Przygotowanie
Ze względu na bardzo silne działanie Wapnia Metalicznego w przeszłości był on wytwarzany głównie przez elektrolityczny stopiony chlorek wapnia lub wodorotlenek wapnia. W ostatnich latach metoda redukcji stopniowo stała się główną metodą produkcji wapnia metalicznego.
Metoda redukcji polega na użyciu metalowego aluminium do redukcji wapna w próżni i wysokiej temperaturze, a następnie rektyfikowaniu w celu uzyskania wapnia.
Metoda redukcji zwykle wykorzystuje wapień jako surowiec, kalcynowany tlenek wapnia i proszek aluminiowy jako środek redukujący.
Sproszkowany tlenek wapnia i proszek aluminiowy miesza się równomiernie w określonej proporcji, sprasowuje w bloki i poddaje reakcji pod próżnią 0,01 iw temperaturze 1050-1200 °C. Wytwarzanie pary wapnia i glinianu wapnia.
Wzór reakcji to: 6CaO 2Alâ3Ca 3CaOâ¢Al2O3
Zredukowane pary wapnia krystalizują w temperaturze 750-400°C. Krystaliczny wapń jest następnie topiony i odlewany pod osłoną argonu w celu uzyskania gęstego wlewka wapniowego.
Stopień odzysku wapnia uzyskanego metodą redukcji wynosi na ogół około 60%.
Ponieważ jego proces technologiczny jest również stosunkowo prosty, metoda redukcji jest w ostatnich latach główną metodą produkcji wapnia metalicznego.
Spalanie w normalnych warunkach może łatwo osiągnąć temperaturę topnienia metalicznego wapnia, więc spowoduje to spalanie metalicznego wapnia.
Wcześniejsza elektroliza była metodą kontaktową, którą później udoskonalono do elektrolizy na katodzie ciekłej.
Elektrolizę kontaktową po raz pierwszy zastosował W. Rathenau w 1904 r. Zastosowany elektrolit to mieszanina CaCl2 i CaF2. Anoda ogniwa elektrolitycznego jest wyłożona węglem, takim jak grafit, a katoda jest wykonana ze stali.
Elektrolitycznie zdesorbowany wapń unosi się na powierzchni elektrolitu i skrapla się na katodzie w kontakcie z katodą stalową. W miarę postępu elektrolizy katoda odpowiednio się podnosi, a wapń tworzy na katodzie pręt w kształcie marchewki.
Wadami produkcji wapnia metodą kontaktową są: duże zużycie surowców, duża rozpuszczalność wapnia metalicznego w elektrolicie, niska wydajność prądowa oraz słaba jakość produktu (zawartość chloru około 1%).
Metoda ciekłej katody wykorzystuje stop miedziowo-wapniowy (zawierający 10%-15% wapnia) jako ciekłą katodę i elektrodę grafitową jako anodę. Elektrolitycznie zdesorbowany wapń osadza się na katodzie.
Obudowa ogniwa elektrolitycznego wykonana jest z żeliwa. Elektrolit jest mieszaniną CaCl2 i KCI. Miedź jest wybrana jako skład stopu ciekłej katody, ponieważ w obszarze o wysokiej zawartości wapnia na diagramie fazowym miedź-wapń występuje bardzo szeroki obszar o niskiej temperaturze topnienia, a stop miedziowo-wapniowy o zawartości wapnia 60% -65 % można przygotować w temperaturze poniżej 700 °C.
Jednocześnie ze względu na małą prężność par miedzi łatwo ją oddzielić podczas destylacji. Ponadto stopy miedzi z wapniem zawierające 60%-65% wapnia mają większą gęstość (2,1-2,2g/cm³), co może zapewnić dobre rozwarstwienie z elektrolitem. Zawartość wapnia w stopie katodowym nie powinna przekraczać 62%-65%. Obecna wydajność wynosi około 70%. Zużycie CaCl2 na kilogram wapnia wynosi 3,4-3,5 kilograma.
Stop miedziowo-wapniowy otrzymany metodą elektrolizy poddawany jest każdorazowo destylacji w warunkach próżni 0,01 Torr i temperaturze 750-800 ℃ w celu usunięcia lotnych zanieczyszczeń, takich jak potas i sód.
Następnie przeprowadza się drugą destylację próżniową w temperaturze 1050-1100°C, wapń skrapla się i krystalizuje w górnej części zbiornika destylacyjnego, a pozostałą miedź (zawierającą 10%-15% wapnia) pozostawia się na dnie zbiornika zbiornika i z powrotem do elektrolizera w celu użycia.
Pobrany krystaliczny wapń to wapń przemysłowy o stopniu 98% -99%. Jeśli sumaryczna zawartość sodu i magnezu w surowcu CaCl2 jest mniejsza niż 0,15%, stop miedziowo-wapniowy można destylować jednorazowo, uzyskując wapń metaliczny o zawartości ¥99%.
Wapń o wysokiej czystości można otrzymać przez obróbkę wapnia przemysłowego metodą destylacji w wysokiej próżni. Ogólnie temperatura destylacji jest kontrolowana tak, aby wynosiła 780-820°C, a stopień próżni wynosi 1 x 10-4. Obróbka destylacyjna jest mniej skuteczna w oczyszczaniu chlorków wapniowych.
Azotek można dodać poniżej temperatury destylacji, aby utworzyć podwójną sól w postaci CanCloNp. Ta sól podwójna ma niską prężność pary i nie jest łatwo lotna i pozostaje w pozostałości po destylacji.
Dodając związki azotu i oczyszczając przez destylację próżniową, sumę pierwiastków zanieczyszczających chlor, mangan, miedź, żelazo, krzem, aluminium i nikiel w wapniu można zmniejszyć do 1000-100 ppm, a wapń o wysokiej czystości 99,9% -99,99% można uzyskać.
Wyciskane lub walcowane w pręty i płyty lub cięte na małe kawałki i pakowane w hermetyczne pojemniki.
Na podstawie powyższych trzech metod przygotowania można zauważyć, że metoda redukcji ma prosty proces technologiczny, zużywa mniej energii i zajmuje mniej czasu oraz jest bardziej odpowiednia do przemysłowej produkcji
Dlatego metoda redukcji jest główną metodą produkcji wapna metalicznego w ostatnich latach.
