فلز کلسیم یا نه کلسیم در طبیعت (3.4٪ در پوسته زمین)

کلسیم عنصری از زیرگروه اصلی گروه دوم، دوره چهارم سیستم تناوبی عناصر شیمیایی با عدد اتمی 20 است که با نماد Ca (لاتین کلسیم) مشخص می شود. ماده ساده کلسیم (شماره CAS: 7440-70-2) یک فلز خاکی قلیایی نرم و واکنش پذیر به رنگ سفید نقره ای است.

تاریخچه و ریشه نام

نام عنصر از lat آمده است. calx (کلسیس جنسی) - "آهک"، "سنگ نرم". توسط همفری دیوی شیمیدان انگلیسی پیشنهاد شد که در سال 1808 کلسیم فلزی را با روش الکترولیتی جدا کرد. دیوی مخلوطی از آهک خشک شده مرطوب را با اکسید جیوه HgO روی یک صفحه پلاتین که به عنوان آند عمل می کرد، الکترولیز کرد. یک سیم پلاتین غوطه ور در جیوه مایع به عنوان کاتد عمل می کرد. در نتیجه الکترولیز، یک آمالگام کلسیم به دست آمد. دیوی با بیرون راندن جیوه از آن، فلزی به نام کلسیم به دست آورد.
ترکیبات کلسیم - سنگ آهک، سنگ مرمر، گچ (و همچنین آهک - محصول پخت سنگ آهک) چندین هزار سال پیش در صنعت ساختمان سازی استفاده شده است. تا پایان قرن هجدهم شیمیدانان آهک را جسمی ساده می دانستند. در سال 1789 A. Lavoisier پیشنهاد کرد که آهک، منیزیم، باریت، آلومینا و سیلیس مواد پیچیده ای هستند.

در حال دریافت

کلسیم فلزی آزاد از طریق الکترولیز مذاب متشکل از CaCl 2 (75-80٪) و KCl یا از CaCl 2 و CaF 2 و همچنین کاهش آلومینوگرمیک CaO در دمای 1170-1200 درجه سانتیگراد به دست می آید.
4CaO + 2Al → CaAl 2 O 4 + 3Ca.

مشخصات فیزیکی

فلز کلسیم در دو تغییر آلوتروپیک وجود دارد. تا دمای 443 درجه سانتیگراد، α-Ca با یک شبکه مکعبی وجه محور پایدار است (پارامتر a = 0.558 نانومتر)، بالاتر از آن، β-Ca پایدار با یک شبکه مرکزی بدنه مکعبی از نوع α-Fe است (پارامتر a = 0.448 نانومتر). آنتالپی استاندارد ΔH 0 انتقال α → β 0.93 کیلوژول بر مول است.
با افزایش تدریجی فشار، شروع به نشان دادن خواص نیمه هادی می کند، اما به معنای کامل کلمه به نیمه هادی تبدیل نمی شود (دیگر فلز هم نیست). با افزایش بیشتر فشار، به حالت فلزی باز می گردد و شروع به نشان دادن خواص ابررسانایی می کند (دمای ابررسانا شش برابر بیشتر از جیوه است و از نظر رسانایی بسیار بالاتر از سایر عناصر است). رفتار منحصر به فرد کلسیم از بسیاری جهات شبیه به استرانسیوم است (یعنی موازی های جدول تناوبی حفظ می شوند).

خواص شیمیایی

کلسیم یک فلز خاکی قلیایی معمولی است. فعالیت شیمیایی کلسیم زیاد است، اما کمتر از سایر فلزات قلیایی خاکی است. به راحتی با اکسیژن، دی اکسید کربن و رطوبت موجود در هوا برهمکنش می‌کند، که باعث می‌شود سطح کلسیم فلزی معمولاً خاکستری تیره شود، بنابراین در آزمایشگاه، کلسیم معمولاً مانند سایر فلزات قلیایی خاکی در یک شیشه محکم در بسته زیر لایه‌ای از نفت سفید ذخیره می‌شود. یا پارافین مایع

کلسیم یک عنصر شیمیایی گروه دوم با عدد اتمی 20 در جدول تناوبی است که با نماد Ca (لاتین کلسیم) نشان داده می شود. کلسیم یک فلز خاکی قلیایی خاکستری مایل به نقره ای نرم است.

20 عنصر جدول تناوبی نام عنصر از lat آمده است. calx (کلسیس جنسی) - "آهک"، "سنگ نرم". توسط همفری دیوی شیمیدان انگلیسی پیشنهاد شد که کلسیم فلزی را در سال 1808 جدا کرد.
ترکیبات کلسیم - سنگ آهک، سنگ مرمر، گچ (و همچنین آهک - محصول پخت سنگ آهک) برای چندین هزار سال در صنعت ساختمان استفاده می شود.
کلسیم یکی از فراوان ترین عناصر روی زمین است. ترکیبات کلسیم تقریباً در تمام بافت های حیوانی و گیاهی یافت می شود. 3.38 درصد از جرم پوسته زمین (پنجمین پس از اکسیژن، سیلیکون، آلومینیوم و آهن از نظر فراوانی) تشکیل شده است.

