beträgt 1 × 10 –4 . Die Destillationsbehandlung ist weniger wirksam zum Reinigen von Chloriden in Calcium.
Nitrid kann unterhalb der Destillationstemperatur zugegeben werden, um ein Doppelsalz in Form von CanCloNp zu bilden. Dieses Doppelsalz hat einen niedrigen Dampfdruck und ist schwer flüchtig und verbleibt im Destillationsrückstand.
Durch Zugabe von Stickstoffverbindungen und Reinigung durch Vakuumdestillation kann die Summe der Verunreinigungselemente Chlor, Mangan, Kupfer, Eisen, Silizium, Aluminium und Nickel im Calcium auf 1000–100 ppm und hochreines Calcium auf 99,9 %–99,99 % reduziert werden. erhalten werden können.
Zu Stäben und Platten extrudiert oder gerollt oder in kleine Stücke geschnitten und in luftdichten Behältern verpackt.
Gemäß den obigen drei Herstellungsverfahren ist ersichtlich, dass das Reduktionsverfahren ein einfaches technologisches Verfahren aufweist, weniger Energie verbraucht und weniger Zeit in Anspruch nimmt und für die industrielle Produktion besser geeignet ist
Daher ist das Reduktionsverfahren in den letzten Jahren das Hauptverfahren zur Herstellung von Calciummetall.
