金属钙的生产和利用皮江法炼镁的设备.doc

金属钙的生产和利用皮江法炼镁的设备 生产金属钙的经济性 中南大学冶金学院教授? 徐日瑶 刘宏专 ? 摘要：本文阐述了金属钙的生产方法，氯化物熔盐电解法及铝热真空热还原法，以及用皮江法炼镁设备生产金属钙的经济性和组织年产金属钙1000吨规模的效益。根据金属钙的用途与市场，出口前景较好，皮江法镁厂引入批量金属钙的生产，正是良好时机； 关键词：金属钙生产、方法、设备、经济性 ? 1、金属钙的生产方法 1.1、氯化物熔盐电解法 18世纪中（1855年）电解熔CaCl获得了金属钙，18世纪末（1896年）在工业上实现了这个方法。 1.1.1、氯化物熔盐电解法的原料 氯化物熔盐电解法用的原料是无水CaCl，无水CaCl2可用二种方法来生产。 ①在有炭存在时，在800~1000℃，温度下氯化CaO获得熔厂CaCl，其化学反应为： CaCO+C+Cl2=CaCl2+CO 2CaO+C+2Cl2=2CaCl2+CO2 3CaO+2C+3Cl2=3CaCl2+CO+CO2 ②六水氯化钙（CaCl2·6H2O）在NH3???HCl气氛下脱水获得无水CaCl2（固体）或熔融CaCl2（830~850℃）。 由于CaCl2、6H2O在加热脱水时，于29.5℃时会熔入自身的结晶水中，造成脱水困难，由CaCl2、6H2O脱水至低水CaCl2时（CaCl2·2H2O、CaCl2·H2O），CaCl2会发生水解反应生成CaO，?? 其反应为： CaCl2·6H2O= CaCl2·4H2O+2H2O CaCl2·4H2O= CaCl2·2H2O+2H2O CaCl2·2H2O= CaOHCl+HCl（气）+H2O（气） CaCl2·H2O=CaOHCl+HCl（气） CaCl2+H2O=CaOHCl+HCl（气） CaOHCl=CaO+HCl（气） CaCl2+H2O=CaO+2HCl（气） 而造成CaCl2的损失，为了避免CaCl2的水解，含水CaCl2的脱水应在氨气氛或HCl气氛下进行，才能获得纯度高的无水固体CaCl2或熔度CaCl2。 1.1.2、电解无水CaCl2的电解质组分及其作业条件 电解无水CaCl2时，为了获得高的电汽效率，电解质是由CaCl2与CaF2组成时，或电解纯无水CaCl2。 电解无水CaCl2时的作业条件为： ①电解温度820~830℃； ②槽电压约25V（其中22V为电解质电压降，3V为极化反电动势，800℃时，CaCl2的分解电压为3.2V。 在电解作业温度下，CaCl2的密度为2.048（800℃），CaCl2的熔点为774℃，金属钙的密度为1.542（200℃），金属钙在电解质中的溶解度变为17%，这就使生产液态金属钙造成极大的困难，因此电解法生产金属钙是用水冷却的铁阴极生产钙棒（生产钙棒的铁质阴极的电流密度dk=80~100a/cm2）。 1.1.3、电解熔融CaCl2的技术经济指标 下面列出的技术经济指标是指2000安培的电解槽（试验槽）而言的，如果是大电流强度的电解槽，其技术经济指标（指电流消耗与原料消耗）较优。 ①电能消耗3~4万度/吨钙； ②电流效率：75%； ③无水CaCl2的消耗为2.76kg/kg·钙（而实际上为4~4.5kg/kg·钙）； ④棒状金属钙夹杂电解质量为15~20%; ⑤钙棒熔化后含钙为98.4~98.6%，其它为Fe、Al、Na、Si及电解质夹杂物； ⑥粗钙经过异华精炼后的质量为：99.50%Ca、0.02%Fe、0.15%Si。 1.1.4、电解熔融CaCl2生产Ca-Pb或Ca-Zn合金 金属钙除了作除气剂外，主要是供制造轴承用的Ca-Pb、Ca-Zn合金。那么我们可以直接用电解法电解熔融Ca-Zn来生产，即采用液态Pb阴极或液态Em阴极来电解熔融CaCl2，使阴极表面体出的Ca体阴极涂处扩散，与阴极金属Pb或Em形成Ca-Pb或Ca-Zn合金，并沉入电解槽底部合金聚积的坑中，然后定时用勺从聚积坑中出合金。 用液态Pb或Em阴极电解熔融CaCl2时，电解质中加有20%KCl来降低熔化温度，故其作业温度为750℃，当定时出Ca-Pb、Ca-Em合金后，必须按生产量定时加入Pb或Em，用这种方法生产Ca-Pb或Ca-Em合金，合金中的Ca量可达60~65%。从电解Pb+Ca、Em-Ca合金，倒入生铁铸模中铸锭，然后用水洗去合金锭表的电解质，凉干后即可入库。用这种方法生产Ca-Pb、Ca-Em合金、能耗低，原材料消耗低，成本低，是生产Ca-Pb、Ca-Em合金最简单的方法。 1.2、真空铝热还原法 用铝作还原剂、在高温、高真空中还原CaO生产金属钙，其还原反应为： 6CaO+2Al=3CaO·Al2O3+3Ca（1） 4CaO+2Al=Cao·Al2O3+3Ca（2） 33CaO+14Al=12