Kalsium Kalsium i kroppen er 1,1–1,2 kg per gjennomsnittsvekt av en frisk mann og 900 g per gjennomsnittsvekt av en sunn kvinne. Nesten alt kalsium finnes i tenner og bein, med unntak av 1 %, som finnes i blod, lymfe og celler (!) Den mest kjente funksjonen til kalsium er

Introduksjon

Egenskaper og bruk av kalsium

1 Fysiske egenskaper

2 Kjemiske egenskaper

3 Søknad

Får kalsium

1 Elektrolytisk produksjon av kalsium og dets legeringer

2 Termisk forberedelse

3 Vakuum-termisk metode for å oppnå kalsium

3.1 Aluminiumtermisk metode for kalsiumreduksjon

3.2 Silikotermisk metode for kalsiumreduksjon

Praktisk del

Bibliografi

Introduksjon

Kjemisk element i gruppe II i det periodiske systemet til Mendeleev, atomnummer 20, atommasse 40,08; sølv-hvit lettmetall. Et naturlig grunnstoff er en blanding av seks stabile isotoper: 40Ca, 42Ca, 43Ca, 44Ca, 46Ca og 48Ca, hvorav 40 er det vanligste Ca (96,97%).

Ca-forbindelser - kalkstein, marmor, gips (så vel som kalk - et produkt av brennende kalkstein) har blitt brukt i konstruksjon siden antikken. Frem til slutten av 1700-tallet anså kjemikere kalk for å være et enkelt stoff. I 1789 foreslo A. Lavoisier at kalk, magnesia, baritt, alumina og silika er komplekse stoffer. I 1808 forberedte G. Davy, ved å utsette en blanding av våtlesket kalk med kvikksølvoksid for elektrolyse med en kvikksølvkatode, et amalgam av Ca, og etter å ha drevet kvikksølv ut av det, oppnådde han et metall kalt "Calcium" (fra latin calx , slektsfall calcis - lime).

Kalsiums evne til å binde oksygen og nitrogen gjorde det mulig å bruke det til å rense inerte gasser og som en getter (En getter er et stoff som tjener til å absorbere gasser og skape et dypt vakuum i elektroniske enheter.) i vakuumradioutstyr.

Kalsium brukes også i metallurgien av kobber, nikkel, spesialstål og bronse; de er assosiert med skadelige urenheter av svovel, fosfor, overflødig karbon. Til samme formål brukes kalsiumlegeringer med silisium, litium, natrium, bor og aluminium.

I industrien oppnås kalsium på to måter:

) Ved å varme opp en brikettblanding av CaO og Al-pulver ved 1200 ° C i et vakuum på 0,01 - 0,02 mm. rt. Kunst.; utgitt av reaksjonen:

CaO + 2Al = 3CaO Al2O3 + 3Ca

Kalsiumdamp kondenserer på en kald overflate.

) Ved elektrolyse av en smelte av CaCl2 og KCl med en flytende kobber-kalsiumkatode, fremstilles en legering av Cu - Ca (65 % Ca), hvorfra kalsium destilleres av ved en temperatur på 950 - 1000 ° C i vakuum på 0,1 - 0,001 mm Hg.

) Det er også utviklet en metode for å oppnå kalsium ved termisk dissosiasjon av kalsiumkarbid CaC2.

Kalsium er svært vanlig i naturen i form av ulike forbindelser. I jordskorpen inntar den femteplassen, og utgjør 3,25 %, og finnes oftest i form av kalkstein CaCO 3, dolomitt CaCO 3MgCO 3, gips CaSO 42H 2O, Fosforitt Ca 3(PO 4)2 og flusspat CaF 2, og teller ikke en betydelig andel kalsium i sammensetningen av silikatbergarter. Sjøvann inneholder i gjennomsnitt 0,04 % (vekt) kalsium.

I dette kursarbeidet studeres egenskapene og anvendelsen av kalsium, samt teori og teknologi for vakuum-termiske metoder for produksjon.

. Egenskaper og bruk av kalsium

.1 Fysiske egenskaper

Kalsium er et sølvhvitt metall, men anløper i luften på grunn av dannelsen av et oksid på overflaten. Det er et duktilt metall hardere enn bly. Krystallcelle ?-form Ca (stabil ved vanlig temperatur) ansiktssentrert kubikk, a = 5,56 Å . Atomradius 1,97 Å , ionisk radius Ca 2+, 1,04Å . Tetthet 1,54 g/cm 3(20°C). Over 464 °C stabil sekskantet ?-form. smp. 851°C, smp. 1482°C; temperaturkoeffisient for lineær ekspansjon 22 10 -6 (0-300°C); termisk ledningsevne ved 20 °C 125,6 W/(m K) eller 0,3 cal/(cm s °C); spesifikk varmekapasitet (0-100 °C) 623,9 j/(kg K) eller 0,149 cal/(g °C); elektrisk resistivitet ved 20 °C 4,6 10 -8ohm m eller 4,6 10 -6 ohm cm; temperaturkoeffisient for elektrisk motstand 4,57 10-3 (20 °C). Elastisitetsmodul 26 Gn/m 2(2600 kgf/mm 2); strekkfasthet 60 MN/m 2(6 kgf/mm 2); elastisk grense 4 MN/m 2(0,4 kgf/mm 2), flytegrense 38 MN/m 2(3,8 kgf/mm 2); forlengelse 50%; Brinell hardhet 200-300 MN/m 2(20-30 kgf/mm 2). Kalsium med tilstrekkelig høy renhet er plast, godt presset, valset og kan bearbeides.

1.2 Kjemiske egenskaper

Kalsium er et aktivt metall. Så under normale forhold interagerer den lett med atmosfærisk oksygen og halogener:

Ca + O 2= 2 CaO (kalsiumoksid) (1)

Ca + Br 2= CaBr 2(kalsiumbromid). (2)

Med hydrogen, nitrogen, svovel, fosfor, karbon og andre ikke-metaller, reagerer kalsium ved oppvarming:

Ca + H 2= CaH 2(kalsiumhydrid) (3)

Ca + N 2= Ca 3N 2(kalsiumnitrid) (4)

Ca + S = CaS (kalsiumsulfid) (5)

Ca + 2 P \u003d Ca 3R 2(kalsiumfosfid) (6)

Ca + 2 C \u003d CaC 2 (kalsiumkarbid) (7)

Kalsium interagerer sakte med kaldt vann, og veldig kraftig med varmt vann, og gir en sterk base Ca (OH) 2 :

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

Som et energisk reduksjonsmiddel kan kalsium ta bort oksygen eller halogener fra oksider og halogenider av mindre aktive metaller, dvs. det har reduserende egenskaper:

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

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

Kalsium reagerer kraftig med syrer med frigjøring av hydrogen, reagerer med halogener, med tørt hydrogen for å danne CaH-hydrid 2. Når kalsium varmes opp med grafitt, dannes CaC-karbid 2. Kalsium oppnås ved elektrolyse av smeltet CaCl 2eller aluminotermisk reduksjon i vakuum:

6СаО + 2Al = 3Ca + 3CaO Al2 O 3 (11)

Rent metall brukes til å redusere Cs, Rb, Cr, V, Zr, Th, U forbindelser til metaller, for ståldeoksidering.

1.3 Søknad

Kalsium brukes i økende grad i ulike bransjer. Den har den siste tiden fått stor betydning som reduksjonsmiddel i produksjonen av en rekke metaller.

Rent metall. Uran oppnås ved å redusere uranfluorid med kalsiummetall. Titanoksider, samt oksider av zirkonium, thorium, tantal, niob og andre sjeldne metaller kan reduseres med kalsium eller dets hydrider.

Kalsium er et godt deoksideringsmiddel og avgasser ved produksjon av kobber, nikkel, krom-nikkel-legeringer, spesialstål, nikkel og tinnbronse; den fjerner svovel, fosfor, karbon fra metaller og legeringer.

Kalsium danner ildfaste forbindelser med vismut, så det brukes til å rense bly fra vismut.

Kalsium tilsettes ulike lette legeringer. Det bidrar til å forbedre overflaten av blokkene, finhet og reduksjon av oksiderbarhet.

Lagerlegeringer som inneholder kalsium er mye brukt. Blylegeringer (0,04 % Ca) kan brukes til å lage kabelkapper.

Antifriksjonslegeringer av kalsium med bly brukes i prosjektering. Kalsiummineraler er mye brukt. Så, kalkstein brukes i produksjon av kalk, sement, silikat murstein og direkte som byggemateriale, i metallurgi (fluks), i den kjemiske industrien for produksjon av kalsiumkarbid, soda, kaustisk soda, blekemiddel, gjødsel, i produksjon av sukker, glass.

Kritt, marmor, islandsk spar, gips, fluoritt osv. er av praktisk betydning. På grunn av evnen til å binde oksygen og nitrogen, brukes kalsium eller kalsiumlegeringer med natrium og andre metaller til å rense edelgasser og som en getter i vakuumradioutstyr. Kalsium brukes også til å produsere hydrid, som er en kilde til hydrogen i felten.

2. Få kalsium

Det er flere måter å oppnå kalsium på, disse er elektrolytiske, termiske, vakuumtermiske.

.1 Elektrolytisk produksjon av kalsium og dets legeringer

Essensen av metoden ligger i det faktum at katoden først berører den smeltede elektrolytten. Ved kontaktpunktet dannes en flytende metalldråpe som fukter katoden, som, når katoden sakte og jevnt heves, fjernes fra smelten med den og stivner. I dette tilfellet er den størkende dråpen dekket med en solid film av elektrolytt, som beskytter metallet mot oksidasjon og nitrering. Ved kontinuerlig og forsiktig å løfte katoden, trekkes kalsiumet inn i stengene.

2.2 Termisk forberedelse

kalsium kjemisk elektrolytisk termisk

· Kloridprosess: teknologien består av smelting og dehydrering av kalsiumklorid, smelting av bly, oppnåelse av en dobbel legering av bly - natrium, oppnåelse av en ternær legering av bly - natrium - kalsium, og fortynning av den ternære legeringen med bly etter fjerning av salter. Reaksjonen med kalsiumklorid fortsetter i henhold til ligningen

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

· Karbidprosess: grunnlaget for å oppnå en bly-kalsium-legering er reaksjonen mellom kalsiumkarbid og smeltet bly i henhold til ligningen

CaC 2+ 3Pb = Pb3 Ca+2C. (1. 3)

2.3 Vakuum-termisk metode for å oppnå kalsium

Råmateriale for vakuum termisk prosess

Råstoffet for termisk reduksjon av kalsiumoksid er kalk oppnådd ved brenning av kalkstein. Hovedkravene til råvarer er som følger: kalk skal være så rent som mulig og inneholde et minimum av urenheter som kan reduseres og omdannes til metall sammen med kalsium, spesielt alkalimetaller og magnesium. Kalsinering av kalkstein bør utføres til karbonatet er fullstendig dekomponert, men ikke før det er sintret, siden reduserbarheten til det sintrede materialet er lavere. Det avfyrte produktet må beskyttes mot absorpsjon av fuktighet og karbondioksid, hvis frigjøring under utvinning reduserer ytelsen til prosessen. Teknologien for å brenne kalkstein og behandle det brente produktet ligner på behandlingen av dolomitt for den silikotermiske metoden for å oppnå magnesium.

.3.1 Aluminiumtermisk metode for kalsiumreduksjon

Diagrammet over temperaturavhengigheten av endringen i den frie energien ved oksidasjon av en rekke metaller (fig. 1) viser at kalsiumoksid er et av de mest holdbare og vanskeligste å redusere oksidene. Det kan ikke reduseres av andre metaller på vanlig måte - ved en relativt lav temperatur og atmosfærisk trykk. Tvert imot er kalsium i seg selv et utmerket reduksjonsmiddel for andre vanskelig å redusere forbindelser og et deoksidasjonsmiddel for mange metaller og legeringer. Reduksjon av kalsiumoksid med karbon er generelt umulig på grunn av dannelsen av kalsiumkarbider. Men på grunn av det faktum at kalsium har et relativt høyt damptrykk, kan oksidet reduseres i vakuum med aluminium, silisium eller deres legeringer i henhold til reaksjonen

CaO + meg? Ca + MeO (14).

Så langt har bare den aluminiumtermiske metoden for å oppnå kalsium funnet praktisk anvendelse, siden det er mye lettere å redusere CaO med aluminium enn med silisium. Det er forskjellige syn på kjemien i reduksjonen av kalsiumoksid med aluminium. L. Pidgeon og I. Atkinson mener at reaksjonen fortsetter med dannelsen av kalsiummonoaluminat:

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

V. A. Pazukhin og A. Ya. Fisher indikerer at prosessen fortsetter med dannelsen av trikalsiumaluminat:

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

I følge A. I. Voynitsky er dannelsen av pentaciciumtrialuminat dominerende i reaksjonen:

CaO + 6Al = 5CaO3Al 2O3 + 9Ca. (17)

Den siste forskningen av A. Yu. Taits og AI Voinitsky fastslo at den aluminotermiske reduksjonen av kalsium fortsetter trinnvis. Til å begynne med er frigjøringen av kalsium ledsaget av dannelsen av 3CaO AI 2O 3, som deretter reagerer med kalsiumoksid og aluminium for å danne 3CaO 3AI 2O 3. Reaksjonen fortsetter i henhold til følgende skjema:

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

(3CaO Al 2O 3) + 2CaO + 2Al = 5CaO3Al 2O 3+ 3Са

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

Siden oksidreduksjon skjer med frigjøring av dampformig kalsium, og de gjenværende reaksjonsproduktene er i kondensert tilstand, er det mulig å enkelt separere og kondensere det i de avkjølte delene av ovnen. Hovedbetingelsene som er nødvendige for vakuum-termisk reduksjon av kalsiumoksid er høy temperatur og lavt resttrykk i systemet. Forholdet mellom temperatur og likevektsdamptrykket til kalsium er gitt nedenfor. Den frie energien til reaksjonen (17), beregnet for temperaturer 1124-1728°K, er uttrykt som

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

Derav den logaritmiske avhengigheten av likevektselastisiteten til kalsiumdamp (mm Hg)

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

L. Pidgeon og I. Atkinson bestemte eksperimentelt likevektsdamptrykket til kalsium. En detaljert termodynamisk analyse av reduksjonsreaksjonen av kalsiumoksid med aluminium ble utført av I. I. Matveenko, som ga følgende temperaturavhengigheter av likevektstrykket til kalsiumdamp:

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

De beregnede og eksperimentelle dataene er sammenlignet i tabell. en.

Tabell 1 - Effekten av temperatur på endringen i likevektselastisiteten til kalsiumdamp i systemer (1), (2), (3), (3), mm Hg.

Temperatur °С Eksperimentelle data Beregnet i systemer(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

Det kan ses av de presenterte dataene at interaksjoner i systemene (2) og (3) eller (3") er under de mest gunstige forholdene. Dette stemmer overens med observasjoner, siden pentascalcium trialuminate og tricalcium aluminate dominerer i restene av ladningen etter reduksjon av kalsiumoksid med aluminium.

Likevektselastisitetsdata viser at reduksjonen av kalsiumoksid med aluminium er mulig ved en temperatur på 1100-1150 ° C. For å oppnå en praktisk akseptabel reaksjonshastighet, må resttrykket i Rost-systemet være under likevekt P er lik , dvs. ulikheten Р er lik >P ost og prosessen må utføres ved temperaturer i størrelsesorden 1200°. Studier har fastslått at ved en temperatur på 1200-1250 ° oppnås høy utnyttelse (opptil 70-75%) og lavt spesifikt forbruk av aluminium (ca. 0,6-0,65 kg per kg kalsium).

I henhold til tolkningen ovenfor av kjemien til prosessen, er den optimale sammensetningen blandingen designet for dannelse av 5CaO 3Al i resten 2O 3. For å øke bruksgraden av aluminium er det nyttig å gi noe overskudd av kalsiumoksid, men ikke for mye (10-20%), ellers vil dette påvirke andre prosessindikatorer negativt. Med en økning i graden av aluminiumsmaling fra partikler på 0,8-0,2 mm til minus 0,07 mm (ifølge V. A. Pazukhin og A. Ya. Fisher), øker bruken av aluminium i reaksjonen fra 63,7 til 78%.

Bruken av aluminium påvirkes også av ladebriketteringsmåten. En blanding av kalk og aluminiumspulver bør briketteres uten bindemidler (for å unngå utgassing i vakuum) ved et trykk på 150 kg/cm 2. Ved lavere trykk avtar bruken av aluminium på grunn av segregering av smeltet aluminium i altfor porøse briketter, og ved høyere trykk på grunn av dårlig gasspermeabilitet. Fullstendigheten og utvinningshastigheten avhenger også av pakningstettheten til brikettene i retorten. Når du legger dem uten hull, når gasspermeabiliteten til hele ladningen er lav, reduseres bruken av aluminium betydelig.

Figur 2 - Skjema for å oppnå kalsium ved vakuum-termisk metode.

Teknologi av aluminium-termisk måte

Det teknologiske opplegget for produksjon av kalsium ved den aluminotermiske metoden er vist i fig. 2. Kalkstein brukes som råstoff, og aluminiumspulver fremstilt av primær (bedre) eller sekundær aluminium brukes som reduksjonsmiddel. Aluminium brukt som reduksjonsmiddel, så vel som råmaterialer, bør ikke inneholde urenheter av lett flyktige metaller: magnesium, sink, alkalier, etc., som er i stand til å fordampe og bli til kondensat. Dette må tas i betraktning ved valg av kvaliteter av resirkulert aluminium.

I henhold til beskrivelsen av S. Loomis og P. Staub, i USA, ved New England Lime Co.-anlegget i Canaan (Connecticut), oppnås kalsium ved den aluminotermiske metoden. Kalk med følgende typiske sammensetning brukes, %: 97,5 CaO, 0,65 MgO, 0,7 SiO 20,6 Fe 2Oz + AlOz, 0,09 Na 2O+K 2Å, 0,5 resten. Det kalsinerte produktet males i en Raymond-mølle med sentrifugalseparator, malingsfinheten er (60%) minus 200 mesh. Som reduksjonsmiddel brukes aluminiumstøv, som er bortkastet ved produksjon av aluminiumspulver. Brent kalk fra lukkede beholdere og aluminium fra fat føres til doseringsvekten og deretter til blanderen. Etter blanding briketteres blandingen på en tørr måte. Ved det nevnte anlegget reduseres kalsium i retortovner, som tidligere ble brukt for å oppnå magnesium ved den silikotermiske metoden (fig. 3). Ovner varmes opp med generatorgass. Hver ovn har 20 horisontale retorter laget av ildfast stål som inneholder 28 % Cr og 15 % Ni.

Figur 3 - Retortovn for kalsiumproduksjon

Retortlengde 3 m, diameter 254 mm, veggtykkelse 28 mm. Reduksjon skjer i den oppvarmede delen av retorten, og kondens oppstår i den avkjølte enden som stikker ut fra talen. Brikettene føres inn i retorten i papirposer, deretter settes kondensatorene inn og retorten lukkes. Luft pumpes ut av mekaniske vakuumpumper i begynnelsen av syklusen. Deretter kobles diffusjonspumpene til og resttrykket reduseres til 20 mikron.

Retortene varmes opp til 1200°. Etter 12 timer. etter lasting åpnes og losses retortene. Det resulterende kalsiumet har form av en hul sylinder med en tett masse av store krystaller avsatt på overflaten av en stålhylse. Hovedurenheten i kalsium er magnesium, som i utgangspunktet reduseres og hovedsakelig konsentreres i laget ved siden av hylsen. Gjennomsnittlig innhold av urenheter er; 0,5-1 % Mg, ca. 0,2 % Al, 0,005-0,02 % Mn, opptil 0,02 % N, andre urenheter - Cu, Pb, Zn, Ni, Si, Fe - finnes i området 0,005-0,04%. A. Yu. Taits og A. I. Voinitsky brukte en semi-fabrikk elektrisk vakuumovn med kullvarmere for å oppnå kalsium ved den aluminotermiske metoden og oppnådde en grad av aluminiumutnyttelse på 60 %, et spesifikt aluminiumforbruk på 0,78 kg, et spesifikt ladeforbruk på 4,35 kg, henholdsvis, og et spesifikt strømforbruk 14 kWh per 1 kg metall.

Det resulterende metallet, med unntak av magnesiumurenhet, ble preget av en relativt høy renhet. I gjennomsnitt var innholdet av urenheter i den: 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 Silikotermisk reduksjonsmetode kalsium

Den silikotermiske metoden er veldig fristende; reduksjonsmidlet er ferrosilisium, reagenset er mye billigere enn aluminium. Imidlertid er den silikotermiske prosessen vanskeligere å implementere enn den aluminotermiske. Reduksjonen av kalsiumoksid med silisium fortsetter i henhold til ligningen

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

Likevektselastisiteten til kalsiumdamp, beregnet fra verdiene av fri energi, er:

°С1300140015001600Р, mm Hg st0.080.150.752.05

Derfor, i et vakuum i størrelsesorden 0,01 mm Hg. Kunst. reduksjon av kalsiumoksid er termodynamisk mulig ved en temperatur på 1300°. I praksis, for å sikre en akseptabel hastighet, bør prosessen utføres ved en temperatur på 1400-1500°.

Reduksjonsreaksjonen av kalsiumoksid med silisiumaluminium forløper noe lettere, hvor både aluminium og silisium i legeringen tjener som reduksjonsmiddel. Det er eksperimentelt fastslått at reduksjon med aluminium dominerer i begynnelsen; dessuten fortsetter reaksjonen med den endelige dannelsen av bCaO 3Al 2Oz i henhold til skjemaet skissert ovenfor (fig. 1). Silisiumreduksjon blir betydelig ved høyere temperaturer når det meste av aluminiumet har reagert; reaksjonen fortsetter med dannelse av 2CaO SiO 2. I oppsummert form uttrykkes reduksjonsreaksjonen av kalsiumoksid med silikoaluminium ved følgende ligning:

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

Forskning av A. Yu. Taits og A. I. Voinitsky fant at kalsiumoksid reduseres med 75% ferrosilisium med et metallutbytte på 50-75% ved en temperatur på 1400-1450 ° i et vakuum på 0,01-0,03 mm Hg. Kunst.; silikaaluminium som inneholder 60-30% Si og 32-58% Al (resten er jern, titan, etc.) reduserer kalsiumoksid med et metallutbytte på ca. 70% ved temperaturer på 1350-1400° i et vakuum på 0,01-0,05 mm Hg. Kunst. Eksperimenter i semi-fabrikkskala viste den grunnleggende muligheten for å oppnå kalsium på kalk med ferrosilisium og silisiumaluminium. Den største maskinvarevanskeligheten er valget av en fôr som er motstandsdyktig mot denne prosessen.

Ved løsning av dette problemet kan metoden implementeres i industrien. Dekomponering av kalsiumkarbid Produksjon av metallisk kalsium ved nedbrytning av kalsiumkarbid

CaC2 = Ca + 2C

må anses som lovende. I dette tilfellet oppnås grafitt som det andre produktet. W. Mauderly, E. Moser og W. Treadwell, etter å ha beregnet den frie energien for dannelse av kalsiumkarbid fra termokjemiske data, oppnådde følgende uttrykk for damptrykket til kalsium over rent kalsiumkarbid:

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

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

Tilsynelatende brytes kommersielt kalsiumkarbid ned ved mye høyere temperaturer enn det som følger av disse uttrykkene. De samme forfatterne rapporterer termisk dekomponering av kalsiumkarbid i kompakte stykker ved 1600-1800°C i et vakuum på 1 mm Hg. Kunst. Utbyttet av grafitt var 94%, kalsium ble oppnådd i form av et tett belegg på kjøleskapet. A. S. Mikulinsky, F. S. Morii, R. Sh. Shklyar for å bestemme egenskapene til grafitt oppnådd ved dekomponering av kalsiumkarbid, sistnevnte ble oppvarmet i et vakuum på 0,3-1 mm Hg. Kunst. ved en temperatur på 1630-1750°. Den resulterende grafitten skiller seg fra Achesons i større korn, høyere elektrisk ledningsevne og lavere bulktetthet.

3. Praktisk del

Daglig utstrømning av magnesium fra elektrolysatoren for en strøm på 100 kA var 960 kg når badet ble matet med magnesiumklorid. Spenningen på cellenarren er 0,6 V. Bestem:

)Strømutgang ved katoden;

)Mengden klor som oppnås per dag, forutsatt at strømutgangen ved anoden er lik strømutgangen ved koden;

)Daglig fylling MgCl 2inn i elektrolysatoren, forutsatt at tapet av MgCl 2 forekommer hovedsakelig med slam og sublimering. Mengde slam 0,1 per 1 tonn Mg inneholdende MgCl 2 i sublimering 50%. Mengden av sublimering er 0,05 t per 1 t Mg. Sammensetningen av det hellede magnesiumklorid, %: 92 MgCl2 og 8 NaCl.

.Bestem strømutgangen ved katoden:

m etc =jeg ?k mg · ?

?=m etc \JEG ?k mg \u003d 960000\100000 0,454 24 \u003d 0,881 eller 88,1 %

.Bestem mengden Cl mottatt per dag:

x \u003d 960000g \ 24 g \ mol \u003d 40000 mol

Konvertering til volum:

х=126785,7 m3

3.a) Vi finner ren MgCl 2, for produksjon av 960 kg Mg.

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

b) tap med slam. Fra sammensetningen av magnesiumelektrolysatorer, %: 20-35 MgO, 2-5 Mg, 2-6 Fe, 2-4 SiO 20,8-2 TiO 20,4-1,0 C, 35 MgCl2 .

kg - 1000 kg

m shl \u003d 960 kg - masse slam per dag.

