雖然鈣是金屬，且在地殼中含量排名第五（占地殼總質(zhì)量的3%），但是純鈣的活性大，很容易氧化成二價離子的各式化學變化（在熱水中即會產(chǎn)生反應），因此鈣并沒有實際的“鈣礦”，要制造純金屬鈣，或是挖掘含鈣礦物，通常會取用屬于非金屬礦產(chǎn)的石灰?guī)r等。
鈣的制備主要有還原法、電解法和鈣精煉。由于金屬鈣的活潑性非常強，過去主要用電解熔融氯化鈣或氫氧化鈣才能制成，近幾年還原法逐漸成為生產(chǎn)金屬鈣的主要方法。
1 還原法
還原法是使用金屬鋁在真空和高溫下還原石灰，再經(jīng)精餾而得鈣。還原法通常用石灰石為原料，經(jīng)燒成氧化鈣，以鋁粉作還原劑，將粉碎的氧化鈣與鋁粉按一定比例混合均勻，壓制成塊，在0.01真空和1050~1200℃溫度下反應，生成鈣蒸氣和鋁酸鈣。
其反應式是：6CaO+2Al→3Ca+3CaO·Al2O3
還原出來的鈣蒸氣在750~400℃下結晶。結晶鈣再在氬氣保護下熔融鑄錠，得到致密的鈣錠。
2 電解法
較早的電解是接觸法，后來改進為液體陰極法電解。接觸法電解是拉特瑙于1904年首先應用的。所用的電解質(zhì)為CaCl2和CaF2的混合物。電解槽陽極用碳素如石墨等作內(nèi)襯，陰極用鋼制成。電解析出的鈣漂浮在電解質(zhì)表面，同鋼制陰極接觸而冷凝在陰極上。隨著電解的進行，陰極相應提升，鈣在陰極形成一個胡蘿卜形的棒狀物。接觸法生產(chǎn)鈣的缺點是：原料消耗大，金屬鈣在電解質(zhì)中的溶解度高，電流效率低，產(chǎn)品質(zhì)量差(含氯1%左右)等。
液體陰極法是以銅鈣合金(含鈣10%~15%)作為液體陰極，石墨電極作陽極。電解析出的鈣沉積在陰極上。電解槽槽殼用鑄鐵制作。電解質(zhì)是CaCl2和KCl的混合物。選擇銅作液體陰極的合金成分是因為銅鈣相圖中在高鈣含量區(qū)域內(nèi)，存在著非常廣泛的低熔點區(qū)域，可以在低于700℃制取含鈣60%~65%的銅鈣合金。同時由于銅的蒸氣壓小，在蒸餾時容易分離。此外，含鈣60%~65%的銅鈣合金的密度較大(2.1~2.2g/cm3)，能保證與電解質(zhì)很好地分層。陰極合金中鈣含量不超過62%~65%。電流效率約為70%。 [1] [2] 下一頁 |
