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钙的生产工艺 | |
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虽然钙是金属,且在地壳中含量排名第五(占地壳总质量的3%),但是纯钙的活性大,很容易氧化成二价离子的各式化学变化(在热水中即会产生反应),因此钙并没有实际的“钙矿”,要制造纯金属钙,或是挖掘含钙矿物,通常会取用属于非金属矿产的石灰岩等。 钙的制备主要有还原法、电解法和钙精炼。由于金属钙的活泼性非常强,过去主要用电解熔融氯化钙或氢氧化钙才能制成,近几年还原法逐渐成为生产金属钙的主要方法。 1 还原法 还原法是使用金属铝在真空和高温下还原石灰,再经精馏而得钙。还原法通常用石灰石为原料,经烧成氧化钙,以铝粉作还原剂,将粉碎的氧化钙与铝粉按一定比例混合均匀,压制成块,在0.01真空和1050~1200℃温度下反应,生成钙蒸气和铝酸钙。 其反应式是:6CaO+2Al→3Ca+3CaO·Al2O3 还原出来的钙蒸气在750~400℃下结晶。结晶钙再在氩气保护下熔融铸锭,得到致密的钙锭。 2 电解法 较早的电解是接触法,后来改进为液体阴极法电解。接触法电解是拉特瑙于1904年首先应用的。所用的电解质为CaCl2和CaF2的混合物。电解槽阳极用碳素如石墨等作内衬,阴极用钢制成。电解析出的钙漂浮在电解质表面,同钢制阴极接触而冷凝在阴极上。随着电解的进行,阴极相应提升,钙在阴极形成一个胡萝卜形的棒状物。接触法生产钙的缺点是:原料消耗大,金属钙在电解质中的溶解度高,电流效率低,产品质量差(含氯1%左右)等。 液体阴极法是以铜钙合金(含钙10%~15%)作为液体阴极,石墨电极作阳极。电解析出的钙沉积在阴极上。电解槽槽壳用铸铁制作。电解质是CaCl2和KCl的混合物。选择铜作液体阴极的合金成分是因为铜钙相图中在高钙含量区域内,存在着非常广泛的低熔点区域,可以在低于700℃制取含钙60%~65%的铜钙合金。同时由于铜的蒸气压小,在蒸馏时容易分离。此外,含钙60%~65%的铜钙合金的密度 |
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