Կալցիումի մետաղի արտադրության երեք գործընթաց

-ի պատրաստումը

Կալցիումի մետաղի շատ ուժեղ ակտիվության շնորհիվ այն հիմնականում արտադրվում էր էլեկտրոլիտային հալված կալցիումի քլորիդով կամ կալցիումի հիդրօքսիդով: Վերջին տարիներին կրճատման մեթոդը աստիճանաբար դարձել է կալցիումի մետաղի արտադրության հիմնական մեթոդը:

Կրճատման մեթոդ

Կրճատման մեթոդը մետաղական ալյումինի օգտագործումն է՝ վակուումի և բարձր ջերմաստիճանի պայմաններում կրաքարը նվազեցնելու համար, այնուհետև ուղղումը՝ կալցիում ստանալու համար:

Կրճատման մեթոդը սովորաբար օգտագործում է կրաքար՝ որպես հումք, կալցինացված կալցիումի օքսիդ և ալյումինի փոշի՝ որպես վերականգնող նյութ։

Փոշիացված կալցիումի օքսիդը և ալյումինի փոշին միատեսակ խառնվում են որոշակի համամասնությամբ, սեղմվում են բլոկների մեջ և արձագանքում 0,01 վակուումի և 1050-1200 ջերմաստիճանի տակ: Կալցիումի գոլորշու և կալցիումի ալյումինի առաջացում:

Ռեակցիայի բանաձևն է՝ 6CaO 2Alâ3Ca 3CaOâ¢Al2O3

Կրճատված կալցիումի գոլորշին բյուրեղանում է 750-400°C ջերմաստիճանում: Այնուհետև բյուրեղային կալցիումը հալեցնում և ձուլում են արգոնի պաշտպանության տակ՝ խիտ կալցիումի ձուլակտոր ստանալու համար:

Կրճատման մեթոդով արտադրված կալցիումի վերականգնման արագությունը սովորաբար կազմում է մոտ 60%:

Քանի որ դրա տեխնոլոգիական գործընթացը նույնպես համեմատաբար պարզ է, ռեդուկցիոն մեթոդը վերջին տարիներին մետաղական կալցիումի արտադրության հիմնական մեթոդն է:

Նորմալ պայմաններում այրումը հեշտությամբ կարող է հասնել մետաղական կալցիումի հալման կետին, ուստի այն կհանգեցնի մետաղական կալցիումի այրմանը:

Էլեկտրոլիզ

Ավելի վաղ էլեկտրոլիզը շփման մեթոդն էր, որը հետագայում բարելավվեց հեղուկ կաթոդի էլեկտրոլիզով:

Կոնտակտային էլեկտրոլիզը առաջին անգամ կիրառվել է W. Rathenau-ի կողմից 1904 թվականին: Օգտագործված էլեկտրոլիտը CaCl2-ի և CaF2-ի խառնուրդ է: Էլեկտրոլիտիկ բջիջի անոդը պատված է ածխածնով, ինչպիսին է գրաֆիտը, իսկ կաթոդը պատրաստված է պողպատից:

Էլեկտրոլիտիկ կերպով կլանված կալցիումը լողում է էլեկտրոլիտի մակերեսի վրա և խտանում կաթոդի վրա՝ շփվելով պողպատի կաթոդի հետ: Երբ էլեկտրոլիզը զարգանում է, կաթոդը համապատասխանաբար բարձրանում է, և կալցիումը կաթոդում ձևավորում է գազարաձև ձող:

Կոնտակտային եղանակով կալցիումի արտադրության թերություններն են՝ հումքի մեծ սպառումը, էլեկտրոլիտում կալցիումի մետաղի բարձր լուծելիությունը, ցածր հոսանքի արդյունավետությունը և արտադրանքի վատ որակը (մոտ 1% քլորի պարունակություն):

Հեղուկ կաթոդի մեթոդը որպես հեղուկ կաթոդ օգտագործում է պղինձ-կալցիումի համաձուլվածք (պարունակում է 10%-15% կալցիում), իսկ որպես անոդ՝ գրաֆիտի էլեկտրոդ։ Կաթոդի վրա կուտակվում է էլեկտրոլիտիկ լուծարված կալցիում:

Էլեկտրոլիտիկ բջիջի պատյանը պատրաստված է չուգունից։ Էլեկտրոլիտը CaCl2-ի և KCI-ի խառնուրդ է: Պղինձն ընտրվում է որպես հեղուկ կաթոդի համաձուլվածքի բաղադրություն, քանի որ պղինձ-կալցիումի ֆազային դիագրամում կալցիումի բարձր պարունակության տարածքում կա շատ լայն ցածր հալման կետի շրջան և 60%-65 կալցիումի պարունակությամբ պղինձ-կալցիումի համաձուլվածք: % կարելի է պատրաստել 700 °C-ից ցածր ջերմաստիճանում։

Միաժամանակ պղնձի գոլորշիների փոքր ճնշման պատճառով այն հեշտ է առանձնացնել թորման ժամանակ։ Բացի այդ, 60%-65% կալցիում պարունակող պղինձ-կալցիումի համաձուլվածքներն ունեն ավելի բարձր խտություն (2,1-2,2 գ/սմ³), ինչը կարող է ապահովել լավ շերտազատում էլեկտրոլիտով: Կալցիումի պարունակությունը կաթոդային համաձուլվածքում չպետք է գերազանցի 62%-65%-ը: Ներկայիս արդյունավետությունը կազմում է մոտ 70%: CaCl2-ի սպառումը մեկ կիլոգրամ կալցիումի համար կազմում է 3,4-3,5 կգ:

Էլեկտրոլիզի արդյունքում ստացված պղինձ-կալցիումի համաձուլվածքը ենթարկվում է յուրաքանչյուր թորման 0,01 Torr վակուումի և 750-800 ջերմաստիճանի պայմաններում՝ հեռացնելու ցնդող կեղտերը, ինչպիսիք են կալիումը և նատրիումը:

Այնուհետև երկրորդ վակուումային թորումը կատարվում է 1050-1100 ° C ջերմաստիճանում, կալցիումը խտացվում և բյուրեղացվում է թորման բաքի վերին մասում, իսկ մնացորդային պղինձը (պարունակում է 10%-15% կալցիում) մնում է թորման հատակին։ բաք և վերադարձվել էլեկտրոլիզատոր՝ օգտագործման համար:

Դուրս բերված բյուրեղային կալցիումը արդյունաբերական կալցիում է՝ 98%-99% պարունակությամբ: Եթե ​​CaCl2 հումքում նատրիումի և մագնեզիումի ընդհանուր պարունակությունը 0,15%-ից պակաս է, պղինձ-կալցիումի համաձուլվածքը կարելի է մեկ անգամ թորել՝ ¥99% պարունակությամբ մետաղական կալցիում ստանալու համար։

Կալցիումի մետաղի վերամշակում

Բարձր մաքրության կալցիում կարելի է ձեռք բերել արդյունաբերական կալցիումը մշակելով բարձր վակուումային թորման միջոցով: Ընդհանուր առմամբ, թորման ջերմաստիճանը վերահսկվում է 780-820 ° C, իսկ վակուումային աստիճանը 1×10-4 է: Թորման բուժումը ավելի քիչ արդյունավետ է կալցիումի քլորիդների մաքրման համար:

Նիտրիդը կարող է ավելացվել թորման ջերմաստիճանից ցածր՝ CanCloNp-ի տեսքով կրկնակի աղ առաջացնելու համար։ Այս կրկնակի աղն ունի ցածր գոլորշի ճնշում և հեշտությամբ ցնդող չէ և մնում է թորման մնացորդի մեջ:

Ազոտային միացություններ ավելացնելով և վակուումային թորման միջոցով մաքրվելով՝ կալցիումում քլորի, մանգանի, պղնձի, երկաթի, սիլիցիումի, ալյումինի և նիկելի կեղտոտ տարրերի գումարը կարող է կրճատվել մինչև 1000-100 ppm, իսկ բարձր մաքրության կալցիումը՝ 99,9% -99: կարելի է ձեռք բերել:

Էքստրուդացված կամ գլորված ձողերի և թիթեղների մեջ, կամ կտրատված են փոքր կտորներով և փաթեթավորվում հերմետիկ տարաներում:

Ըստ վերը նշված երեք պատրաստման մեթոդների, կարելի է տեսնել, որ կրճատման մեթոդը ունի պարզ տեխնոլոգիական գործընթաց, սպառում է ավելի քիչ էներգիա և ավելի քիչ ժամանակ, և ավելի հարմար է արդյունաբերական արտադրության համար:

Հետևաբար, կրճատման մեթոդը վերջին տարիներին կալցիումի մետաղի արտադրության հիմնական մեթոդն է: