Калций метал или не. Калций в природата (3,4% в земната кора)
Калцият е елемент от основната подгрупа от втората група, четвъртия период от периодичната система от химични елементи, с атомен номер 20. Означава се със символа Ca (лат. Calcium). Простото вещество калций (CAS номер: 7440-70-2) е мек, реактивен алкалоземен метал, сребрист бял цвят.
История и произход на името
Името на елемента идва от лат. calx (в родов падеж calcis) - "вар", "мек камък". Предложено е от английския химик Хъмфри Дейви, който през 1808 г. изолира металния калций чрез електролитен метод. Дейви електролизира смес от мокра гасена вар с живачен оксид HgO върху платинена плоча, която беше анодът. Като катод служи платинена тел, потопена в течен живак. В резултат на електролиза се получава калциева амалгама. След като изгони живака от него, Дейви получи метал, наречен калций.
Калциевите съединения - варовик, мрамор, гипс (както и вар - продукт на изгаряне на варовик) са били използвани в строителството преди няколко хилядолетия. До края на 18 век химиците смятали вара за просто тяло. През 1789 г. А. Лавоазие предполага, че вар, магнезият, барит, алуминиев оксид и силициев диоксид са сложни вещества.
Разписка
Свободният метален калций се получава чрез електролиза на стопилка, състояща се от CaCl 2 (75-80%) и KCl или от CaCl 2 и CaF 2, както и алуминотермична редукция на CaO при 1170-1200 ° C:
4CaO + 2Al → CaAl 2 O 4 + 3Ca.
Физически свойства
Металният калций съществува в две алотропни модификации. До 443 °C α-Ca с кубична лицево-центрирана решетка е стабилна (параметър a = 0,558 nm), над β-Ca е стабилна с кубична центрирана по тялото решетка от типа α-Fe (параметър a = 0,448 nm). Стандартната енталпия ΔH 0 на прехода α → β е 0,93 kJ/mol.
С постепенно увеличаване на налягането той започва да проявява свойствата на полупроводник, но не се превръща в полупроводник в пълния смисъл на думата (вече не е и метал). С по-нататъшно повишаване на налягането той се връща в метално състояние и започва да проявява свръхпроводящи свойства (температурата на свръхпроводимост е шест пъти по-висока от тази на живака и далеч надвишава всички други елементи по проводимост). Уникалното поведение на калция е подобно в много отношения на стронция (т.е. паралелите в периодичната таблица са запазени).
Химични свойства
Калцият е типичен алкалоземен метал. Химическата активност на калция е висока, но по-ниска от тази на всички други алкалоземни метали. Той лесно реагира с кислород, въглероден диоксид и влага във въздуха, поради което повърхността на калциевия метал обикновено е матово сива, така че калцият обикновено се съхранява в лабораторията, подобно на други алкалоземни метали, в плътно затворен буркан под слой от керосин или течен парафин.
Калцият е химичен елемент от група II с атомен номер 20 в периодичната система, означен със символа Ca (лат. Calcium). Калцият е мек, сребристо-сив алкалоземен метал.
20 елемент от периодичната таблица Името на елемента идва от лат. calx (в родов падеж calcis) - "вар", "мек камък". Предложено е от английския химик Хъмфри Дейви, който изолира металния калций през 1808 г.
Калциевите съединения - варовик, мрамор, гипс (както и вар - продукт на изгаряне на варовик) са били използвани в строителството преди няколко хилядолетия.
Калцият е един от най-разпространените елементи на Земята. Калциевите съединения се намират в почти всички животински и растителни тъкани. Той представлява 3,38% от масата на земната кора (5-то място по изобилие след кислород, силиций, алуминий и желязо).
Намиране на калций в природата
Поради високата химическа активност на калция в свободна форма в природата не се среща.
Калцият представлява 3,38% от масата на земната кора (5-то място по изобилие след кислород, силиций, алуминий и желязо). Съдържание на елемента в морска вода- 400 mg/l.
изотопи
Калцият се среща в природата под формата на смес от шест изотопа: 40Ca, 42Ca, 43Ca, 44Ca, 46Ca и 48Ca, сред които най-разпространеният - 40Ca - е 96,97%. Калциевите ядра съдържат магическия брой протони: Z = 20. Изотопи
40
20
Ca20 и
48
20
Ca28 са две от петте ядра с двойно магическо число, открити в природата.
От шестте естествено срещащи се калциеви изотопа пет са стабилни. Шестият изотоп 48Ca, най-тежкият от шестте и много рядък (изотопното му изобилие е само 0,187%), претърпява двоен бета разпад с период на полуразпад от 1,6 1017 години.
В скали и минерали
Най-много калций се съдържа в състава на силикати и алумосиликати на различни скали (гранити, гнайси и др.), особено в фелдшпат - анортит Ca.
Под формата на седиментни скали калциевите съединения са представени от креда и варовик, състоящи се главно от минерала калцит (CaCO3). Кристалната форма на калцит, мрамор, е много по-рядко срещана в природата.
Доста широко разпространени са калциевите минерали като калцит CaCO3, анхидрит CaSO4, алабастър CaSO4 0,5H2O и гипс CaSO4 2H2O, флуорит CaF2, апатити Ca5(PO4)3(F,Cl,OH), доломит MgCO3 CaCO3. Наличието на калциеви и магнезиеви соли в естествена водаопределя се неговата твърдост.
Калцият, който мигрира енергично в земната кора и се натрупва в различни геохимични системи, образува 385 минерала (четвърти по брой минерали).
Биологичната роля на калция
Калцият е често срещан макроелемент в растенията, животните и хората. При хората и другите гръбначни животни по-голямата част от него е в скелета и зъбите. Калцият се намира в костите под формата на хидроксиапатит. От различни формикалциевият карбонат (вар) се състои от "скелетите" на повечето групи безгръбначни (гъби, коралови полипи, мекотели и др.). Калциевите йони участват в процесите на коагулация на кръвта, а също така служат като един от универсалните вторични пратеници вътре в клетките и регулират различни вътреклетъчни процеси - мускулна контракция, екзоцитоза, включително секрецията на хормони и невротрансмитери. Концентрацията на калций в цитоплазмата на човешките клетки е около 10-4 mmol/l, в междуклетъчните течности около 2,5 mmol/l.
Нуждата от калций зависи от възрастта. За възрастни на възраст 19-50 години и деца на възраст 4-8 години включително дневната нужда (RDA) е 1000 mg (съдържа се в приблизително 790 ml мляко с масленост 1%), а за деца на възраст от 9 до 18 години включително - 1300 mg на ден (съдържат се в приблизително 1030 ml мляко с масленост 1%). По време на юношеска консумация достатъчнокалцият е много важен поради интензивния растеж на скелета. Въпреки това, според изследвания в САЩ, само 11% от момичетата и 31% от момчетата на възраст 12-19 години постигат нуждите си. При балансирана диета по-голямата част от калция (около 80%) постъпва в тялото на детето с млечни продукти. Останалият калций идва от зърнени храни (включително пълнозърнест хляб и елда), бобови растения, портокали, зеленчуци, ядки. Млечните продукти на основата на млечна мазнина (масло, сметана, заквасена сметана, сладолед на сметана) практически не съдържат калций. Колкото повече в млечен продуктмлечна мазнина, толкова по-малко калций съдържа. Абсорбцията на калций в червата се осъществява по два начина: трансклетъчен (трансцелуларен) и междуклетъчен (парацелуларен). Първият механизъм се медиира от действието на активната форма на витамин D (калцитриол) и неговите чревни рецептори. Той играе голяма роляс нисък до умерен прием на калций. При по-високо съдържание на калций в храната основната роля започва да играе междуклетъчното усвояване, което е свързано с голям градиент на концентрацията на калций. Поради трансклетъчния механизъм, калцият се абсорбира в по-голяма степен в дванадесетопръстника (поради най-високата концентрация на рецептори в калцитриол там). Поради междуклетъчния пасивен трансфер, усвояването на калций е най-активно и в трите отдела на тънките черва. Усвояването на калций се насърчава парацелуларно от лактозата (млечна захар).
Усвояването на калция се възпрепятства от някои животински мазнини (включително мазнини от краве мляко и телешка мазнина, но не и свинска мас) и палмово масло. Съдържащите се в такива мазнини палмитинова и стеаринова мастни киселини се отцепват по време на храносмилането в червата и в свободна форма здраво свързват калция, образувайки калциев палмитат и калциев стеарат (неразтворими сапуни). Под формата на този сапун със стол се губят както калций, така и мазнини. Този механизъм е отговорен за намалената абсорбция на калций, намалената минерализация на костите и намалените непреки мерки за здравина на костите при кърмачета с адаптирано мляко за кърмачета на базата на палмово масло (палмов олеин). При тези деца образуването на калциеви сапуни в червата е свързано с втвърдяване на изпражненията, намаляване на честотата му, както и по-честа регургитация и колики.
Концентрацията на калций в кръвта поради важността му за Голям бройжизнените процеси се регулират прецизно, а при правилно хранене и достатъчен прием на нискомаслени млечни продукти и витамин D не настъпва дефицит. Продължителният дефицит на калций и/или витамин D в диетата води до повишен риск от остеопороза и причинява рахит в ранна детска възраст.
Прекомерните дози калций и витамин D могат да причинят хиперкалциемия. Максималната безопасна доза за възрастни от 19 до 50 години включително е 2500 mg на ден (около 340 g сирене Edam).
Калцият е много разпространен в природата под формата различни връзки. В земната кора той се нарежда на пето място с 3,25% и най-често се среща под формата на варовик CaCO3, доломит CaCO3 * MgCO3, гипс CaSO4 * 2H2O, фосфорит Ca3 (PO4) 2 и флуорен шпат CaF2, без да се брои значително съотношение на калций в състава на силикатните скали. Морската вода съдържа средно 0,04% (w/w) калций
Физични и химични свойства на калция
Калцият е в подгрупата на алкалоземните метали от група II на периодичната система от елементи; сериен номер 20, атомно тегло 40,08, валентност 2, атомен обем 25,9. Калциеви изотопи: 40 (97%), 42 (0,64%), 43 (0,15%), 44 (2,06%), 46 (0,003%), 48 (0,185%). Електронна структура на калциевия атом: 1s2, 2s2p6, 3s2p6, 4s2. Радиусът на атома е 1,97 A, радиусът на йона е 1,06 A. До 300 ° калциевите кристали имат формата на куб с центрирани лица и размер на страната 5,53 A, над 450 ° - шестоъгълна форма. Специфично теглокалций 1,542, точка на топене 851°, точка на кипене 1487°, топлина на топене 2,23 kcal/mol, топлина на изпаряване 36,58 kcal/mol. Атомна топлинна мощност на твърд калций Cp = 5,24 + 3,50*10v-3 T за 298-673°K и Cp = 6,29+1,40*10v-3T за 673-1124°K; за течен калций Cp = 7,63. Ентропия на твърд калций 9,95 ± 1, газообразен при 25° 37,00 ± 0,01.
Налягането на парите на твърдия калций е изследвано от Ю.А. Приселков и A.N. Несмеянов, П. Дъглас и Д. Томлин. Стойностите на еластичността на наситените калциеви пари са дадени в табл. един.
По отношение на топлопроводимостта калцият се доближава до натрия и калия, при температури от 20-100 ° коефициентът на линейно разширение е 25 * 10v-6, при 20 ° електрическото съпротивление е 3,43 μ ohm / cm3, от 0 до 100 ° температурен коефициент на електрическо съпротивление е 0,0036. Електрохимичен еквивалент 0,74745 g/a*h. Якост на опън на калций 4,4 kg/mm2, твърдост по Бринел 13, удължение 53%, коефициент на редукция 62%.
Калцият има сребристо-бял цвят, блести при счупване. Във въздуха металът е покрит с тънък синкаво-сив филм от нитрид, оксид и частично калциев пероксид. Калцият е гъвкав и ковък; може да се обработва до струг, пробиване, рязане, рязане, пресоване, изтегляне и др. Колкото по-чист е металът, толкова по-голяма е неговата пластичност.
В поредица от напрежения калцият се намира сред най-електроотрицателните метали, което обяснява неговата висока химическа активност. При стайна температура калцият не реагира със сух въздух, при 300 ° и повече се окислява интензивно и при силно нагряване гори с ярък оранжево-червеникав пламък. Във влажен въздух калцият постепенно се окислява, превръщайки се в хидроксид; от студена водареагира сравнително бавно, но топла водаенергично измества водорода, образувайки хидроксид.
Азотът реагира значително с калция при 300° и много интензивно при 900°, за да образува нитрид Ca3N2. С водород при температура 400° калцият образува хидрид CaH2. Със сухите халогени, с изключение на флуора, калцият не се свързва при стайна температура; интензивно образуване на халогениди се случва при 400° и повече.
Силната сярна (65-60 ° Be) и азотна киселини действат слабо върху чистия калций. От водни разтворисолна киселина, силно азотна и слабо сярна киселини действат много силно върху минералните киселини. В концентрирани разтвори на NaOH и в разтвори на сода калцият почти не се разрушава.
Приложение
Калцият все повече се използва в различни индустриипроизводство. IN Напоследъктой придоби голямо значениекато редуциращ агент при производството на редица метали. Чистият метален уран се получава чрез редуциране на уранов флуорид с метален калций. Титанови оксиди, както и оксиди на цирконий, торий, тантал, ниобий и други редки метали, могат да бъдат редуцирани с калций или негови хидриди. Калцият е добър деоксидатор и дегазатор при производството на мед, никел, хром-никелови сплави, специални стомани, никел и калаен бронз; премахва сярата, фосфора и въглерода от метали и сплави.
Калцият образува огнеупорни съединения с бисмут, така че се използва за пречистване на олово от бисмут.
Калцият се добавя към различни леки сплави. Допринася за подобряване на повърхността на слитъците, фината и намаляване на окислимостта. Лагерните сплави, съдържащи калций, са широко използвани. За направата на кабелни обвивки могат да се използват оловни сплави (0,04% Ca).
Калцият се използва за дехидратация на алкохоли и разтворители за десулфуризация на петролни продукти. За производството на висококачествен порест бетон се използват калциево-цинкови сплави или цинк-магнезиеви сплави (70% Ca). Калцият е част от антифрикционните сплави (оловно-калциеви бабити).
Поради способността да свързва кислород и азот, за почистване се използват калций или калциеви сплави с натрий и други метали благородни газовеи като геттер във вакуумно радиооборудване. Калцият се използва и за производството на хидрид, който е източник на водород полеви условия. С въглерода калцият образува калциев карбид CaC2, който се използва в големи количестваза получаване на ацетилен C2H2.
История на развитие
Деви за първи път получава калций под формата на амалгама през 1808 г., използвайки електролизата на мокра вар с живачен катод. Бунзен през 1852 г. получава амалгама с високо съдържание на калций чрез електролиза на разтвор на солна киселина на калциев хлорид. Bunsen и Mathyssen през 1855 г. получават чист калций чрез електролиза на CaCl2 и Moissan чрез електролиза на CaF2. През 1893 г. Borchers значително подобрява електролизата на калциев хлорид чрез прилагане на катодно охлаждане; Arndt през 1902 г. получава чрез електролиза метал, съдържащ 91,3% Ca. Ruff и Plata използваха смес от CaCl2 и CaF2 за понижаване на температурата на електролиза; Borchers и Stockem получават гъба при температура под точката на топене на калция.
Ратенау и Зютер решават проблема с електролитното производство на калций, като предлагат метод на електролиза със сензорен катод, който скоро става индустриален. Има много предложения и опити за получаване на калциеви сплави чрез електролиза, особено на течен катод. Според F.O. Banzel, е възможно да се получат калциеви сплави чрез електролиза на CaF2 с добавяне на соли или флуороксиди на други метали. Poulenet и Melan получиха сплав Ca-Al върху течен алуминиев катод; Kugelgen и Seward произвеждат Ca-Zn сплав върху цинков катод. Получаването на Ca-Zn сплави е изследвано през 1913 г. от V. Moldengauer и J. Andersen, които също получават Pb-Ca сплави върху оловен катод. Коба, Симкинс и Гире са използвали оловна катодна клетка от 2000 А и са произвели сплав с 2% Ca при ефективност на тока от 20%. I. Tselikov и V. Wazinger добавят NaCl към електролита за получаване на сплав с натрий; R.R. Syromyatnikov разбърква сплавта и постига 40-68% ефективност на тока. Калциевите сплави с олово, цинк и мед се произвеждат чрез електролиза в промишлен мащаб.
Топлинният метод за получаване на калций предизвика значителен интерес. Алуминотермичната редукция на оксидите е открита през 1865 г. от H.H. Бекетов. През 1877 г. Малет открива взаимодействието на смес от калциеви, бариеви и стронциеви оксиди с алуминий при нагряване.Уинклер се опитва да редуцира същите тези оксиди с магнезий; Билц и Вагнер, редуцирайки калциевия оксид с алуминий във вакуум, получават нисък добив на метал Гунц през 1929 г. най-добри резултати. А.И. Войницки през 1938 г. редуцира калциевия оксид с алуминий и силициеви сплави в лабораторията. Методът е патентован през 1938 г. В края на Втората световна война термичният метод получава индустриално приложение.
През 1859 г. Карон предлага метод за получаване на сплави на натрий с алкалоземни метали чрез действието на метален натрий върху техните хлориди. По този метод се получава калций (и барин) в сплав с олово.До Втората световна война промишлено производствокалциева електролиза е доставена за Германия и фракция. В Битерфелд (Германия) в периода от 1934 до 1939 г. се произвеждат 5-10 т калций годишно.Търсенето на калций в САЩ се покрива от внос, който в периода 1920-1940 г. възлиза на 10-25 г годишно. От 1940 г., когато вносът от Франция спря, Съединените щати започнаха сами да произвеждат калций в значителни количества чрез електролиза; в края на войната започват да получават калций чрез вакуумен термичен метод; според С. Лумис добивът му достига 4,5 тона на ден. Според Minerale Yarbuk, Dominium Magnesium в Канада произвежда калций годишно:
Информация за мащаба на освобождаване на калций за последните годинилипсва.
27.03.2019
На първо място, трябва да решите колко сте готови да похарчите за покупката. Експертите препоръчват на начинаещите инвеститори сума от 30 хиляди рубли до 100. Струва си ...
27.03.2019
Металното валцуване се използва активно в наше време в различни ситуации. Всъщност в много индустрии е просто невъзможно да се направи без него, тъй като валцуван метал ...
27.03.2019
Стоманените уплътнения с овално сечение са предназначени за уплътняване на фланцеви съединения на фитинги и тръбопроводи, които транспортират агресивни среди.
26.03.2019
Много от нас са чували за такава длъжност като системен администратор, но не всеки може да си представи какво точно се има предвид под тази фраза....
26.03.2019
Всеки човек, който прави ремонт в стаята си, трябва да помисли какви конструкции трябва да бъдат инсталирани във вътрешното пространство. На пазара...
26.03.2019
26.03.2019
Към днешна дата газоанализаторите се използват активно в нефтената и газовата промишленост, в общинския сектор, в хода на анализи в лабораторни комплекси, за...
калций аз
Калций (Калций, Ca)
химичен елемент от група II на периодичната система от химични елементи D.I. Менделеев; се отнася до алкалоземни метали, има висока биологична активност. Атомният номер на калция е 20, атомната маса е 40,08. В природата са открити шест стабилни изотопа на К с масови числа 40, 42, 43, 44, 46 и 48. Калцият е химически активен, среща се в природата под формата на съединения - силикати (например азбест), карбонати (варовик, мрамор, креда, калцит, арагонит), сулфати (гипс и анхидрит), фосфорит, доломит и др. основният структурен елемент на костната тъкан (виж костта) ,
важен компонент на системата за коагулация на кръвта (съсирването на кръвта) ,
основен елемент от човешката храна, който поддържа хомеостатично съотношение на електролитите вътрешна средаорганизъм. Сред най-важните функции в живия организъм е участието му в работата на много ензимни системи (включително осигуряване на мускули) в предаването на нервен импулс, в реакцията на мускулите към нервната и в промяната на активността на хормоните, което се осъществява с участието на аденилатциклаза. Човешкото тяло съдържа 1-2 килограмакалций (около 20 гза 1 килограмателесно тегло, при новородени около 9 g/kg). От общото количество калций 98-99% е в състава на костната и хрущялната тъкан под формата на карбонат, фосфат, съединения с хлор, органични киселини и други вещества. Останалата част се разпределя в меките тъкани (около 20 mgна 100 гтъкан) и извънклетъчна течност. Кръвната плазма съдържа около 2,5 mmol/lкалций (9-11 mg/100 мл) под формата на две фракции: недифундираща (комплекси с протеини) и дифундираща (йонизирана К. и комплекси с киселини). Комплексите с протеини са една от формите на отлагане на калций. Те представляват 1/3 от общото количество К. плазма. йонизираният К в кръвта е 1,33 mmol/l, комплекси с фосфати, карбонати, цитрати и аниони на други органични киселини - 0,3 mmol/l. Има обратна връзка между йонизирания К. и К. фосфат в кръвната плазма, но при рахит се наблюдава намаляване на концентрацията на двата йона, а при хиперпаратиреоидизъм - повишаване. В клетките основната част от К. се свързва с протеини и фосфолипиди клетъчни мембрании мембрани на клетъчните органели. Регулирането на трансмембранния трансфер на Ca 2+, в който участва специфично Ca 2+-зависим, се осъществява от хормоните на щитовидната жлеза (Щитовидна жлеза) и паращитовидните жлези (Паращитовидни жлези) -
паратироиден хормон и неговият антагонист калцитонин. Съдържанието на йонизиран К. в плазмата се регулира по сложен механизъм, чиито компоненти са (депо К.), черен дроб (с жлъчка) и калцитонин, както и D (1,25-диокси-холекалциферол). повишава съдържанието на К. и намалява съдържанието на К. фосфат в кръвта, действайки синергично с витамин D. Предизвиква хиперкалциемия, като повишава активността на остеокластите и засилва резорбцията, повишава реабсорбцията на К. в бъбречните тубули. При хипокалцемия паратироидният хормон се увеличава значително. , като антагонист на паратироидния хормон, с хиперкалциемия намалява съдържанието на К. в кръвта и броя на остеокластите, повишава екскрецията на К. фосфат от бъбреците. Хипофизната жлеза също участва в регулирането на метаболизма К. (вж. Хормони на хипофизата) ,
надбъбречна кора (надбъбречни жлези) .
Поддържането на хомеостатичната концентрация на К. в организма се координира от централната нервна система. (главно хипоталамо-хипофизната система (хипоталамо-хипофизната система)) и вегетативната нервна система. К. принадлежи важна роляв механизма на мускулна работа (Мускулна работа) .
Той е фактор, който позволява мускулна контракция: с увеличаване на концентрацията на йони на К. в миоплазмата, К. се прикрепя към регулаторния протеин, в резултат на което става способен да взаимодейства с миозина; свързвайки, тези два протеина се образуват и мускулът се свива. В процеса на образуване на актомиозин възниква АТФ, чиято химическа енергия осигурява извършването на механична работа и частично се разсейва под формата на топлина. Най-големият контрактилен скелет се наблюдава при концентрация на калций 10 -6 -10 -7 къртица; с намаляване на концентрацията на К. йони (по-малко от 10 -7 къртица) мускулът губи способността си за скъсяване и напрежение. Действието на К. върху тъканите се проявява в промяна в тяхната трофика, интензивността на окислително-редукционните процеси и в други реакции, свързани с образуването на енергия. Промяната в концентрацията на К. в течността около нервната клетка засяга значително нейните мембрани за калиеви йони и особено за натриеви йони (виж Биологични мембрани) ,
освен това понижаването на нивото на К. причинява повишаване на пропускливостта на мембраната за натриеви йони и повишаване на възбудимостта на неврона. Повишаването на концентрацията на К. има стабилизиращ ефект върху мембраната на нервната клетка. Установена е ролята на К. в процесите, свързани със синтеза и освобождаването на медиатори от нервните окончания (Медиатори). ,
осигуряване на синаптично предаване на нервните импулси. Източникът на К. за тялото са. Възрастен трябва да получава 800-1100 на ден с храна. mgкалций, деца под 7 години - около 1000 mg, 14-18 години - 1400г mg, бременни жени - 1500 mg,сестрински - 1800-2000г mg. Калцият, съдържащ се в хранителните продукти, е представен основно от фосфат, други съединения (карбонат, тартарат, К. оксалат и калциево-магнезиева сол на фитиновата киселина) - в много по-малки количества. Преобладаващо неразтворимите соли К. в стомаха се разтварят частично от стомашния сок, след което са изложени на действието на жлъчните киселини, които го превръщат в асимилирана форма. Това се случва главно в проксималните отдели на тънките черва. възрастен усвоява по-малко от половината от общото количество К, погълнато с храната. Усвояването на К. се увеличава по време на растеж по време на бременност и кърмене. Усвояването на К. се влияе от съотношението му с мазнини, магнезий и фосфор от храната, витамин D и други фактори. При недостатъчен прием на мазнини се създава дефицит на соли на калциеви мастни киселини, които са необходими за образуването на разтворими комплекси с жлъчни киселини. Обратно, когато се консумират прекалено мазни храни, няма достатъчно жлъчни киселини, за да ги превърнат в разтворимо състояние, така че значително количество неусвоен калций се отделя от тялото. Оптималното съотношение на К. и фосфор в храната осигурява минерализация на костите на растящия организъм. Регулатор на това съотношение е витамин D, което обяснява повишената нужда от него при децата. Методът на отделяне на К. зависи от естеството на храненето: в случай на преобладаване на киселинни продукти в диетата (месо, хляб, зърнени ястия), екскрецията на К. с урината се увеличава, а продуктите с алкална реакция (млечни продукти, плодове, зеленчуци) - с изпражнения. Дори леко повишаване на съдържанието му в кръвта води до увеличаване на отделянето на К. с урината. Излишъкът () К. или недостатъчност () от него в организма може да бъде причина или следствие от редица патологични състояния. И така, хиперкалциемията възниква при прекомерен прием на соли К., повишена абсорбция на К. в червата, намаляване на екскрецията му от бъбреците, повишена консумация на витамин D и се проявява със забавяне на растежа, анорексия, запек, жажда, полиурия , мускулна хипотония, хиперрефлексия. Продължителната хиперкалциемия развива калцификация ,
артериална, нефропатия. наблюдава се при редица заболявания, придружени от нарушение на минералния метаболизъм (виж Рахит ,
остеомалация) ,
системна костна саркоидоза и множествен миелом, болест на Иценко-Кушинг, акромегалия, хипотиреоидизъм, злокачествени тумори, особено при наличие на костни метастази, хиперпаратиреоидизъм. Хиперкалциемията обикновено придружава. Хипокалцемия, клинично проявяваща се като тетания (тетания) ,
може да се появи при хипопаратироидизъм, идиопатична тетания (спазмофилия), заболявания на стомашно-чревния тракт, хронична бъбречна недостатъчност, захарен диабет, синдром на Фанкони-Албертини, хиповитаминоза D. При дефицит на К в организма се използват К препарати за заместваща терапия. ( калциев хлорид, калциев глюконат, калциев лактат, калций, калциев карбонат). Определянето на съдържанието на К. в кръвния серум, урината и изпражненията служи като спомагателен диагностичен тест за определени заболявания. За изследване на биологични течности се използват преки и косвени методи. Индиректните методи се основават на предварително утаяване на К. с амониев оксалат, хлоранилат или пикроленат и последващо гравиметрично, титриметрично или колориметрично определяне. Директните методи включват комплексометрично титруване в присъствието на етилендиаминтетраацетат или етилен гликолтетраацетат и метални индикатори, като мурексид (метод на Грийнблат-Хартман), флуорексон, кисел хром тъмно син, калций и др., колориметрични методи, използващи ализарин, метилтимолово синьо, оловакин комплексон, глиокеал-бис-2-хидроксианил; флуориметрични методи метод на пламъчна фотометрия; атомно-абсорбционна спектрометрия (най-точният и чувствителен метод, който ви позволява да определите до 0,0001% калций); метод с помощта на йон-селективни електроди (позволява да се определи активността на калциевите йони). Съдържанието на йонизиран К. в кръвния серум може да се определи с помощта на данните) за концентрацията на общия К. и общия протеин по емпиричната формула: процент на калция, свързан с протеина = 8 () + 2 () + 3 г/100 мл. Библиография:Костюк П.Г. Калций и клетъчен, М., 1986, библиогр.; Лабораторни методи на изследване в клиниката, изд. В.В. Меншиков, с. 59, 265, М., 1987; Регулация и калциеви йони, изд. М.Д. Kursky et al., Киев, 1977; Романенко В.Д. калциев метаболизъм, Киев, 1975, библиогр. химичен елемент от група II на периодичната система D.I. Менделеев; атомен номер 20, атомна маса 40,08; има висока биологична активност; е важен компонент на системата за коагулация на кръвта; е част от костната тъкан; различни калциеви съединения се използват като лекарства.
1. Малка медицинска енциклопедия. - М.: Медицинска енциклопедия. 1991-96 2. Първо здравеопазване. - М.: Голяма руска енциклопедия. 1994 3. енциклопедичен речник медицински термини. - М.: Съветска енциклопедия. - 1982-1984.
Синоними:- (Калций), Ca, химичен елемент от група II на периодичната система, атомен номер 20, атомна маса 40,08; отнася се до алкалоземни метали; т.т. 842 shC. Съдържа се в костната тъкан на гръбначни животни, черупки на мекотели, черупки на яйца. калций ... ... Съвременна енциклопедия
Металът е сребристо бял, вискозен, ковък, бързо се окислява на въздух. Скорост на топене pa 800 810°. В природата се среща под формата на различни соли, които образуват отлагания от тебешир, варовик, мрамор, фосфорити, апатити, гипс и др. На жълт. дор… … Технически железопътен речник
- (лат. Калций) Ca, химичен елемент от група II на периодичната система, атомен номер 20, атомна маса 40,078, принадлежи към алкалоземните метали. Името е от латинското calx, генитив calcis lime. Сребристо бял метал, ... ... Голям енциклопедичен речник
- (символ Са), широко разпространен сребристо-бял метал от групата на АЛКАЛНАТА ЗЕМЯ, е изолиран за първи път през 1808 г. Намира се в много скали и минерали, особено във варовик и гипс, както и в костите. Допринася за тялото... Научно-технически енциклопедичен речник
Ca (от лат. Calx, род calcis lime *a. calcium; n. Kalzium; f. calcium; и. calcio), хим. елемент II група периодичен. системи на Менделеев, ат.с. 20, в. м. 40.08. Състои се от шест стабилни изотопа: 40Ca (96,97%), 42Ca (0,64%), ... ... Геологическа енциклопедия
КАЛЦИЙ, калций, мн.ч. не, съпруг. (от лат. calx вар) (химикал). Химическият елемент е сребристо-бял метал, открит във вар. РечникУшаков. Д.Н. Ушаков. 1935 1940... Обяснителен речник Ушаков Физическа енциклопедия
Въведение
Свойства и приложение на калция
3 Приложение
Получаване на калций
1 Електролитно производство на калций и неговите сплави
2 Термична подготовка
3 Вакуумно-термичен метод за получаване на калций
3.1 Алуминотермичен метод за редукция на калций
3.2 Силикотермичен метод за редукция на калций
Практическа част
Библиография
Въведение
Химичен елемент от група II на периодичната система на Менделеев, атомен номер 20, атомна маса 40,08; сребристо-бял лек метал. Естествен елемент е смес от шест стабилни изотопа: 40ка, 42ка, 43ка, 44ка, 46Ca и 48Ca, от които 40 е най-често срещаният Са (96,97%).
Съединенията на Ca - варовик, мрамор, гипс (както и вар - продукт на изгаряне на варовик) се използват в строителството от древни времена. До края на 18-ти век химиците смятали вар за проста субстанция. През 1789 г. А. Лавоазие предполага, че вар, магнезият, барит, алуминиев оксид и силициев диоксид са сложни вещества. През 1808 г. Г. Дейви, подлагайки смес от мокра гасена вар с живачен оксид на електролиза с живачен катод, приготвя амалгама от Са и след като изтласква живак от нея, получава метал, наречен „Калций“ (от лат. calx , род дело калцис - вар) .
Способността на калция да свързва кислород и азот направи възможно използването му за пречистване на инертни газове и като геттер (Гетерът е вещество, което служи за абсорбиране на газове и създаване на дълбок вакуум в електронните устройства.) във вакуумно радиооборудване.
Калцият се използва и в металургията на мед, никел, специални стомани и бронз; те са свързани с вредни примеси на сяра, фосфор, излишък на въглерод. За същите цели се използват калциеви сплави със силиций, литий, натрий, бор и алуминий.
В промишлеността калцият се получава по два начина:
) Чрез нагряване на брикетирана смес от CaO и Al на прах при 1200 ° C във вакуум от 0,01 - 0,02 mm. rt. Изкуство.; освободен от реакцията:
CaO + 2Al = 3CaO Al2O3 + 3Ca
Калциевите пари кондензират върху студена повърхност.
) Чрез електролиза на стопилка от CaCl2 и KCl с течен медно-калциев катод се получава сплав от Cu - Ca (65% Ca), от която се отдестилира калций при температура 950 - 1000 °C във вакуум от 0,1 - 0,001 mm Hg.
) Разработен е и метод за получаване на калций чрез термична дисоциация на калциев карбид CaC2.
Калцият е много разпространен в природата под формата на различни съединения. В земната кора той заема пето място с 3,25% и най-често се среща под формата на варовик CaCO 3, доломит CaCO 3MgCO 3, гипс CaSO 42H 2О, фосфорит Ca 3(PO 4)2 и флуоров шпат CaF 2, без да се брои значителна част от калция в състава на силикатните скали. Морската вода съдържа средно 0,04% (тегл.) калций.
В тази курсова работа се изучават свойствата и приложението на калция, както и теорията и технологията на вакуумно-термичните методи за неговото получаване.
. Свойства и приложение на калция
.1 Физични свойства
Калцият е сребристо бял метал, но потъмнява във въздуха поради образуването на оксид на повърхността му. Това е пластичен метал, по-твърд от оловото. Кристална клетка ?-форма Ca (стабилна при обикновена температура) лицево-центрирана кубична, a = 5,56 Å . Атомен радиус 1,97 Å , йонен радиус Ca 2+, 1,04Å . Плътност 1,54 g/cm 3(20°С). Над 464 °C стабилен шестоъгълник ?-формата. т.т. 851°С, tbp 1482°С; температурен коефициент на линейно разширение 22 10 -6 (0-300°С); топлопроводимост при 20 °C 125,6 W/(m K) или 0,3 cal/(cm s °C); специфичен топлинен капацитет (0-100 °C) 623,9 j/(kg K) или 0,149 cal/(g °C); електрическо съпротивление при 20 °C 4,6 10 -8ohm m или 4,6 10 -6 ом см; температурен коефициент на електрическо съпротивление 4,57 10-3 (20 °C). Модул на еластичност 26 Gn/m 2(2600 kgf/mm 2); якост на опън 60 MN/m 2(6 kgf/mm 2); граница на еластичност 4 MN/m 2(0,4 kgf/mm 2), граница на провлачване 38 MN/m 2(3,8 kgf/mm 2); удължение 50%; Твърдост по Бринел 200-300 MN/m 2(20-30 kgf/mm 2). Калцият с достатъчно висока чистота е пластичен, добре пресован, валцуван и може да се обработва.
1.2 Химични свойства
Калцият е активен метал. Така че при нормални условия, той лесно взаимодейства с атмосферен кислород и халогени:
Ca + O 2= 2 CaO (калциев оксид) (1)
Ca + Br 2= CaBr 2(калциев бромид). (2)
С водород, азот, сяра, фосфор, въглерод и други неметали, калцият реагира при нагряване:
Ca + H 2= CaH 2(калциев хидрид) (3)
Ca + N 2= около 3н 2(калциев нитрид) (4)
Ca + S = CaS (калциев сулфид) (5)
Ca + 2 P \u003d Ca 3Р 2(калциев фосфид) (6)
Ca + 2 C \u003d CaC 2 (калциев карбид) (7)
Калцият взаимодейства бавно със студена вода и много енергично с гореща вода, давайки силна основа Ca (OH) 2 :
Ca + 2 H 2O = Ca (OH) 2 + H 2 (8)
Като енергичен редуциращ агент, калцият може да отнеме кислород или халогени от оксиди и халогениди на по-малко активни метали, т.е. има редуциращи свойства:
Ca + Nb 2O5 = CaO + 2 Nb; (девет)
Ca + 2 NbCl 5= 5 CaCl2 + 2 Nb (10)
Калцият реагира енергично с киселини с отделяне на водород, реагира с халогени, със сух водород, за да образува CaH хидрид 2. Когато калцият се нагрява с графит, се образува CaC карбид 2. Калцият се получава чрез електролиза на разтопен CaCl 2или алуминотермична редукция във вакуум:
6СаО + 2Al = 3Ca + 3CaO Al2 ОТНОСНО 3 (11)
Чистият метал се използва за редуциране на съединения на Cs, Rb, Cr, V, Zr, Th, U до метали, за деоксидиране на стомана.
1.3 Приложение
Калцият се използва все по-често в различни индустрии. Напоследък придоби голямо значение като редуциращ агент при производството на редица метали.
Чист метал. Уранът се получава чрез редуциране на уранов флуорид с метален калций. Титанови оксиди, както и оксиди на цирконий, торий, тантал, ниобий и други редки метали могат да бъдат редуцирани с калций или неговите хидриди.
Калцият е добър деоксидант и дегазатор при производството на мед, никел, хром-никелови сплави, специални стомани, никелови и калаени бронзи; премахва сярата, фосфора, въглерода от метали и сплави.
Калцият образува огнеупорни съединения с бисмут, така че се използва за пречистване на олово от бисмут.
Калцият се добавя към различни леки сплави. Допринася за подобряване на повърхността на слитъците, фината и намаляване на окислимостта.
Лагерните сплави, съдържащи калций, са широко използвани. За направата на кабелни обвивки могат да се използват оловни сплави (0,04% Ca).
Антифрикционните сплави на калций с олово се използват в инженерството. Калциевите минерали са широко използвани. И така, варовик се използва в производството на вар, цимент, силикатни тухли и директно като строителен материал, в металургията (флюс), в химическа индустрияза производство на калциев карбид, сода, сода каустик, белина, торове, при производството на захар, стъкло.
Практическо значение имат тебешир, мрамор, исландски шпат, гипс, флуорит и др. Поради способността си да свързват кислород и азот, калций или калциеви сплави с натрий и други метали се използват за пречистване на благородни газове и като геттер във вакуумно радиооборудване. Калцият се използва и за производство на хидрид, който е източник на водород в полето.
2. Получаване на калций
Има няколко начина за получаване на калций, те са електролитен, термичен, вакуумно термичен.
.1 Електролитно производство на калций и неговите сплави
Същността на метода се крие във факта, че катодът първоначално докосва разтопения електролит. В точката на контакт се образува течна капка метал, която навлажнява катода, която при бавно и равномерно повдигане на катода се отстранява от стопилката с нея и се втвърдява. В този случай втвърдяващата се капка е покрита с твърд филм от електролит, който предпазва метала от окисляване и азотиране. Чрез непрекъснато и внимателно повдигане на катода, калцият се изтегля в пръчките.
2.2 Термична подготовка
калций химичен електролитен термичен
· Хлориден процес: технологията се състои от топене и дехидратиране на калциев хлорид, топене на олово, получаване на двойна сплав олово - натрий, получаване на тройна сплав олово - натрий - калций и разреждане на тройната сплав с олово след отстраняване на соли. Реакцията с калциев хлорид протича съгласно уравнението
CaCl 2 + Na 2Pb 5=2NaCl + PbCa + 2Pb (12)
· Карбиден процес: основата за получаване на оловно-калциева сплав е реакцията между калциев карбид и разтопено олово според уравнението
CaC 2+ 3Pb = Pb3 Ca+2C. (13)
2.3 Вакуумно-термичен метод за получаване на калций
Суровина за вакуумен термичен процес
Суровината за термична редукция на калциев оксид е вар, получен чрез изпичане на варовик. Основните изисквания към суровините са следните: вар трябва да е възможно най-чист и да съдържа минимум примеси, които могат да бъдат редуцирани и превърнати в метал заедно с калций, особено алкални метали и магнезий. Калцинирането на варовика трябва да се извършва до пълното разлагане на карбоната, но не и преди да бъде синтерован, тъй като редуцируемостта на синтерования материал е по-ниска. Изпеченият продукт трябва да бъде защитен от абсорбция на влага и въглероден диоксид, чието отделяне по време на възстановяване намалява ефективността на процеса. Технологията на изгаряне на варовик и обработка на изгорения продукт е подобна на обработката на доломит за силикотермичния метод за получаване на магнезий.
.3.1 Алуминотермичен метод за редукция на калций
Диаграмата на температурната зависимост на изменението на свободната енергия на окисление на редица метали (фиг. 1) показва, че калциевият оксид е един от най-трайните и трудно редуцируеми оксиди. Той не може да бъде редуциран от други метали по обичайния начин - при относително ниска температура и атмосферно налягане. Напротив, самият калций е отличен редуциращ агент за други трудно редуцируеми съединения и деоксидиращ агент за много метали и сплави. Редуцирането на калциевия оксид с въглерод обикновено е невъзможно поради образуването на калциеви карбиди. Въпреки това, поради факта, че калцият има относително високо налягане на парите, неговият оксид може да бъде редуциран във вакуум с алуминий, силиций или техните сплави според реакцията
CaO + аз? Ca + MeO (14).
Практическа употребаДосега той е открил само алуминотермичен метод за получаване на калций, тъй като е много по-лесно да се намали CaO с алуминий, отколкото със силиций. Има различни възгледи за химията на редукцията на калциевия оксид с алуминий. L. Pidgeon и I. Atkinson смятат, че реакцията протича с образуването на калциев моноалуминат:
CaO + 2Al = CaO Al 2O3 + 3Ca. (15)
V. A. Pazukhin и A. Ya. Fisher посочват, че процесът протича с образуването на трикалциев алуминат:
CaO + 2Al = 3CaO Al 20 3+ 3Ca. (16)
Според A. I. Voynitsky, образуването на пентациев триалуминат е преобладаващо в реакцията:
CaO + 6Al = 5CaO 3Al 2O3 + 9Ca. (17)
Последните изследвания на А. Ю. Тайтс и А. И. Войницки установяват, че алуминотермичната редукция на калция протича поетапно. Първоначално освобождаването на калций е придружено от образуването на 3CaO AI 2О 3, който след това реагира с калциев оксид и алуминий, за да образува 3CaO 3AI 2О 3. Реакцията протича по следната схема:
CaO + 6Al = 2 (3CaO Al 2О 3)+ 2CaO + 2Al + 6Ca
(3CaO Al 2О 3) + 2CaO + 2Al = 5CaO 3Al 20 3+ 3Са
CaO + 6A1 \u003d 5CaO 3Al 20 3+ 9Ca
Тъй като редукцията на оксида настъпва с отделянето на пара калций, а останалите продукти от реакцията са в кондензирано състояние, е възможно лесно да се отдели и кондензира в охладените секции на пещта. Основните условия, необходими за вакуумно-термичната редукция на калциевия оксид са висока температура и ниско остатъчно налягане в системата. Връзката между температурата и равновесното налягане на парата на калция е дадена по-долу. Свободната енергия на реакцията (17), изчислена за температури 1124-1728°К, се изразява като
Ф т \u003d 184820 + 6,95T-12,1 T lg T.
Оттук и логаритмичната зависимост на равновесната еластичност на калциевите пари (mm Hg)
Lg p \u003d 3,59 - 4430 \ T.
L. Pidgeon и I. Atkinson определят експериментално равновесното налягане на парите на калция. Подробен термодинамичен анализ на реакцията на редукция на калциев оксид с алуминий е извършен от I. I. Matveenko, който дава следните температурни зависимости на равновесното налягане на калциевите пари:
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
Изчислените и експерименталните данни са сравнени в табл. един.
Таблица 1 - Ефектът на температурата върху изменението на равновесната еластичност на калциевите пари в системи (1), (2), (3), (3), mm Hg.
Температура °С Експериментални данни Изчислени в системи(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
От дадените данни се вижда, че взаимодействията в системи (2) и (3) или (3") са при най-благоприятни условия. Това съответства на наблюденията, тъй като в остатъците от заряда преобладават пентакалциев триалуминат и трикалциев алуминат след редукция на калциев оксид с алуминий.
Данните за равновесната еластичност показват, че редуцирането на калциевия оксид с алуминий е възможно при температура 1100–1150 ° C. За да се постигне практически приемлива скорост на реакцията, остатъчното налягане в системата за растеж трябва да бъде под равновесното P равно на , т. е. неравенството Р равно на > П ост , а процесът трябва да се проведе при температури от порядъка на 1200°. Проучванията установяват, че при температура 1200-1250° се постига високо използване (до 70-75%) и ниска специфична консумация на алуминий (около 0,6-0,65 кг на кг калций).
Според горната интерпретация на химията на процеса, оптималният състав е сместа, предназначена за образуване на 5CaO 3Al в остатъка 2О 3. За да се увеличи степента на използване на алуминия, е полезно да се даде известен излишък от калциев оксид, но не твърде много (10-20%), в противен случай това ще повлияе неблагоприятно на други показатели на процеса. С увеличаване на степента на смилане на алуминия от частици от 0,8-0,2 mm до минус 0,07 mm (според V. A. Pazukhin и A. Ya. Fisher), използването на алуминий в реакцията се увеличава от 63,7 на 78%.
Използването на алуминий също се влияе от режима на брикетиране на шихта. Смес от вар и алуминиев прах трябва да се брикетира без свързващи вещества (за да се избегне отделяне на газ във вакуум) при налягане 150 kg/cm 2. При по-ниски налягания употребата на алуминий намалява поради сегрегацията на стопен алуминий в прекалено порьозни брикети, а при по-високи налягания поради лоша газопропускливост. Пълнотата и скоростта на възстановяване също зависят от плътността на опаковане на брикетите в ретортата. При полагането им без празнини, когато газопропускливостта на целия заряд е ниска, използването на алуминий е значително намалено.
Фигура 2 - Схема за получаване на калций чрез вакуум-термичен метод.
Технология на алуминотермичен начин
Технологичната схема за производство на калций по алуминотермичен метод е показана на фиг. 2. Като суровина се използва варовик, а като редуциращ агент се използва алуминиев прах, приготвен от първичен (по-добър) или вторичен алуминий. Алуминият, използван като редуциращ агент, както и суровините, не трябва да съдържат примеси от лесно летливи метали: магнезий, цинк, алкали и др., способни да се изпаряват и превръщат в кондензат. Това трябва да се има предвид при избора на рециклиран алуминий.
Според описанието на S. Loomis и P. Staub, в САЩ, в завода New England Lime Co. в Канаан (Кънектикът), калцият се получава по алуминотермичен метод. Използва се вар със следния типичен състав, %: 97,5 CaO, 0,65 MgO, 0,7 SiO 2, 0,6 Fe 2Oz + AlOz, 0,09 Na 2О+К 2О, останалите 0,5. Калцинираният продукт се смила в мелница Raymond с центробежен сепаратор, фината на смилане е (60%) минус 200 меша. Като редуциращ агент се използва алуминиев прах, който е отпадък при производството на алуминиев прах. Изгорена вар от затворени бункери и алуминий от барабани се подават към дозиращите везни и след това към смесителя. След смесването сместа се брикетира на сух начин. В споменатия завод калцият се редуцира в ретортни пещи, които преди са били използвани за получаване на магнезий по силикотермичен метод (фиг. 3). Пещите се отопляват с генераторен газ. Всяка пещ има 20 хоризонтални реторти, изработени от огнеупорна стомана, съдържаща 28% Cr и 15% Ni.
Фигура 3 - Ретортна пещ за производство на калций
Дължина на ретортата 3 м, диаметър 254 мм, дебелина на стената 28 мм. В нагрятата част на ретортата настъпва редукция, а в охладения край, излизащ от речта, се получава кондензация. Брикетите се въвеждат в ретортата в хартиени торби, след това се поставят кондензаторите и ретортата се затваря. Въздухът се изпомпва от механични вакуумни помпи в началото на цикъла. След това дифузионните помпи се свързват и остатъчното налягане се намалява до 20 микрона.
Ретортите се нагряват до 1200°. След 12 часа. след натоварване ретортите се отварят и разтоварват. Полученият калций има формата на кух цилиндър от плътна маса от големи кристали, отложени върху повърхността на стоманен ръкав. Основният примес в калция е магнезият, който се редуцира на първо място и се концентрира основно в слоя, прилежащ към ръкава. Средното съдържание на примеси е; 0,5-1% Mg, около 0,2% Al, 0,005-0,02% Mn, до 0,02% N, други примеси - Cu, Pb, Zn, Ni, Si, Fe - се намират в диапазона 0,005-0,04%. А. Ю. Тайтс и А. И. Войницки използваха полузаводска електрическа вакуумна пещ с въглищни нагреватели за получаване на калций по алуминотермичен метод и постигнаха степен на използване на алуминий от 60%, специфичен разход на алуминий от 0,78 kg, специфичен разход на заряд от 4,35 кг, съответно, и специфична консумация на електроенергия 14 kWh на 1 кг метал.
Полученият метал, с изключение на магнезиевия примес, се отличава с относително висока чистота. Средно съдържанието на примеси в него е: 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 Метод на силикотермична редукция калций
Силикотермичният метод е много изкушаващ; редуциращият агент е феросилиций, реактивът е много по-евтин от алуминия. Силикотермичният процес обаче е по-труден за изпълнение от алуминотермичния. Редукцията на калциевия оксид със силиций протича съгласно уравнението
CaO + Si = 2CaO SiO2 + 2Ca. (осемнадесет)
Равновесната еластичност на калциевите пари, изчислена от стойностите на свободната енергия, е:
°С1300140015001600Р, mm Hg st0.080.150.752.05
Следователно във вакуум от порядъка на 0,01 mm Hg. Изкуство. намаляването на калциевия оксид е термодинамично възможно при температура от 1300°. На практика, за да се осигури приемлива скорост, процесът трябва да се извършва при температура 1400-1500°.
Реакцията на редукция на калциев оксид със силикоалуминий протича малко по-лесно, при което както алуминият, така и силицийът от сплавта служат като редуциращи агенти. Експериментално е установено, че в началото преобладава редукцията с алуминий; освен това, реакцията протича с окончателно образуване на bCaO 3Al 2Oz по схемата, описана по-горе (фиг. 1). Намаляването на силиция става значително при по-високи температури, когато по-голямата част от алуминия е реагирала; реакцията протича с образуването на 2CaO SiO 2. В обобщена форма, реакцията на редукция на калциев оксид със силикоалуминий се изразява със следното уравнение:
mSi + n Al + (4m +2 ?) CaO \u003d m (2CaO SiO 2) + ?n(5CaO Al 2O3 ) + (2m +1, 5n) Ca.
Изследвания на A. Yu. Taits и A. I. Voinitsky установяват, че калциевият оксид се редуцира с 75% феросилиций с добив на метал 50-75% при температура 1400-1450 ° във вакуум от 0,01-0,03 mm Hg. Изкуство.; силикоалуминий, съдържащ 60-30% Si и 32-58% Al (останалото е желязо, титан и др.) намалява калциевия оксид с добив на метал приблизително 70% при температури 1350-1400 ° във вакуум от 0,01-0,05 mm Hg . Изкуство. Експерименти в полузаводски мащаб доказаха фундаменталната възможност за получаване на калций върху вар с феросилиций и силикоалуминий. Основната хардуерна трудност е изборът на подплата, която е устойчива на този процес.
При решаването на този проблем методът може да бъде приложен в индустрията. Разлагане на калциев карбид Производство на метален калций чрез разлагане на калциев карбид
CaC2 = Ca + 2C
трябва да се разглежда като обещаващо. В този случай като втори продукт се получава графит. W. Mauderly, E. Moser и W. Treadwell изчислени безплатна енергияобразуване на калциев карбид от термохимични данни, получихме следния израз за налягането на парите на калция спрямо чистия калциев карбид:
ок \u003d 1,35 - 4505 \ T (1124 - 1712 ° K),
lgp ок \u003d 6,62 - 13523 \ T (1712-2000 ° K).
Очевидно търговският калциев карбид се разлага при много по-високи температури, отколкото следва от тези изрази. Същите автори съобщават за термично разлагане на калциев карбид в компактни парчета при 1600-1800°C във вакуум от 1 mm Hg. Изкуство. Добивът на графит е 94%, калций се получава под формата на плътно покритие върху хладилника. A. S. Mikulinsky, F. S. Morii, R. Sh. Shklyar за определяне на свойствата на графита, получен чрез разлагане на калциев карбид, последният се нагрява във вакуум от 0,3-1 mm Hg. Изкуство. при температура 1630-1750°. Полученият графит се различава от Acheson с по-големи зърна, по-висока електрическа проводимост и по-ниска насипна плътност.
3. Практическа част
Ежедневният изтичане на магнезий от електролизатора за ток от 100 kA е 960 kg, когато банята се захранва с магнезиев хлорид. Напрежението на клетъчния шут е 0,6 V. Определете:
)Токов изход на катода;
)Количеството хлор, получено на ден, при условие, че токовият изход на анода е равен на токовия изход в кода;
)Ежедневно пълнене с MgCl 2в електролизатора, при условие че загубата на MgCl 2 възникват главно с утайка и сублимация. Количество утайка 0,1 на 1 тон Mg, съдържащ MgCl 2 при сублимация 50%. Количеството на сублимация е 0,05 t на 1 t Mg. Състав на излятия магнезиев хлорид, %: 92 MgCl2 и 8 NaCl.
.Определете изходния ток на катода:
м и т.н =аз ?k mg · ?
?=m и т.н \I ?к mg \u003d 960000\100000 0,454 24 \u003d 0,881 или 88,1%
.Определете количеството Cl, получено на ден:
x = 960000 g \ 24 g \ mol \u003d 40 000 mol
Преобразуване в обем:
х=126785,7 m3
3.а) Откриваме чист MgCl 2, за производство на 960 кг Mg.
x \u003d 95 960 \ 24,3 \u003d 3753 кг \u003d 37,53 тона.
б) загуби с утайка. От състава на магнезиевите електролизатори, %: 20-35 MgO, 2-5 Mg, 2-6 Fe, 2-4 SiO 2, 0,8-2 TiO 20,4-1,0°С, 35 MgCl2 .
кг - 1000 кг
м shl \u003d 960 kg - маса на утайката на ден.
На ден 96 кг утайка: 96 0,35 (MgCl2 с утайка).
в) загуби със сублимати:
кг - 1000 кг
kg сублимира: 48 0,5 = 24 kg MgCl 2 със сублимати.
Всичко, което трябва да попълните Mg:
33,6+24=3810,6 kg MgCl2 на ден
Библиография
Основи на металургията III
<#"justify">металургия на Al и Mg. Ветюков М.М., Циплоков А.М.
Обучение
Имате нужда от помощ при изучаването на тема?
Нашите експерти ще съветват или предоставят уроци по теми, които ви интересуват.
Подайте заявлениекато посочите темата в момента, за да разберете за възможността за получаване на консултация.
