Příprava
Vzhledem k velmi silné aktivitě vápenatého kovu se v minulosti vyráběl hlavně elektrolyticky roztaveným chloridem vápenatým nebo hydroxidem vápenatým. V posledních letech se metoda redukce postupně stala hlavní metodou výroby vápenatého kovu.
Redukční metoda spočívá v použití kovového hliníku k redukci vápna ve vakuu a při vysoké teplotě a poté rektifikací za získání vápníku.
Redukční metoda obvykle používá vápenec jako surovinu, kalcinovaný oxid vápenatý a hliníkový prášek jako redukční činidlo.
Práškový oxid vápenatý a prášek hliníku se rovnoměrně smíchají v určitém poměru, slisují se do bloků a nechají reagovat při vakuu 0,01 a teplotě 1050-1200 °C. Vytváří páry vápníku a hlinitan vápenatý.
Reakční vzorec je: 6CaO 2Alâ3Ca 3CaOâ¢Al2O3
Páry redukovaného vápníku krystalizují při 750-400 °C. Krystalický vápník se pak roztaví a odlévá pod ochranou argonu, aby se získal hustý vápenatý ingot.
Míra regenerace vápníku produkovaného redukční metodou je obecně asi 60 %.
Protože jeho technologický postup je také poměrně jednoduchý, je v posledních letech hlavním způsobem výroby kovového vápníku metoda redukce.
Spalování za normálních podmínek může snadno dosáhnout bodu tání kovového vápníku, takže způsobí spalování kovového vápníku.
Dřívější elektrolýza byla kontaktní metoda, která byla později vylepšena na elektrolýzu s kapalnou katodou.
Kontaktní elektrolýzu poprvé aplikoval W. Rathenau v roce 1904. Použitým elektrolytem je směs CaCl2 a CaF2. Anoda elektrolytického článku je obložena uhlíkem, jako je grafit, a katoda je vyrobena z oceli.
Elektrolyticky desorbovaný vápník plave na povrchu elektrolytu a kondenzuje na katodě v kontaktu s ocelovou katodou. Jak elektrolýza postupuje, katoda se odpovídajícím způsobem zvedá a vápník tvoří na katodě tyčinku ve tvaru mrkve.
Nevýhody výroby vápníku kontaktní metodou jsou: velká spotřeba surovin, vysoká rozpustnost kovového vápníku v elektrolytu, nízká proudová účinnost a špatná kvalita produktu (cca 1% obsah chloru).
Metoda kapalné katody využívá slitinu mědi a vápníku (obsahující 10 %-15 % vápníku) jako kapalnou katodu a grafitovou elektrodu jako anodu. Elektrolyticky desorbovaný vápník se ukládá na katodě.
Plášť elektrolytického článku je vyroben z litiny. Elektrolyt je směs CaCl2 a KCI. Měď je vybrána jako slitinové složení kapalné katody, protože v oblasti s vysokým obsahem vápníku ve fázovém diagramu měď-vápník je velmi široká oblast s nízkým bodem tání, a slitina měď-vápník s obsahem vápníku 60 %-65 % lze připravit pod 700 °C.
Zároveň se díky malému tlaku par mědi při destilaci snadno odděluje. Kromě toho slitiny mědi a vápníku obsahující 60 %-65 % vápníku mají vyšší hustotu (2,1-2,2 g/cm³), což může zajistit dobrou delaminaci elektrolytem. Obsah vápníku v katodové slitině by neměl překročit 62 % až 65 %. Současná účinnost je asi 70 %. Spotřeba CaCl2 na kilogram vápníku je 3,4-3,5 kilogramu.
Slitina mědi a vápníku vyrobená elektrolýzou se podrobí každé destilaci za podmínek vakua 0,01 Torr a teplotě 750-800 °C, aby se odstranily těkavé nečistoty, jako je draslík a sodík.
Poté se provede druhá vakuová destilace při 1050-1100 °C, vápník kondenzuje a krystalizuje v horní části destilační nádrže a zbytková měď (obsahující 10%-15% vápníku) je ponechána na dně destilační nádrže. nádrž a vrácena do elektrolyzéru k použití.
Odebraný krystalický vápník je průmyslový vápník s čistotou 98 % až 99 %. Pokud je celkový obsah sodíku a hořčíku v surovině CaCl2 nižší než 0,15 %, lze slitinu mědi a vápníku jednou destilovat, aby se získal kovový vápník s obsahem ¥99 %.
Vysoce čistý vápník lze získat úpravou průmyslového vápníku destilací za vysokého vakua. Obecně je destilační teplota řízena na 780-820 °C a stupeň vakua je 1x10-4. Destilační úprava je méně účinná pro čištění chloridů ve vápníku.
Nitrid může být přidán pod destilační teplotou za vzniku podvojné soli ve formě CanCloNp. Tato podvojná sůl má nízký tlak par a není snadno těkavá a zůstává v destilačním zbytku.
Přidáním sloučenin dusíku a čištěním vakuovou destilací lze snížit součet nečistot chloru, manganu, mědi, železa, křemíku, hliníku a niklu ve vápníku na 1000-100 ppm a vysoce čistý vápník na 99,9 %-99,99 % lze získat.
Extrudované nebo srolované do tyčinek a plátů nebo nakrájené na malé kousky a balené do vzduchotěsných nádob.
Podle výše uvedených tří způsobů přípravy je vidět, že redukční metoda má jednoduchý technologický postup, spotřebuje méně energie a spotřebuje méně času a je vhodnější pro průmyslovou výrobu
Proto je redukční metoda hlavní metodou výroby vápenatého kovu v posledních letech.