Per dag 96 kg slam: 96 0,35 (MgCl2 med slam).

c) tap med sublimater:

kg - 1000 kg

kg sublimerer: 48 0,5 = 24 kg MgCl 2 med sublimater.

Alt du trenger for å fylle ut Mg:

33,6+24=3810,6 kg MgCl2 per dag

Bibliografi

Grunnleggende om metallurgi III

<#"justify">metallurgi av Al og Mg. Vetyukov M.M., Tsyplokov A.M.

Læring

Trenger du hjelp til å lære et emne?

Ekspertene våre vil gi råd eller gi veiledningstjenester om emner av interesse for deg.
Sende inn en søknad angir emnet akkurat nå for å finne ut om muligheten for å få en konsultasjon.

Kalsium- et element av 4. periode og PA-gruppen til det periodiske systemet, serienummer 20. Den elektroniske formelen til atomet er [ 18 Ar] 4s 2, oksidasjonstilstander +2 og 0. Refererer til jordalkalimetaller. Den har lav elektronegativitet (1,04), viser metalliske (grunnleggende) egenskaper. Danner (som et kation) mange salter og binære forbindelser. Mange kalsiumsalter er tungt løselige i vann. I naturen - sjette når det gjelder kjemisk overflod, er grunnstoffet (det tredje blant metaller) i en bundet form. Et livsviktig element for alle organismer Mangelen på kalsium i jorda fylles opp ved påføring av kalkgjødsel (CaCO 3 , CaO, kalsiumcyanamid CaCN 2, etc.). Kalsium, kalsiumkation og dets forbindelser farger flammen til en gassbrenner i en mørk oransje farge ( kvalitativ deteksjon).

Kalsium Ca

Sølv-hvit metall, myk, duktil. I fuktig luft anløper den og blir dekket med en film av CaO og Ca(OH) 2. Meget reaktiv; antennes ved oppvarming i luft, reagerer med hydrogen, klor, svovel og grafitt:

Reduserer andre metaller fra oksidene deres (en industrielt viktig metode er kalsiumtermi):

Kvittering kalsium i industri:

Kalsium brukes til å fjerne ikke-metalliske urenheter fra metallegeringer, som en komponent av lett- og antifriksjonslegeringer, for å isolere sjeldne metaller fra oksidene deres.

Kalsiumoksid CaO

basisk oksid. Det tekniske navnet er brent kalk. Hvit, svært hygroskopisk. Har en ionisk struktur Ca 2+ O 2- . Ildfast, termisk stabil, flyktig ved antennelse. Absorberer fuktighet og karbondioksid fra luften. Reagerer kraftig med vann (høy exo- effekt), danner en sterkt alkalisk løsning (hydroksydutfelling er mulig), prosessen kalles kalkslekking. Reagerer med syrer, metall og ikke-metalloksider. Det brukes til syntese av andre kalsiumforbindelser, i produksjon av Ca(OH) 2 , CaC 2 og mineralgjødsel, som en fluss i metallurgi, en katalysator i organisk syntese, en komponent av bindemidler i konstruksjon.

Ligninger for de viktigste reaksjonene:

Kvittering CaO i industrien– kalksteinssteking (900-1200 °С):

CaCO3 = CaO + CO2

Kalsiumhydroksid Ca(OH) 2

basisk hydroksid. Det tekniske navnet er lesket kalk. Hvit, hygroskopisk. Den har en ionisk struktur Ca 2+ (OH -) 2. Dekomponerer ved moderat varme. Absorberer fuktighet og karbondioksid fra luften. Litt løselig i kaldt vann (det dannes en alkalisk løsning), enda mindre i kokende vann. En klar løsning (kalkvann) blir raskt uklar på grunn av utfelling av hydroksid (suspensjonen kalles melk av kalk). En kvalitativ reaksjon på Ca 2+ -ionet er passasjen av karbondioksid gjennom kalkvann med utseendet til et bunnfall av CaCO 3 og dets overgang til løsning. Reagerer med syrer og sure oksider, går inn i ionebytterreaksjoner. Det brukes i produksjon av glass, blekekalk, kalkmineralgjødsel, for kaustisering av brus og mykgjøring av ferskvann, samt til fremstilling av kalkmørtel - deigaktige blandinger (sand + lesket kalk + vann), som tjener som bindemiddel for stein og murverk, etterbehandling (pussing) av vegger og andre byggeformål. Herding ("beslag") av slike løsninger skyldes absorpsjon av karbondioksid fra luften.

Historie om kalsium

Kalsium ble oppdaget i 1808 av Humphry Davy, som ved elektrolyse av lesket kalk og kvikksølvoksid oppnådde kalsiumamalgam, som et resultat av prosessen med destillasjon av kvikksølv som metallet ble igjen fra, som fikk navnet kalsium. på latin lime høres ut som calx, det var dette navnet som ble valgt av den engelske kjemikeren for det åpne stoffet.

Kalsium er et element i hovedundergruppen II i gruppe IV i perioden med det periodiske systemet av kjemiske elementer D.I. Mendeleev, har et atomnummer på 20 og en atommasse på 40,08. Den aksepterte betegnelsen er Ca (fra latin - Kalsium).

Fysiske og kjemiske egenskaper

Kalsium er et reaktivt, mykt, sølvhvitt alkalimetall. På grunn av interaksjonen med oksygen og karbondioksid blir overflaten av metallet anløpet, så kalsium trenger et spesielt lagringsregime - en tett lukket beholder der metallet helles med et lag flytende parafin eller parafin.

Kalsium er det mest kjente av sporelementene som er nødvendige for en person, det daglige behovet for det er fra 700 til 1500 mg for en frisk voksen, men det øker under graviditet og amming, dette må tas i betraktning og kalsium bør tatt i form av narkotika.

Å være i naturen

Kalsium har en veldig høy kjemisk aktivitet, derfor forekommer det ikke i en fri (ren) form i naturen. Likevel er det den femte vanligste i jordskorpen, i form av forbindelser finnes den i sedimentære (kalkstein, kritt) og bergarter (granitt), anorittfeltspat inneholder mye kalsium.

Det er vidt distribuert i levende organismer, dets tilstedeværelse finnes i planter, dyr og menneskelige organismer, hvor det hovedsakelig er tilstede i sammensetningen av tenner og beinvev.

Kalsium absorpsjon

En hindring for normal absorpsjon av kalsium fra mat er forbruket av karbohydrater i form av søtsaker og alkalier, som nøytraliserer saltsyren i magen, som er nødvendig for å løse opp kalsium. Prosessen med kalsiumabsorpsjon er ganske komplisert, så noen ganger er det ikke nok å få det bare med mat, et ekstra inntak av mikroelementet er nødvendig.

Samhandling med andre

For å forbedre kalsiumabsorpsjonen i tarmen, er det nødvendig, noe som har en tendens til å lette prosessen med kalsiumabsorpsjon. Når du tar kalsium (i form av kosttilskudd) i ferd med å spise, blokkeres absorpsjonen, men å ta kalsiumtilskudd separat fra mat påvirker ikke denne prosessen på noen måte.

Nesten alt av kroppens kalsium (1 til 1,5 kg) finnes i bein og tenner. Kalsium er involvert i prosessene med nervevevseksitabilitet, muskelkontraktilitet, blodproppprosesser, er en del av cellekjernen og membranene til celler, celle- og vevsvæsker, har anti-allergiske og anti-inflammatoriske effekter, forhindrer acidose, aktiverer en rekke enzymer og hormoner. Kalsium er også involvert i reguleringen av cellemembranpermeabilitet og har motsatt effekt.

Tegn på kalsiummangel

Tegn på mangel på kalsium i kroppen er slike, ved første øyekast, ikke-relaterte symptomer:

• nervøsitet, humørforverring;
• hjertebank;
• kramper, nummenhet i lemmer;
• veksthemming og barn;
• høyt blodtrykk;
• delaminering og skjørhet av negler;
• smerter i leddene, senker "smerteterskelen";
• rikelig menstruasjon.

Årsaker til kalsiummangel

Årsakene til kalsiummangel kan være ubalansert kosthold (spesielt sult), lavt kalsiuminnhold i mat, røyking og avhengighet av kaffe og koffeinholdige drikker, dysbakteriose, nyresykdom, skjoldbruskkjertelen, graviditet, amming og overgangsalder.

Overskudd av kalsium, som kan oppstå ved overdreven inntak av meieriprodukter eller ukontrollert inntak av legemidler, er preget av sterk tørste, kvalme, oppkast, tap av matlyst, svakhet og økt vannlating.

Bruken av kalsium i livet

Kalsium har funnet anvendelse i metallotermisk produksjon av uran, i form av naturlige forbindelser brukes det som et råmateriale for produksjon av gips og sement, som et middel for desinfeksjon (alle vet blekemiddel).