La préparation de
En raison de la très forte activité du calcium métal, il était principalement produit par électrolyse du chlorure de calcium fondu ou de l'hydroxyde de calcium dans le passé. Ces dernières années, la méthode de réduction est progressivement devenue la principale méthode de production de Calcium Métal.
La méthode de réduction consiste à utiliser de l'aluminium métallique pour réduire la chaux sous vide et à haute température, puis rectifier pour obtenir du calcium.
La méthode de réduction utilise généralement du calcaire comme matière première, de l'oxyde de calcium calciné et de la poudre d'aluminium comme agent réducteur.
L'oxyde de calcium pulvérisé et la poudre d'aluminium sont mélangés uniformément dans une certaine proportion, pressés en blocs et mis à réagir sous un vide de 0,01 et une température de 1050-1200 â. Génération de vapeur de calcium et d'aluminate de calcium.
La formule de la réaction est : 6CaO 2Alâ3Ca 3CaOâ¢Al2O3
La vapeur de calcium réduit cristallise à 750-400°C. Le calcium cristallin est ensuite fondu et coulé sous protection d'argon pour obtenir un lingot de calcium dense.
Le taux de récupération du calcium produit par la méthode de réduction est généralement d'environ 60 %.
Parce que son processus technologique est également relativement simple, la méthode de réduction est la principale méthode de production de calcium métallique ces dernières années.
La combustion dans des conditions normales peut facilement atteindre le point de fusion du calcium métallique, elle provoquera donc la combustion du calcium métallique.
L'électrolyse antérieure était la méthode de contact, qui a ensuite été améliorée en électrolyse à cathode liquide.
L'électrolyse par contact a été appliquée pour la première fois par W. Rathenau en 1904. L'électrolyte utilisé est un mélange de CaCl2 et CaF2. L'anode de la cellule électrolytique est revêtue de carbone tel que du graphite, et la cathode est en acier.
Le calcium désorbé électrolytiquement flotte à la surface de l'électrolyte et se condense sur la cathode au contact de la cathode en acier. Au fur et à mesure que l'électrolyse progresse, la cathode s'élève en conséquence et le calcium forme une tige en forme de carotte à la cathode.
Les inconvénients de la production de calcium par méthode de contact sont les suivants : grande consommation de matières premières, forte solubilité du calcium métal dans l'électrolyte, faible efficacité de courant et mauvaise qualité du produit (teneur en chlore d'environ 1 %).
La méthode de la cathode liquide utilise un alliage cuivre-calcium (contenant 10 à 15 % de calcium) comme cathode liquide et l'électrode en graphite comme anode. Du calcium électrolytiquement désorbé se dépose sur la cathode.
La coque de la cellule électrolytique est en fonte. L'électrolyte est un mélange de CaCl2 et de KCI. Le cuivre est choisi comme composition d'alliage de la cathode liquide car il existe une très large région à bas point de fusion dans la région à haute teneur en calcium dans le diagramme de phase cuivre-calcium, et un alliage cuivre-calcium avec une teneur en calcium de 60% -65 % peut être préparé en dessous de 700 °C.
Dans le même temps, en raison de la faible pression de vapeur du cuivre, il est facile de le séparer pendant la distillation. De plus, les alliages cuivre-calcium contenant 60 à 65 % de calcium ont une densité plus élevée (2,1 à 2,2 g/cm³), ce qui peut assurer un bon délaminage avec l'électrolyte. La teneur en calcium de l'alliage de cathode ne doit pas dépasser 62 % à 65 %. L'efficacité actuelle est d'environ 70%. La consommation de CaCl2 par kilogramme de calcium est de 3,4 à 3,5 kilogrammes.
L'alliage cuivre-calcium produit par électrolyse est soumis à chaque distillation dans des conditions de vide de 0,01 Torr et de température de 750-800 â pour éliminer les impuretés volatiles telles que le potassium et le sodium.
Ensuite, la deuxième distillation sous vide est effectuée à 1050-1100 ° C, le calcium est condensé et cristallisé dans la partie supérieure du réservoir de distillation, et le cuivre résiduel (contenant 10% à 15% de calcium) est laissé au fond du réservoir et renvoyé à l'électrolyseur pour utilisation.
Le calcium cristallin prélevé est du calcium industriel avec une teneur de 98%-99%. Si la teneur totale en sodium et magnésium de la matière première CaCl2 est inférieure à 0,15 %, l'alliage cuivre-calcium peut être distillé une fois pour obtenir du calcium métallique d'une teneur ≥ 99 %.
Le calcium de haute pureté peut être obtenu en traitant le calcium industriel par distillation sous vide poussé. Généralement, la température de distillation est contrôlée à 780-820°C, et le degré de vide est de 1×10-4. Le traitement par distillation est moins efficace pour purifier les chlorures en calcium.
Le nitrure peut être ajouté en dessous de la température de distillation pour former un sel double sous la forme de CanCloNp. Ce sel double a une faible pression de vapeur et n'est pas facilement volatil et reste dans le résidu de distillation.
En ajoutant des composés azotés et en purifiant par distillation sous vide, la somme des éléments d'impureté chlore, manganèse, cuivre, fer, silicium, aluminium et nickel dans le calcium peut être réduite à 1000-100 ppm, et le calcium de haute pureté de 99,9 % à 99,99 % peut être obtenu.
Extrudés ou roulés en tiges et plaques, ou coupés en petits morceaux et emballés dans des contenants hermétiques.
Selon les trois méthodes de préparation ci-dessus, on peut voir que la méthode de réduction a un processus technologique simple, consomme moins d'énergie et consomme moins de temps, et est plus adaptée à la production industrielle de
Par conséquent, la méthode de réduction est la principale méthode de production de calcium métal ces dernières années.
