สามกระบวนการผลิตโลหะแคลเซียม

การเตรียมความพร้อมของ

เนื่องจากกิจกรรมที่เข้มข้นของโลหะแคลเซียมจึงผลิตโดยแคลเซียมคลอไรด์หรือแคลเซียมไฮดรอกไซด์ที่หลอมละลายด้วยไฟฟ้าในอดีตเป็นหลัก ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา วิธีการรีดักชันได้กลายเป็นวิธีหลักในการผลิตโลหะแคลเซียม

วิธีการลด

วิธีการลดขนาดคือใช้โลหะอะลูมิเนียมลดปูนขาวภายใต้สุญญากาศและอุณหภูมิสูง แล้วแก้ไขเพื่อให้ได้แคลเซียม

วิธีการรีดักชันมักใช้หินปูนเป็นวัตถุดิบ แคลเซียมออกไซด์ที่เผาแล้วและผงอะลูมิเนียมเป็นตัวรีดิวซ์

แคลเซียมออกไซด์และผงอะลูมิเนียมที่ถูกบดเป็นผงผสมกันในสัดส่วนที่แน่นอน อัดเป็นก้อน และทำปฏิกิริยาภายใต้สุญญากาศ 0.01 และอุณหภูมิ 1,050-1200 â สร้างไอแคลเซียมและแคลเซียมอะลูมิเนต

สูตรปฏิกิริยาคือ: 6CaO 2Alâ3Ca 3CaOâ¢Al2O3

ไอแคลเซียมที่ลดลงจะตกผลึกที่อุณหภูมิ 750-400°C จากนั้นแคลเซียมที่เป็นผลึกจะถูกหลอมและหล่อภายใต้การปกป้องของอาร์กอนเพื่อให้ได้ก้อนแคลเซียมที่หนาแน่น

อัตราการฟื้นตัวของแคลเซียมที่ผลิตโดยวิธีรีดักชันโดยทั่วไปอยู่ที่ประมาณ 60%

เนื่องจากกระบวนการทางเทคโนโลยีค่อนข้างง่าย วิธีการรีดักชันจึงเป็นวิธีการหลักในการผลิตแคลเซียมโลหะในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา

การเผาไหม้ภายใต้สภาวะปกติสามารถถึงจุดหลอมเหลวของแคลเซียมโลหะได้ง่าย ดังนั้นจึงทำให้เกิดการเผาไหม้ของโลหะแคลเซียม

อิเล็กโทรลิซิส

อิเล็กโทรลิซิสก่อนหน้านี้คือวิธีการสัมผัส ซึ่งภายหลังได้รับการปรับปรุงให้เป็นอิเล็กโทรไลซิสแคโทดเหลว

อิเล็กโทรไลซิสแบบสัมผัสถูกนำมาใช้ครั้งแรกโดย W. Rathenau ในปี 1904 อิเล็กโทรไลต์ที่ใช้เป็นส่วนผสมของ CaCl2 และ CaF2 แอโนดของเซลล์อิเล็กโทรไลต์บุด้วยคาร์บอน เช่น กราไฟต์ ส่วนแคโทดทำจากเหล็ก

แคลเซียมที่ถูกดูดซับด้วยไฟฟ้าจะลอยอยู่บนพื้นผิวของอิเล็กโทรไลต์และควบแน่นบนแคโทดเมื่อสัมผัสกับแคโทดเหล็ก เมื่ออิเล็กโทรลิซิสดำเนินไป แคโทดจะเพิ่มขึ้นตามลำดับ และแคลเซียมจะก่อตัวเป็นแท่งรูปแครอทที่แคโทด

ข้อเสียของการผลิตแคลเซียมโดยวิธีการสัมผัสคือ: การใช้วัตถุดิบจำนวนมาก ความสามารถในการละลายของโลหะแคลเซียมในอิเล็กโทรไลต์สูง ประสิทธิภาพในปัจจุบันต่ำ และคุณภาพของผลิตภัณฑ์ต่ำ (ปริมาณคลอรีนประมาณ 1%)

วิธีแคโทดเหลวใช้โลหะผสมทองแดงกับแคลเซียม (ที่มีแคลเซียม 10%-15%) เป็นแคโทดเหลวและอิเล็กโทรดกราไฟต์เป็นแอโนด แคลเซียมที่ถูกดูดซับด้วยไฟฟ้าจะถูกสะสมไว้ที่แคโทด

เปลือกของเซลล์อิเล็กโทรไลต์ทำจากเหล็กหล่อ อิเล็กโทรไลต์เป็นส่วนผสมของ CaCl2 และ KCI ทองแดงถูกเลือกเป็นองค์ประกอบโลหะผสมของแคโทดเหลว เนื่องจากมีบริเวณจุดหลอมเหลวต่ำที่กว้างมากในบริเวณที่มีปริมาณแคลเซียมสูงในแผนภาพเฟสทองแดง-แคลเซียม และโลหะผสมทองแดง-แคลเซียมที่มีปริมาณแคลเซียม 60%-65 % สามารถเตรียมได้ต่ำกว่า 700 °C

ในขณะเดียวกัน เนื่องจากความดันไอของทองแดงมีขนาดเล็ก จึงง่ายต่อการแยกระหว่างการกลั่น นอกจากนี้ โลหะผสมทองแดง-แคลเซียมที่มีแคลเซียม 60%-65% มีความหนาแน่นสูงกว่า (2.1-2.2 กรัม/ซม.³) ซึ่งทำให้อิเล็กโทรไลต์เกิดการแยกตัวได้ดี ปริมาณแคลเซียมในโลหะผสมแคโทดไม่ควรเกิน 62%-65% ประสิทธิภาพปัจจุบันอยู่ที่ประมาณ 70% การบริโภค CaCl2 ต่อกิโลกรัมแคลเซียมคือ 3.4-3.5 กิโลกรัม

โลหะผสมทองแดง-แคลเซียมที่เกิดจากการอิเล็กโทรลิซิสจะต้องผ่านกระบวนการกลั่นแต่ละครั้งภายใต้สภาวะสุญญากาศ 0.01 Torr และอุณหภูมิ 750-800 เพื่อขจัดสิ่งเจือปนที่ระเหยง่าย เช่น โพแทสเซียมและโซเดียม

จากนั้นการกลั่นสุญญากาศครั้งที่สองจะดำเนินการที่อุณหภูมิ 1,050-1100 ° C แคลเซียมจะถูกควบแน่นและตกผลึกที่ส่วนบนของถังกลั่น และเหลือทองแดง (ที่มีแคลเซียม 10%-15%) อยู่ที่ด้านล่างของ ถังและส่งกลับไปยังอิเล็กโทรไลเซอร์เพื่อใช้งาน

แคลเซียมที่เป็นผลึกที่นำออกมาคือแคลเซียมอุตสาหกรรมที่มีเกรด 98%-99% หากปริมาณโซเดียมและแมกนีเซียมทั้งหมดในวัตถุดิบ CaCl2 น้อยกว่า 0.15% โลหะผสมทองแดง-แคลเซียมสามารถกลั่นได้หนึ่งครั้งเพื่อให้ได้แคลเซียมโลหะที่มีปริมาณ ≥99%

การกลั่นโลหะแคลเซียม

แคลเซียมที่มีความบริสุทธิ์สูงสามารถหาได้จากการบำบัดแคลเซียมในอุตสาหกรรมโดยการกลั่นด้วยสุญญากาศสูง โดยทั่วไปจะควบคุมอุณหภูมิการกลั่นให้อยู่ที่ 780-820°C และระดับสุญญากาศคือ 1×10-4 การกลั่นจะมีประสิทธิภาพน้อยกว่าในการทำให้คลอไรด์ในแคลเซียมบริสุทธิ์

สามารถเติมไนไตรด์ให้ต่ำกว่าอุณหภูมิกลั่นเพื่อสร้างเกลือสองเท่าในรูปของ CanCloNp เกลือคู่นี้มีความดันไอต่ำและไม่ระเหยง่ายและยังคงอยู่ในสารตกค้างจากการกลั่น

โดยการเติมสารประกอบไนโตรเจนและทำให้บริสุทธิ์โดยการกลั่นแบบสุญญากาศ ผลรวมขององค์ประกอบที่ไม่บริสุทธิ์ คลอรีน แมงกานีส ทองแดง เหล็ก ซิลิกอน อะลูมิเนียม และนิกเกิลในแคลเซียมสามารถลดลงเหลือ 1,000-100ppm และแคลเซียมที่มีความบริสุทธิ์สูง 99.9%-99.99% สามารถรับได้.

อัดรีดหรือม้วนเป็นแท่งและแผ่น หรือตัดเป็นชิ้นเล็ก ๆ และบรรจุในภาชนะบรรจุภัณฑ

จากวิธีการเตรียมทั้งสามวิธีข้างต้น จะเห็นได้ว่าวิธีการลดมีขั้นตอนทางเทคโนโลยีที่ง่าย ใช้พลังงานน้อยกว่า และใช้เวลาน้อยกว่า และเหมาะสำหรับการผลิตเชิงอุตสาหกรรมมากกว่า

ดังนั้น วิธีการรีดักชันจึงเป็นวิธีการหลักในการผลิตโลหะแคลเซียมในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา