项目一 任务三 碱土金属的冶炼 2、钙的制取

知识点：钙的制取任务三碱土金属的冶炼钙的制取

该法是生产金属钙的主要方法。通常用石灰石为原料，经煅烧成氧化钙，以铝粉作还原剂。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。还原法生产钙的回收率一般在60%左右。

还原法

《轻金属冶金生产》项目六稀有轻金属冶炼钙的制取

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（W.Rathenau）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。1000安培的电解槽，电解质的温度约为800℃，阴极电流密度为40-60A/cm2，槽电压25-30伏。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。

电解法

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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%的铜钙合金的密度较大（2.1-2.2g/cm3），能保证与电解质很好地分层。一台电流强度为7600-8000安的电解槽，槽电压为9.5-10.5伏，电解质温度670-700℃，阳极电流密度为1.9-2.1A/cm2，电解质组分控制在CaCl2：KCl=(78%-82%)：(22%-18%)。阴极合金中钙含量不超过62%-65%。电流效率约为70%。每公斤钙消耗CaCl2为3.4-3.5公斤。

电解法

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电解生产的铜钙合金在0.01真空和750-800℃温度条件下进行第一次蒸馏，以除去易挥发的钾、钠等杂质。然后在1050-1100℃下进行第二次真空蒸馏，钙在蒸馏罐上部冷凝、结晶，而残铜（含钙10%-15%）留在罐底，返回电解槽使用。取出的结晶钙即为工业钙，品位为98%-99%。如果原料CaCl2中钠、镁总含量<0.15%，则铜钙合金经过一次蒸馏，即可得到含量≥99%的金属钙。

电解法

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工业钙再经高温真空蒸馏处理可得到高纯度钙。一般控制蒸馏温度为780-820℃，真空度1×10-4。蒸馏处理对净化钙中氯化物效果较差，可在低于蒸馏温度时，添加氮化物，使形成CanCloNp形式的复盐。这种复盐蒸气压小，不易挥发而残留在蒸馏残渣中。通过添中氮化物和真空蒸馏净化，钙中杂质元素氯、锰、铜、铁、硅、铝、镍等的总和可降到1000-100ppm，即得99.9%-99.99%的