سه فرآیند تولید فلز کلسیم

آماده سازی از

به دلیل فعالیت بسیار قوی فلز کلسیم، در گذشته عمدتاً توسط کلرید کلسیم مذاب الکترولیتی یا هیدروکسید کلسیم تولید می شد. در سالهای اخیر روش احیا به تدریج به روش اصلی تولید فلز کلسیم تبدیل شده است.

روش کاهش

روش احیا به این صورت است که از آلومینیوم فلزی برای کاهش آهک در خلاء و دمای بالا استفاده می شود و سپس برای بدست آوردن کلسیم یکسوسازی می شود.

در روش احیا معمولا از سنگ آهک به عنوان ماده خام، اکسید کلسیم کلسینه شده و پودر آلومینیوم به عنوان عامل کاهنده استفاده می شود.

اکسید کلسیم پودر شده و پودر آلومینیوم به نسبت معینی به طور یکنواخت مخلوط می شوند، به صورت بلوک فشرده می شوند و تحت خلاء 0.01 و دمای 1050-1200 درجه سانتیگراد واکنش نشان می دهند. تولید بخار کلسیم و آلومینات کلسیم.

فرمول واکنش این است: 6CaO 2Alâ3Ca 3CaOâ¢Al2O3

بخار کلسیم کاهش یافته در دمای 750-400 درجه سانتیگراد متبلور می شود. سپس کلسیم کریستالی ذوب شده و تحت حفاظت آرگون ریخته گری می شود تا یک شمش کلسیم متراکم به دست آید.

میزان بازیابی کلسیم تولید شده به روش احیا به طور کلی حدود 60 درصد است.

از آنجایی که فرآیند تکنولوژیکی آن نیز نسبتاً ساده است، روش احیا روش اصلی تولید کلسیم فلزی در سال‌های اخیر است.

احتراق در شرایط عادی به راحتی می تواند به نقطه ذوب کلسیم فلزی برسد، بنابراین باعث احتراق کلسیم فلزی می شود.

الکترولیز

الکترولیز قبلی روش تماسی بود که بعداً به الکترولیز کاتد مایع بهبود یافت.

الکترولیز تماسی اولین بار توسط W. Rathenau در سال 1904 اعمال شد. الکترولیت مورد استفاده مخلوطی از CaCl2 و CaF2 است. آند سلول الکترولیتی با کربنی مانند گرافیت پوشیده شده است و کاتد از فولاد ساخته شده است.

کلسیم واجذب الکترولیتی روی سطح الکترولیت شناور می شود و در تماس با کاتد فولاد روی کاتد متراکم می شود. همانطور که الکترولیز پیشرفت می کند، کاتد متناسب با آن بالا می رود و کلسیم یک میله هویج شکل را در کاتد تشکیل می دهد.

معایب تولید کلسیم به روش تماسی عبارتند از: مصرف زیاد مواد اولیه، حلالیت بالای فلز کلسیم در الکترولیت، راندمان جریان پایین و کیفیت پایین محصول (حدود 1 درصد کلر).

در روش کاتد مایع از آلیاژ مس-کلسیم (حاوی 10 تا 15 درصد کلسیم) به عنوان کاتد مایع و از الکترود گرافیت به عنوان آند استفاده می شود. کلسیم واجذب الکترولیتی روی کاتد رسوب می کند.

پوسته سلول الکترولیتی از چدن ساخته شده است. الکترولیت مخلوطی از CaCl2 و KCI است. مس به عنوان ترکیب آلیاژی کاتد مایع انتخاب می‌شود، زیرا در نمودار فاز مس-کلسیم، یک ناحیه با نقطه ذوب پایین بسیار وسیع در ناحیه محتوای کلسیم بالا، و یک آلیاژ مس-کلسیم با محتوای کلسیم 60-65 وجود دارد. % را می توان در دمای زیر 700 درجه سانتی گراد تهیه کرد.

در عین حال به دلیل کم بودن فشار بخار مس در هنگام تقطیر به راحتی جدا می شود. علاوه بر این، آلیاژهای مس-کلسیم حاوی 60٪ - 65٪ کلسیم، چگالی بالاتری دارند (2.1-2.2g/cm³)، که می تواند لایه لایه شدن خوب با الکترولیت را تضمین کند. محتوای کلسیم در آلیاژ کاتد نباید از 62 تا 65 درصد تجاوز کند. راندمان فعلی حدود 70٪ است. مصرف CaCl2 به ازای هر کیلوگرم کلسیم 3.4-3.5 کیلوگرم است.

آلیاژ مس-کلسیم تولید شده توسط الکترولیز در هر تقطیر تحت شرایط خلاء Torr 0.01 و دمای 750-800 برای حذف ناخالصی های فرار مانند پتاسیم و سدیم قرار می گیرد.

سپس تقطیر دوم در خلاء در دمای 1050-1100 درجه سانتیگراد انجام می شود، کلسیم در قسمت بالایی مخزن تقطیر متراکم و متبلور می شود و مس باقیمانده (حاوی 10٪ - 15٪ کلسیم) در کف مخزن باقی می ماند. مخزن و برای استفاده به الکترولیز برگردانده شد.

کلسیم کریستالی خارج شده، کلسیم صنعتی با عیار 98-99 درصد است. اگر محتوای کل سدیم و منیزیم در ماده خام CaCl2 کمتر از 0.15٪ باشد، آلیاژ مس-کلسیم را می توان یک بار تقطیر کرد تا کلسیم فلزی با محتوای ¥99٪ به دست آید.

پالایش فلز کلسیم

کلسیم با خلوص بالا را می توان با تصفیه کلسیم صنعتی با تقطیر با خلاء بالا به دست آورد. به طور کلی دمای تقطیر 780-820 درجه سانتیگراد و درجه خلاء 1×10-4 است. درمان تقطیر برای خالص سازی کلریدهای کلسیم کمتر موثر است.

نیترید را می توان به زیر دمای تقطیر اضافه کرد تا نمکی مضاعف به شکل CanCloNp تشکیل دهد. این نمک دوتایی فشار بخار کمی دارد و به راحتی فرار نیست و در بقایای تقطیر باقی می ماند.

با افزودن ترکیبات نیتروژن و خالص سازی با تقطیر در خلاء، مجموع عناصر ناخالصی کلر، منگنز، مس، آهن، سیلیکون، آلومینیوم و نیکل در کلسیم را می توان به 1000-100ppm و کلسیم با خلوص بالا 99.9% -99 کاهش داد. می توان به دست آورد.

اکسترود شده یا به شکل میله ها و صفحات نورد شده یا به قطعات کوچک بریده شده و در ظروف دربسته بسته بندی شده است.

با توجه به سه روش آماده سازی فوق، می توان دریافت که روش احیا دارای فرآیند تکنولوژیکی ساده، مصرف انرژی کمتر و زمان کمتری است و برای تولید صنعتی مناسب تر است.

بنابراین روش احیاء، روش اصلی تولید فلز کلسیم در سالهای اخیر می باشد.