Priprema od
Zbog vrlo jake aktivnosti kalcijevog metala, u prošlosti se uglavnom proizvodio elektrolitičkim rastaljenim kalcijevim kloridom ili kalcijevim hidroksidom. Posljednjih je godina metoda redukcije postupno postala glavna metoda proizvodnje metalnog kalcija.
Metoda redukcije je korištenje metalnog aluminija za redukciju kamenca pod vakuumom i visokom temperaturom, a zatim ispravljanje kako bi se dobio kalcij.
Metoda redukcije obično koristi vapnenac kao sirovinu, kalcinirani kalcijev oksid i aluminijev prah kao redukcijsko sredstvo.
Smrvljeni kalcijev oksid i aluminijev prah jednolično se miješaju u određenom omjeru, prešaju u blokove i reagiraju pod vakuumom od 0,01 i temperaturom od 1050-1200 °C. Stvaranje kalcijeve pare i kalcijevog aluminata.
Formula reakcije je: 6CaO 2Alâ3Ca 3CaOâ¢Al2O3
Para reduciranog kalcija kristalizira na 750-400°C. Kristalni kalcij se zatim rastali i lije pod zaštitom argona kako bi se dobio gusti kalcijev ingot.
Stopa oporavka kalcija proizvedenog metodom redukcije općenito je oko 60%.
Budući da je njegov tehnološki proces također relativno jednostavan, redukcijska metoda je glavna metoda za proizvodnju metalnog kalcija posljednjih godina.
Izgaranje u normalnim uvjetima može lako doseći točku tališta metalnog kalcija, pa će uzrokovati izgaranje metalnog kalcija.
Ranija elektroliza bila je kontaktna metoda, koja je kasnije poboljšana u elektrolizu s tekućom katodom.
Kontaktnu elektrolizu prvi je primijenio W. Rathenau 1904. godine. Elektrolit koji se koristi je mješavina CaCl2 i CaF2. Anoda elektrolitičke ćelije obložena je ugljikom kao što je grafit, a katoda je izrađena od čelika.
Elektrolitički desorbirani kalcij pluta na površini elektrolita i kondenzira se na katodi u dodiru s čeličnom katodom. Kako elektroliza napreduje, katoda se podiže u skladu s tim, a kalcij na katodi oblikuje šipku u obliku mrkve.
Nedostaci proizvodnje kalcija kontaktnom metodom su: velika potrošnja sirovina, visoka topljivost metalnog kalcija u elektrolitu, niska strujna iskoristivost i loša kvaliteta proizvoda (oko 1% sadržaja klora).
Metoda tekuće katode koristi leguru bakra i kalcija (koja sadrži 10%-15% kalcija) kao tekuću katodu i grafitnu elektrodu kao anodu. Na katodi se taloži elektrolitički desorbirani kalcij.
Plašt elektrolitičke ćelije izrađen je od lijevanog željeza. Elektrolit je mješavina CaCl2 i KCI. Bakar je odabran kao sastav legure tekuće katode jer postoji vrlo široko područje niskog tališta u području visokog sadržaja kalcija u faznom dijagramu bakar-kalcij, a legura bakar-kalcij ima sadržaj kalcija od 60%-65 % može se pripremiti ispod 700 °C.
Istodobno, zbog malog tlaka pare bakra, lako se odvaja tijekom destilacije. Osim toga, legure bakra i kalcija koje sadrže 60%-65% kalcija imaju veću gustoću (2,1-2,2g/cm³), što može osigurati dobro raslojavanje s elektrolitom. Sadržaj kalcija u leguri katode ne smije prelaziti 62%-65%. Trenutna učinkovitost je oko 70%. Potrošnja CaCl2 po kilogramu kalcija je 3,4-3,5 kilograma.
Legura bakra i kalcija proizvedena elektrolizom podvrgava se svakoj destilaciji pod uvjetima vakuuma od 0,01 Torr i temperature 750-800 kako bi se uklonile hlapljive nečistoće kao što su kalij i natrij.
Zatim se provodi druga vakuumska destilacija na 1050-1100 °C, kalcij se kondenzira i kristalizira u gornjem dijelu destilacijskog spremnika, a preostali bakar (koji sadrži 10%-15% kalcija) ostaje na dnu spremnik i vraćen u elektrolizer za korištenje.
Izvađeni kristalni kalcij je industrijski kalcij sa stupnjem od 98%-99%. Ako je ukupni sadržaj natrija i magnezija u sirovom materijalu CaCl2 manji od 0,15%, legura bakra i kalcija može se jednom destilirati kako bi se dobio metalni kalcij sa sadržajem od â¥99%.
Kalcij visoke čistoće može se dobiti obradom industrijskog kalcija destilacijom u visokom vakuumu. Općenito, temperatura destilacije je kontrolirana na 780-820°C, a stupanj vakuuma je 1×10-4. Tretman destilacijom manje je učinkovit za pročišćavanje klorida u kalciju.
Nitrid se može dodati ispod temperature destilacije da se dobije dvostruka sol u obliku CanCloNp. Ova dvostruka sol ima nizak tlak pare i nije lako hlapljiva te ostaje u ostatku destilacije.
Dodavanjem dušikovih spojeva i pročišćavanjem vakuumskom destilacijom, zbroj elemenata nečistoća klora, mangana, bakra, željeza, silicija, aluminija i nikla u kalciju može se smanjiti na 1000-100 ppm, a kalcij visoke čistoće od 99,9%-99,99%. može se dobiti.
Ekstrudirano ili smotano u šipke i ploče, ili izrezano u male komadiće i pakirano u hermetički zatvorene spremnike.
Prema gornje tri metode pripreme vidi se da redukcijska metoda ima jednostavan tehnološki proces, manje energije i vremena te je prikladnija za industrijsku proizvodnju
Stoga je metoda redukcije glavna metoda za proizvodnju metalnog kalcija posljednjih godina.
