Kalcijum Kalcijum u organizmu iznosi 1,1-1,2 kg po prosečnoj težini zdravog muškarca i 900 g po prosečnoj težini zdrave žene. Gotovo sav kalcij se nalazi u zubima i kostima, sa izuzetkom 1% koji se nalazi u krvi, limfi i stanicama (!).Najpoznatija funkcija kalcija je

Uvod

Svojstva i upotreba kalcijuma

1 Fizička svojstva

2 Hemijska svojstva

3 Aplikacija

Dobijanje kalcijuma

1 Elektrolitička proizvodnja kalcijuma i njegovih legura

2 Termička priprema

3 Vakuumsko-termalna metoda za dobijanje kalcijuma

3.1 Aluminotermna metoda redukcije kalcija

3.2 Silikotermička metoda redukcije kalcija

Praktični dio

Bibliografija

Uvod

Hemijski element II grupe periodnog sistema Mendeljejeva, atomski broj 20, atomska masa 40,08; srebrno-bijeli laki metal. Prirodni element je mješavina šest stabilnih izotopa: 40ca, 42ca, 43ca, 44ca, 46Ca and 48Ca, od kojih je 40 najčešćih Ca (96,97%).

Jedinjenja Ca - krečnjak, mermer, gips (kao i kreč - proizvod gorenja krečnjaka) koriste se u građevinarstvu od davnina. Sve do kraja 18. veka hemičari su smatrali da je kreč jednostavna supstanca. A. Lavoisier je 1789. godine sugerirao da su vapno, magnezijum, barit, glinica i silicijum kompleksne supstance. G. Davy je 1808. godine, podvrgavajući mješavinu vlažnog gašenog vapna sa živinim oksidom elektrolizi sa živinom katodom, pripremio amalgam Ca i nakon što je izbacio živu iz njega, dobio je metal nazvan "Kalcij" (od latinskog calx , rod case calcis - kreč) .

Sposobnost kalcijuma da veže kiseonik i azot omogućila je da se koristi za čišćenje inertnih gasova i kao geter (Geter je supstanca koja služi za apsorpciju gasova i stvaranje dubokog vakuuma u elektronskim uređajima.) u vakuum radio opremi.

Kalcijum se takođe koristi u metalurgiji bakra, nikla, specijalnih čelika i bronze; povezani su sa štetnim nečistoćama sumpora, fosfora, viška ugljika. U iste svrhe koriste se legure kalcija sa silicijumom, litijumom, natrijumom, borom i aluminijumom.

U industriji se kalcijum dobija na dva načina:

) Zagrevanjem briketirane mešavine CaO i Al praha na 1200°C u vakuumu od 0,01 - 0,02 mm. rt. Art.; oslobađa se reakcijom:

CaO + 2Al = 3CaO Al2O3 + 3Ca

Kalcijumova para se kondenzuje na hladnoj površini.

) Elektrolizom taline CaCl2 i KCl sa tečnom bakar-kalcijum katodom, dobija se legura Cu - Ca (65% Ca) iz koje se kalcijum destiluje na temperaturi od 950 - 1000°C u vakuumu. od 0,1 - 0,001 mm Hg.

) Takođe je razvijena metoda za dobijanje kalcijuma termičkom disocijacijom kalcijum karbida CaC2.

Kalcijum je vrlo čest u prirodi u obliku raznih jedinjenja. U zemljinoj kori zauzima peto mesto sa 3,25%, a najčešće se nalazi u obliku krečnjaka CaCO 3, dolomit CaCO 3MgCO 3, gips CaSO 42H 2O, Phosphorite Ca 3(PO 4)2 i fluorit CaF 2, ne računajući značajan udio kalcijuma u sastavu silikatnih stijena. Morska voda sadrži u proseku 0,04% (tež.) kalcijuma.

U ovom predmetnom radu proučavaju se svojstva i primena kalcijuma, kao i teorija i tehnologija vakuumsko-termalnih metoda za njegovu proizvodnju.

. Svojstva i upotreba kalcijuma

.1 Fizička svojstva

Kalcij je srebrno bijeli metal, ali tamni na zraku zbog stvaranja oksida na njegovoj površini. To je duktilni metal tvrđi od olova. Kristalna ćelija ?-oblik Ca (stabilan na običnoj temperaturi) kubni sa centrom lica, a = 5,56 Å . Atomski radijus 1,97 Å , jonski radijus Ca 2+, 1,04Å . Gustina 1,54 g/cm 3(20°C). Iznad 464 °C stabilan heksagonalni ?-obrazac. mp 851 °C, tbp 1482 °C; temperaturni koeficijent linearne ekspanzije 22 10 -6 (0-300°C); toplotna provodljivost na 20 °C 125,6 W/(m K) ili 0,3 cal/(cm s °C); specifični toplotni kapacitet (0-100 °C) 623,9 j/(kg K) ili 0,149 cal/(g °C); električna otpornost na 20 °C 4,6 10 -8ohm m ili 4,6 10 -6 ohm cm; temperaturni koeficijent električnog otpora 4,57 10-3 (20 °C). Modul elastičnosti 26 Gn/m 2(2600 kgf/mm 2); vlačna čvrstoća 60 MN/m 2(6 kgf/mm 2); granica elastičnosti 4 MN/m 2(0,4 kgf/mm 2), granica tečenja 38 MN/m 2(3,8 kgf/mm 2); izduženje 50%; Tvrdoća po Brinellu 200-300 MN/m 2(20-30 kgf/mm 2). Kalcijum dovoljno visoke čistoće je plastičan, dobro presovan, valjan i može se mašinski obrađivati.

1.2 Hemijska svojstva

Kalcijum je aktivan metal. Dakle, u normalnim uslovima, lako stupa u interakciju sa atmosferskim kiseonikom i halogenima:

Ca + O 2= 2 CaO (kalcijum oksid) (1)

Ca + Br 2= CaBr 2(kalcijum bromid). (2)

Sa vodonikom, dušikom, sumporom, fosforom, ugljikom i drugim nemetalima, kalcij reagira kada se zagrijava:

Ca + H 2= CaH 2(kalcijum hidrid) (3)

Ca + N 2= Ca 3N 2(kalcijum nitrid) (4)

Ca + S = CaS (kalcijum sulfid) (5)

Ca + 2 P \u003d Ca 3R 2(kalcijum fosfid) (6)

Ca + 2 C \u003d CaC 2 (kalcijum karbid) (7)

Kalcijum sporo reaguje sa hladnom vodom, a veoma snažno sa toplom vodom, dajući jaku bazu Ca (OH) 2 :

Ca + 2 H 2O \u003d Ca (OH) 2 + H 2 (8)

Kao energetski reduktor, kalcij može oduzeti kisik ili halogene iz oksida i halogenida manje aktivnih metala, odnosno ima redukcijska svojstva:

Ca + Nb 2O5 = CaO + 2 Nb; (9)

Ca + 2 NbCl 5= 5 CaCl2 + 2 Nb (10)

Kalcijum snažno reaguje sa kiselinama uz oslobađanje vodonika, reaguje sa halogenima, sa suvim vodonikom dajući CaH hidrid 2. Kada se kalcij zagrije sa grafitom, nastaje CaC karbid 2. Kalcijum se dobija elektrolizom rastaljenog CaCl 2ili aluminotermna redukcija u vakuumu:

6SaO + 2Al = 3Ca + 3CaO Al2 O 3 (11)

Čisti metal se koristi za redukciju spojeva Cs, Rb, Cr, V, Zr, Th, U u metale, za deoksidaciju čelika.

1.3 Primjena

Kalcijum se sve više koristi u raznim industrijama. Nedavno je dobio veliki značaj kao redukciono sredstvo u proizvodnji niza metala.

Čisti metal. Uran se dobija redukcijom uranijum fluorida metalnim kalcijumom. Titanijum oksidi, kao i oksidi cirkonija, torija, tantala, niobija i drugih retkih metala mogu se reducirati kalcijumom ili njegovim hidridima.

Kalcijum je dobar deoksidizator i degazator u proizvodnji bakra, nikla, hrom-nikl legura, specijalnih čelika, nikla i kalajne bronze; uklanja sumpor, fosfor, ugljik iz metala i legura.

Kalcijum sa bizmutom stvara vatrostalna jedinjenja, pa se koristi za prečišćavanje olova od bizmuta.

Kalcijum se dodaje raznim lakim legurama. Doprinosi poboljšanju površine ingota, finoći i smanjenju oksidabilnosti.

Legure ležajeva koje sadrže kalcij imaju široku primjenu. Legure olova (0,04% Ca) mogu se koristiti za izradu omotača kablova.

Antifrikcione legure kalcijuma sa olovom se koriste u mašinstvu. Minerali kalcijuma se široko koriste. Dakle, krečnjak se koristi u proizvodnji vapna, cementa, silikatne opeke i direktno kao građevinski materijal, u metalurgiji (fluks), u hemijskoj industriji za proizvodnju kalcijum karbida, sode, kaustične sode, izbeljivača, đubriva, u proizvodnja šećera, stakla.

Od praktične važnosti su kreda, mermer, islandski špart, gips, fluorit itd. Zbog sposobnosti vezivanja kiseonika i azota, kalcijum ili legure kalcijuma sa natrijumom i drugim metalima koriste se za prečišćavanje plemenitih gasova i kao getter u vakuum radio opremi. Kalcijum se takođe koristi za proizvodnju hidrida, koji je izvor vodonika na terenu.

2. Dobijanje kalcijuma

Postoji nekoliko načina za dobijanje kalcijuma, a to su elektrolitski, termički, vakuum termalni.

.1 Elektrolitička proizvodnja kalcijuma i njegovih legura

Suština metode leži u činjenici da katoda u početku dodiruje rastopljeni elektrolit. Na mjestu dodira nastaje tečna kap metala koja vlaži katodu, koja se, kada se katoda polako i ravnomjerno podiže, s njom uklanja iz rastopa i stvrdnjava. U ovom slučaju, očvršćavajuća kap je prekrivena čvrstim filmom elektrolita, koji štiti metal od oksidacije i nitriranja. Kontinuiranim i pažljivim podizanjem katode, kalcijum se uvlači u štapove.

2.2 Termička priprema

kalcijum hemijska elektrolitička termalna

· Hloridni proces: tehnologija se sastoji od topljenja i dehidracije kalcijum hlorida, topljenja olova, dobijanja dvostruke legure olova – natrijuma, dobijanja ternarne legure olovo – natrijum – kalcijuma, i razblaživanja ternarne legure olovom nakon uklanjanja soli. Reakcija sa kalcijum hloridom se odvija prema jednadžbi

CaCl 2 + Na 2Pb 5=2NaCl + PbCa + 2Pb (12)

· Karbidni proces: osnova za dobijanje legure olova i kalcijuma je reakcija između kalcijum karbida i rastaljenog olova prema jednačini

CaC 2+ 3Pb = Pb3 Ca+2C. (13)

2.3 Vakuumsko-termalna metoda za dobijanje kalcijuma

Sirovina za vakuum termički proces

Sirovina za termičku redukciju kalcijum oksida je vapno dobijeno pečenjem krečnjaka. Glavni zahtjevi za sirovine su sljedeći: kreč mora biti što čistiji i sadržavati minimum nečistoća koje se mogu reducirati i pretvoriti u metal zajedno sa kalcijumom, posebno alkalnim metalima i magnezijumom. Kalcinaciju vapnenca treba izvoditi dok se karbonat potpuno ne razgradi, ali ne prije nego što se sinterira, jer je reducibilnost sinterovanog materijala manja. Pečeni proizvod mora biti zaštićen od apsorpcije vlage i ugljičnog dioksida, čije oslobađanje tijekom oporavka smanjuje performanse procesa. Tehnologija spaljivanja krečnjaka i prerade spaljenog proizvoda slična je preradi dolomita za silikotermički način dobijanja magnezijuma.

.3.1 Aluminotermna metoda redukcije kalcija

Dijagram temperaturne ovisnosti promjene slobodne energije oksidacije određenog broja metala (slika 1) pokazuje da je kalcijev oksid jedan od najtrajnijih i teško reducirajućih oksida. Ne može se reducirati drugim metalima na uobičajen način - na relativno niskoj temperaturi i atmosferskom pritisku. Naprotiv, sam kalcij je odličan redukcijski agens za druga teško reducirajuća jedinjenja i deoksidirajući agens za mnoge metale i legure. Redukcija kalcijum oksida ugljikom je općenito nemoguća zbog stvaranja kalcijevih karbida. Međutim, zbog činjenice da kalcij ima relativno visok tlak pare, njegov oksid se može reducirati u vakuumu s aluminijem, silicijumom ili njihovim legurama prema reakciji

CaO + Me? Ca + MeO (14).

Do sada je praktičnu primjenu našla samo aluminotermna metoda dobivanja kalcija, jer je mnogo lakše reducirati CaO aluminijem nego silicijumom. Postoje različiti pogledi na hemiju redukcije kalcijum oksida aluminijumom. L. Pidgeon i I. Atkinson vjeruju da se reakcija nastavlja stvaranjem kalcijum monoaluminata:

CaO + 2Al = CaO Al 2O3 + 3Ca. (petnaest)

V. A. Pazukhin i A. Ya. Fisher ukazuju da se proces nastavlja formiranjem trikalcijevog aluminata:

CaO + 2Al = 3CaO Al 2O 3+ 3Ca. (16)

Prema A. I. Voynitsky, formiranje pentacicij trialuminata je dominantno u reakciji:

CaO + 6Al = 5CaO 3Al 2O3 + 9Ca. (17)

Najnovije istraživanje A. Yu. Taitsa i AI Voinitskyja utvrdilo je da se aluminotermna redukcija kalcija odvija postepeno. U početku, oslobađanje kalcija je praćeno stvaranjem 3CaO AI 2O 3, koji zatim reaguje sa kalcijum oksidom i aluminijumom da formira 3CaO 3AI 2O 3. Reakcija se odvija prema sljedećoj shemi:

CaO + 6Al = 2 (3CaO Al 2O 3)+ 2CaO + 2Al + 6Ca

(3CaO Al 2O 3) + 2CaO + 2Al = 5CaO 3Al 2O 3+ 3Sa

CaO + 6A1 \u003d 5CaO 3Al 2O 3+ 9Ca

Budući da se redukcija oksida događa oslobađanjem parnog kalcija, a preostali produkti reakcije su u kondenziranom stanju, moguće ga je lako odvojiti i kondenzirati u hlađenim dijelovima peći. Glavni uslovi neophodni za vakuumsko-termalnu redukciju kalcijum oksida su visoka temperatura i nizak rezidualni pritisak u sistemu. Odnos između temperature i ravnotežnog pritiska pare kalcijuma je dat u nastavku. Slobodna energija reakcije (17), izračunata za temperature 1124-1728°K, izražava se kao

F T \u003d 184820 + 6,95T-12,1 T lg T.

Otuda logaritamska zavisnost ravnotežne elastičnosti kalcijeve pare (mm Hg)

Lg p \u003d 3,59 - 4430 \ T.

L. Pidgeon i I. Atkinson su eksperimentalno odredili ravnotežni tlak pare kalcijuma. Detaljnu termodinamičku analizu reakcije redukcije kalcijum oksida sa aluminijumom izvršio je I. I. Matveenko, koji je dao sledeće temperaturne zavisnosti ravnotežnog pritiska kalcijeve pare:

lgp Ca(1) \u003d 8,64 - 12930\T mm Hg

lgp Ca(2) \u003d 8,62 - 11780\T mm Hg

lgp Ca(3 )\u003d 8,75 - 12500\T mm Hg

Proračunski i eksperimentalni podaci su upoređeni u tabeli. jedan.

Tabela 1 - Utjecaj temperature na promjenu ravnotežne elastičnosti pare kalcijuma u sistemima (1), (2), (3), (3), mm Hg.

Temperatura °S Eksperimentalni podaci Izračunati u sistemima(1)(2)(3)(3 )1401 1451 1500 1600 17000,791 1016 - - -0,37 0,55 1,2 3,9 11,01,7 3,2 5,6 18,2 492,7 3,5 4,4 6,6 9,50,66 1,4 2,5 8,5 25,7

Iz prikazanih podataka se vidi da su interakcije u sistemima (2) i (3) ili (3") pod najpovoljnijim uslovima. To je u skladu sa zapažanjima, budući da u ostacima naelektrisanja dominiraju pentakalcijum trialuminat i trikalcijum aluminat. nakon redukcije kalcijum oksida aluminijumom.

Podaci o ravnotežnoj elastičnosti pokazuju da je redukcija kalcijum oksida aluminijumom moguća na temperaturi od 1100-1150°C. Da bi se postigla praktično prihvatljiva brzina reakcije, rezidualni pritisak u Rost sistemu mora biti ispod ravnoteže P jednaki , odnosno nejednakost R jednaki >P ost , a proces se mora izvoditi na temperaturama reda veličine 1200°. Istraživanja su utvrdila da se na temperaturi od 1200-1250° postiže visoka iskorišćenost (do 70-75%) i niska specifična potrošnja aluminijuma (oko 0,6-0,65 kg po kg kalcijuma).

Prema navedenom tumačenju kemije procesa, optimalan sastav je mješavina dizajnirana za stvaranje 5CaO 3Al u ostatku 2O 3. Da bi se povećao stepen upotrebe aluminijuma, korisno je dati malo viška kalcijum oksida, ali ne previše (10-20%), inače će to negativno uticati na druge pokazatelje procesa. Sa povećanjem stepena mlevenja aluminijuma sa čestica od 0,8-0,2 mm na minus 0,07 mm (prema V. A. Pazukhinu i A. Ya. Fisheru), upotreba aluminijuma u reakciji se povećava sa 63,7 na 78%.

Na upotrebu aluminijuma utiče i način briketiranja punjenja. Mješavinu kreča i aluminijskog praha briketirati bez veziva (da bi se izbjeglo ispuštanje gasova u vakuumu) pod pritiskom od 150 kg/cm 2. Pri nižim pritiscima, upotreba aluminija se smanjuje zbog segregacije rastopljenog aluminija u previše poroznim briketima, a pri višim pritiscima zbog slabe propusnosti plina. Potpunost i brzina oporavka zavise i od gustine pakovanja briketa u retorti. Prilikom polaganja bez zazora, kada je plinopropusnost cijelog punjenja niska, upotreba aluminija je značajno smanjena.

Slika 2 - Šema za dobijanje kalcijuma vakuumsko-termalnom metodom.

Tehnologija alumino-termalnog načina

Tehnološka shema za proizvodnju kalcija aluminotermnom metodom prikazana je na sl. 2. Kao sirovina se koristi krečnjak, a kao redukciono sredstvo se koristi aluminijumski prah pripremljen od primarnog (boljeg) ili sekundarnog aluminijuma. Aluminij koji se koristi kao redukcijsko sredstvo, kao i sirovine, ne smije sadržavati nečistoće lako isparljivih metala: magnezija, cinka, lužina itd., koji mogu ispariti i pretvoriti se u kondenzat. Ovo se mora uzeti u obzir pri odabiru razreda recikliranog aluminija.

Prema opisu S. Loomisa i P. Stauba, u SAD, u fabrici New England Lime Co. u Kanaanu (Konektikat), kalcijum se dobija aluminotermnom metodom. Koristi se vapno tipičnog sastava, %: 97,5 CaO, 0,65 MgO, 0,7 SiO 2, 0,6 Fe 2Oz + AlOz, 0,09 Na 2O+K 2Oh, 0,5 ostalo. Kalcinirani proizvod se melje u Raymond mlinu sa centrifugalnim separatorom, finoća mlevenja je (60%) minus 200 mesh. Kao redukciono sredstvo koristi se aluminijska prašina, koja je otpad u proizvodnji aluminijskog praha. Pregoreni kreč iz zatvorenih rezervoara i aluminijum iz bačvi se dovode do dozirne vage, a zatim u mikser. Nakon miješanja smjesa se briketira na suvi način. U pomenutom pogonu kalcijum se redukuje u retortnim pećima, koje su se ranije koristile za dobijanje magnezijuma silikotermnom metodom (slika 3). Peći se griju na generatorski plin. Svaka peć ima 20 horizontalnih retorta od vatrostalnog čelika koji sadrži 28% Cr i 15% Ni.

Slika 3 - Retortna peć za proizvodnju kalcijuma

Dužina retorte 3 m, prečnik 254 mm, debljina zida 28 mm. U zagrijanom dijelu retorte dolazi do redukcije, a na ohlađenom kraju koji strši iz govora dolazi do kondenzacije. Briketi se unose u retortu u papirnim vrećama, zatim se ubacuju kondenzatori i retorta se zatvara. Vazduh se ispumpava mehaničkim vakuum pumpama na početku ciklusa. Zatim se spajaju difuzijske pumpe i preostali pritisak se smanjuje na 20 mikrona.

Retorte se zagrevaju do 1200°. Nakon 12 sati. nakon utovara, retorte se otvaraju i istovaraju. Rezultirajući kalcij ima oblik šupljeg cilindra guste mase velikih kristala taloženih na površini čelične čahure. Glavna nečistoća u kalcijumu je magnezij, koji se prvenstveno reducira i uglavnom je koncentrisan u sloju uz rukav. Prosječan sadržaj nečistoća je; 0,5-1% Mg, oko 0,2% Al, 0,005-0,02% Mn, do 0,02% N, ostale nečistoće - Cu, Pb, Zn, Ni, Si, Fe - nalaze se u rasponu od 0,005-0,04%. A. Yu. Taits i A. I. Voinitsky koristili su polufabričku električnu vakuumsku peć sa grijačima na ugalj za dobijanje kalcijuma aluminotermnom metodom i postigli stepen iskorišćenja aluminijuma od 60%, specifičnu potrošnju aluminijuma od 0,78 kg, specifičnu potrošnju punjenja od 4,35 kg, odnosno specifična potrošnja električne energije 14 kWh po 1 kg metala.

Nastali metal, sa izuzetkom nečistoće magnezijuma, odlikovao se relativno visokom čistoćom. U proseku je sadržaj primesa u njemu bio: 0,003-0,004% Fe, 0,005-0,008% Si, 0,04-0,15% Mn, 0,0025-0,004% Cu, 0,006-0,009% N, 0,25% Al.

2.3.2 Metoda silikotermne redukcije kalcijum

Silikotermna metoda je vrlo primamljiva; redukcijski agens je ferosilicij, reagens je mnogo jeftiniji od aluminija. Međutim, silikotermni proces je teže implementirati od aluminotermnog. Redukcija kalcijum oksida silicijumom se odvija prema jednadžbi

CaO + Si = 2CaO SiO2 + 2Ca. (osamnaest)

Ravnotežna elastičnost kalcijeve pare, izračunata iz vrijednosti slobodne energije, je:

°S1300140015001600R, mm Hg st0.080.150.752.05

Dakle, u vakuumu od 0,01 mm Hg. Art. redukcija kalcijum oksida je termodinamički moguća na temperaturi od 1300°. U praksi, da bi se osigurala prihvatljiva brzina, proces treba izvoditi na temperaturi od 1400-1500°.

Reakcija redukcije kalcijevog oksida sa silikoaluminijumom teče nešto lakše, pri čemu i aluminijum i silicijum legure služe kao redukcioni agensi. Eksperimentalno je utvrđeno da na početku prevladava redukcija aluminijumom; štaviše, reakcija se nastavlja sa konačnim formiranjem bCaO 3Al 2Oz prema gore navedenoj šemi (slika 1). Smanjenje silicijuma postaje značajno na višim temperaturama kada je većina aluminijuma reagovala; reakcija se nastavlja formiranjem 2CaO SiO 2. U sažetom obliku, reakcija redukcije kalcijevog oksida sa silikoaluminijumom izražava se sljedećom jednadžbom:

mSi + n Al + (4m +2 ?) CaO \u003d m (2CaO SiO 2) + ?n(5CaO Al 2O3 ) + (2m +1, 5n) Ca.

Istraživanje A. Yu. Taitsa i A. I. Voinitskog otkrilo je da se kalcijum oksid redukuje za 75% ferosilicijuma sa prinosom metala od 50-75% na temperaturi od 1400-1450° u vakuumu od 0,01-0,03 mm Hg. Art.; silikoaluminij koji sadrži 60-30% Si i 32-58% Al (ostatak je željezo, titan, itd.) reducira kalcijev oksid sa prinosom metala od približno 70% na temperaturama od 1350-1400° u vakuumu od 0,01-0,05 mm Hg . Art. Eksperimenti u polufabričkim razmerama dokazali su fundamentalnu mogućnost dobijanja kalcijuma na kreču sa ferosilicijumom i silikoaluminijumom. Glavna hardverska poteškoća je odabir obloge koja je otporna na ovaj proces.

Prilikom rješavanja ovog problema metoda se može primijeniti u industriji. Razgradnja kalcijum karbida Proizvodnja metalnog kalcijuma razgradnjom kalcijum karbida

CaC2 = Ca + 2C

treba smatrati obećavajućim. U ovom slučaju se kao drugi proizvod dobija grafit. W. Mauderly, E. Moser i W. Treadwell, izračunavši slobodnu energiju formiranja kalcijum karbida iz termohemijskih podataka, dobili su sljedeći izraz za tlak pare kalcija nad čistim kalcijum karbidom:

ca \u003d 1,35 - 4505 \ T (1124 - 1712 ° K),

lgp ca \u003d 6,62 - 13523 \ T (1712-2000 ° K).

Očigledno, komercijalni kalcijum karbid se raspada na mnogo višim temperaturama nego što slijedi iz ovih izraza. Isti autori navode termičku razgradnju kalcijum karbida u kompaktnim komadima na 1600-1800°C u vakuumu od 1 mm Hg. Art. Prinos grafita je bio 94%, kalcijum se dobijao u obliku gustog premaza na frižideru. A. S. Mikulinsky, F. S. Morii, R. Sh. Shklyar za određivanje svojstava grafita dobivenog razgradnjom kalcijum karbida, potonji je zagrijan u vakuumu od 0,3-1 mm Hg. Art. na temperaturi od 1630-1750°. Rezultirajući grafit razlikuje se od Achesonovog po većim zrnima, višoj električnoj provodljivosti i manjoj zapreminskoj gustoći.

3. Praktični dio

Dnevni izlaz magnezijuma iz elektrolizera za struju od 100 kA bio je 960 kg kada je kupka hranjena magnezijum hloridom. Napon na ćeliji je 0,6 V. Odredite:

)Izlaz struje na katodi;

)Količina hlora dobijena dnevno, pod uslovom da je izlazna struja na anodi jednaka strujnom izlazu na kodu;

)Dnevno punjenje MgCl 2u elektrolizer, pod uslovom da gubitak MgCl 2 javljaju se uglavnom sa muljem i sublimacijom. Količina mulja 0,1 na 1 tonu Mg koji sadrži MgCl 2 u sublimaciji 50%. Količina sublimacije je 0,05 t po 1 t Mg. Sastav sipanog magnezijum hlorida, %: 92 MgCl2 i 8 NaCl.

.Odredite izlaznu struju na katodi:

m itd =I ?k mg · ?

?=m itd \I ?k mg \u003d 960000\100000 0,454 24 \u003d 0,881 ili 88,1%

.Odredite količinu Cl primljene dnevno:

x = 960000 g \ 24 g \ mol \u003d 40 000 mol

Pretvaranje u volumen:

h=126785,7 m3

3.a) Nalazimo čisti MgCl 2, za proizvodnju 960 kg Mg.

x = 95 960 \ 24,3 \u003d 3753 kg \u003d 37,53 tona.

b) gubici sa muljem. Od sastava magnezijum elektrolizera, %: 20-35 MgO, 2-5 Mg, 2-6 Fe, 2-4 SiO 2, 0,8-2 TiO 2, 0,4-1,0 C, 35 MgCl2 .

kg - 1000 kg

m shl \u003d 960 kg - masa mulja dnevno.

Dnevno 96 kg mulja: 96 0,35 (MgCl2 sa muljem).

c) gubici sa sublimatima:

kg - 1000 kg

kg sublimira: 48 0,5 = 24 kg MgCl 2 sa sublimatima.

Sve što je potrebno da popunite Mg:

33,6+24=3810,6 kg MgCl2 po danu

Bibliografija

Osnovi metalurgije III

<#"justify">metalurgija Al i Mg. Vetyukov M.M., Tsyplokov A.M.

Tutoring

Trebate pomoć u učenju teme?

Naši stručnjaci će savjetovati ili pružiti usluge podučavanja o temama koje vas zanimaju.
Pošaljite prijavu naznačivši temu upravo sada kako biste saznali o mogućnosti dobivanja konsultacija.

Kalcijum- element 4. perioda i PA grupe periodnog sistema, serijski broj 20. Elektronska formula atoma je [ 18 Ar] 4s 2, oksidaciona stanja +2 i 0. Odnosi se na zemnoalkalne metale. Ima nisku elektronegativnost (1,04), ispoljava metalna (bazna) svojstva. Formira (kao kation) brojne soli i binarna jedinjenja. Mnoge kalcijumove soli su slabo rastvorljive u vodi. U prirodi - šesto u smislu hemijskog izobilja, element (treći među metalima) je u vezanom obliku. Neophodan element za sve organizme.Nedostatak kalcijuma u zemljištu nadoknađuje se primenom krečnih đubriva (CaCO 3 , CaO, kalcijum cijanamid CaCN 2 itd.). Kalcijum, kalcijum kation i njegovi spojevi boje plamen plinskog plamenika u tamno narandžastu boju ( kvalitativna detekcija).

Calcium Ca

Srebrno-bijeli metal, mekan, duktilan. U vlažnom vazduhu tamni i postaje prekriven filmom CaO i Ca(OH) 2. Vrlo reaktivan; zapali se kada se zagrije na zraku, reagira s vodikom, hlorom, sumporom i grafitom:

Redukuje druge metale iz njihovih oksida (industrijski važna metoda je calciumthermy):

Potvrda kalcijum u industrija:

Kalcij se koristi za uklanjanje nemetalnih nečistoća iz metalnih legura, kao komponenta lakih i antifrikcionih legura, za izolaciju rijetkih metala od njihovih oksida.

Kalcijum oksid CaO

bazični oksid. Tehnički naziv je gašeno vapno. Bijela, visoko higroskopna. Ima jonsku strukturu Ca 2+ O 2- . Vatrostalna, termički stabilna, isparljiva pri paljenju. Apsorbira vlagu i ugljični dioksid iz zraka. Snažno reaguje sa vodom (visoka egzo- efekat), stvara jako alkalnu otopinu (moguća je precipitacija hidroksida), proces se naziva gašenje vapna. Reaguje sa kiselinama, oksidima metala i nemetala. Koristi se za sintezu drugih jedinjenja kalcijuma, u proizvodnji Ca(OH) 2 , CaC 2 i mineralnih đubriva, kao fluks u metalurgiji, katalizator u organskoj sintezi, komponenta veziva u građevinarstvu.

Jednačine najvažnijih reakcija:

Potvrda Cao u industriji– pečenje krečnjaka (900-1200 °S):

CaCO3 = CaO + CO2

Kalcijum hidroksid Ca(OH) 2

bazični hidroksid. Tehnički naziv je gašeno vapno. Bijela, higroskopna. Ima jonsku strukturu Ca 2+ (OH -) 2. Razlaže se na umjerenoj vatri. Apsorbira vlagu i ugljični dioksid iz zraka. Slabo rastvorljiv u hladnoj vodi (nastaje alkalni rastvor), još manje u kipućoj vodi. Bistra otopina (vapnena voda) brzo postaje mutna zbog taloženja hidroksida (suspenzija se zove krečno mlijeko). Kvalitativna reakcija na ion Ca 2+ je prolazak ugljičnog dioksida kroz krečnu vodu s pojavom taloga CaCO 3 i njegovim prelaskom u otopinu. Reagira sa kiselinama i kiselim oksidima, ulazi u reakcije ionske izmjene. Koristi se u proizvodnji stakla, kreča za izbjeljivanje, mineralnih đubriva vapna, za kaustifikaciju sode i omekšavanje slatke vode, kao i za pripremu krečnih maltera - pastoznih smjesa (pijesak + gašeno vapno + voda), koji služe kao vezivo za kamena i cigla, završna obrada (žbukanje) zidova i druge građevinske namjene. Stvrdnjavanje ("zauzimanje") takvih otopina je zbog apsorpcije ugljičnog dioksida iz zraka.

Istorija kalcijuma

Kalcijum je 1808. godine otkrio Humphry Davy, koji je elektrolizom gašenog vapna i živinog oksida dobio kalcijum amalgam, kao rezultat procesa destilacije žive od koje je ostao metal, koji je dobio ime kalcijum. na latinskom kreč zvuči kao calx, upravo je ovo ime odabrao engleski hemičar za otvorenu supstancu.

Kalcijum je element glavne podgrupe II grupe IV perioda periodnog sistema hemijskih elemenata D.I. Mendeljejeva, ima atomski broj 20 i atomsku masu 40,08. Prihvaćena oznaka je Ca (od latinskog - kalcijum).

Fizička i hemijska svojstva

Kalcijum je reaktivan, mekan, srebrno-bijeli alkalni metal. Zbog interakcije s kisikom i ugljičnim dioksidom, površina metala tamni, pa je kalciju potreban poseban režim skladištenja - dobro zatvorena posuda u koju se metal sipa slojem tekućeg parafina ili kerozina.

Kalcijum je najpoznatiji od elemenata u tragovima koji su neophodni za osobu, dnevna potreba za njim je od 700 do 1500 mg za zdravu odraslu osobu, ali se povećava tokom trudnoće i dojenja, to se mora uzeti u obzir i kalcijum treba biti uzimaju u obliku droge.

Biti u prirodi

Kalcijum ima veoma visoku hemijsku aktivnost, pa se u slobodnom (čistom) obliku ne javlja u prirodi. Ipak, on je peti po zastupljenosti u zemljinoj kori, u obliku jedinjenja nalazi se u sedimentima (krečnjak, kreda) i stenama (granit), anorit feldspat sadrži dosta kalcijuma.

Široko je rasprostranjen u živim organizmima, nalazi se u biljnim, životinjskim i ljudskim organizmima, gdje je prisutan uglavnom u sastavu zuba i koštanog tkiva.

Apsorpcija kalcijuma

Prepreka normalnoj apsorpciji kalcija iz hrane je konzumacija ugljikohidrata u obliku slatkiša i lužina, koji neutraliziraju hlorovodoničnu kiselinu želuca, potrebnu za rastvaranje kalcija. Proces apsorpcije kalcijuma je prilično komplikovan, pa ga ponekad nije dovoljno unositi samo hranom, potreban je dodatni unos mikroelementa.

Interakcija sa drugima

Da bi se poboljšala apsorpcija kalcija u crijevima, neophodno je, što teži da olakša proces apsorpcije kalcija. Prilikom uzimanja kalcijuma (u obliku suplemenata) u procesu jela, apsorpcija je blokirana, ali uzimanje suplemenata kalcija odvojeno od hrane ni na koji način ne utiče na ovaj proces.

Gotovo sav tjelesni kalcij (1 do 1,5 kg) nalazi se u kostima i zubima. Kalcijum učestvuje u procesima ekscitabilnosti nervnog tkiva, kontraktilnosti mišića, procesima zgrušavanja krvi, deo je jezgra i membrana ćelija, ćelijskih i tkivnih tečnosti, ima antialergijsko i antiinflamatorno dejstvo, sprečava acidozu, aktivira niz enzima i hormona. Kalcijum je takođe uključen u regulaciju propusnosti ćelijskih membrana i ima suprotan efekat.

Znakovi nedostatka kalcijuma

Znakovi nedostatka kalcija u organizmu su takvi, na prvi pogled, nepovezani simptomi:

• nervoza, pogoršanje raspoloženja;
• kardiopalmus;
• konvulzije, utrnulost udova;
• zaostajanje u rastu i djeca;
• visok krvni pritisak;
• raslojavanje i krhkost noktiju;
• bol u zglobovima, snižavanje "praga boli";
• obilna menstruacija.

Uzroci nedostatka kalcijuma

Uzroci nedostatka kalcijuma mogu biti neuravnotežena ishrana (posebno gladovanje), nizak sadržaj kalcijuma u hrani, pušenje i zavisnost od kafe i kofeinskih pića, disbakterioza, bolesti bubrega, štitne žlezde, trudnoća, period laktacije i menopauza.

Višak kalcija, koji može nastati prekomjernom konzumacijom mliječnih proizvoda ili nekontroliranim unosom lijekova, karakterizira jaka žeđ, mučnina, povraćanje, gubitak apetita, slabost i pojačano mokrenje.

Upotreba kalcijuma u životu

Kalcijum je našao primenu u metalotermnoj proizvodnji uranijuma, u obliku prirodnih jedinjenja koristi se kao sirovina za proizvodnju gipsa i cementa, kao sredstvo za dezinfekciju (svi znaju izbjeljivač).