یافتن کلسیم در طبیعت

به دلیل فعالیت شیمیایی بالا، کلسیم آزاد در طبیعت یافت نمی شود.
کلسیم 3.38 درصد از جرم پوسته زمین را تشکیل می دهد (پنجمین پس از اکسیژن، سیلیکون، آلومینیوم و آهن از نظر فراوانی). محتوای این عنصر در آب دریا 400 میلی گرم در لیتر است.

ایزوتوپ ها

کلسیم به طور طبیعی به شکل مخلوطی از شش ایزوتوپ وجود دارد: 40Ca، 42Ca، 43Ca، 44Ca، 46Ca و 48Ca، که در میان آنها رایج ترین - 40Ca - 96.97٪ است. هسته های کلسیم حاوی تعداد جادویی پروتون ها هستند: Z = 20. ایزوتوپ ها
40
20
Ca20 و
48
20
Ca28 دو هسته از پنج هسته طبیعی با دو برابر عدد جادویی است.
از شش ایزوتوپ طبیعی کلسیم، پنج ایزوتوپ پایدار هستند. ششمین ایزوتوپ 48Ca، سنگین‌ترین ایزوتوپ در بین شش ایزوتوپ و بسیار نادر (فراوانی ایزوتوپی آن تنها 0.187 درصد است)، با نیمه عمر 1.6 × 1017 سال دچار فروپاشی بتا مضاعف می‌شود.

در سنگ ها و کانی ها

بیشتر کلسیم در سیلیکات ها و آلومینوسیلیکات های سنگ های مختلف (گرانیت ها، گنیس ها و غیره) به ویژه در فلدسپات - آنورتیت کلسیم موجود است.
در قالب سنگ های رسوبی، ترکیبات کلسیم توسط گچ و سنگ آهک نشان داده می شود که عمدتا از کلسیت معدنی (CaCO3) تشکیل شده است. شکل کریستالی کلسیت - مرمر - در طبیعت بسیار کمتر رایج است.
مواد معدنی کلسیم مانند کلسیت CaCO3، انیدریت CaSO4، آلاباستر CaSO4 0.5H2O و گچ CaSO4 2H2O، فلوریت CaF2، آپاتیت Ca5 (PO4) 3 (F، Cl، OH)، دولومیت MgCO3 CaCO3 بسیار گسترده هستند. وجود نمک های کلسیم و منیزیم در آب طبیعی سختی آن را تعیین می کند.
کلسیم که به شدت در پوسته زمین مهاجرت می کند و در سیستم های مختلف ژئوشیمیایی انباشته می شود، 385 ماده معدنی را تشکیل می دهد (چهارمین ماده معدنی).

نقش بیولوژیکی کلسیم

کلسیم یک درشت مغذی رایج در گیاهان، حیوانات و انسان است. در انسان و سایر مهره داران، بیشتر آن در اسکلت و دندان ها یافت می شود. استخوان ها حاوی کلسیم به شکل هیدروکسی آپاتیت هستند. "اسکلت" اکثر گروه های بی مهرگان (اسفنج ها، پولیپ های مرجانی، نرم تنان و غیره) از اشکال مختلف کربنات کلسیم (آهک) تشکیل شده است. یون های کلسیم در فرآیندهای انعقاد خون نقش دارند و همچنین به عنوان یکی از پیام رسان های ثانویه جهانی در سلول ها عمل می کنند و انواع فرآیندهای درون سلولی - انقباض عضلانی، اگزوسیتوز، از جمله ترشح هورمون ها و انتقال دهنده های عصبی را تنظیم می کنند. غلظت کلسیم در سیتوپلاسم سلول های انسانی حدود 10-4 میلی مول در لیتر، در مایعات بین سلولی حدود 2.5 میلی مول در لیتر است.

نیاز به کلسیم به سن بستگی دارد. برای بزرگسالان 19 تا 50 سال و کودکان 4 تا 8 سال، نیاز روزانه (RDA) 1000 میلی گرم (حاوی در حدود 790 میلی لیتر شیر با محتوای 1 درصد چربی) و برای کودکان 9-18 سال با احتساب است. - 1300 میلی گرم در روز (حاوی تقریباً 1030 میلی لیتر شیر با محتوای چربی 1٪). در نوجوانی مصرف مقادیر کافی کلسیم به دلیل رشد شدید اسکلت بسیار مهم است. با این حال، طبق تحقیقات در ایالات متحده، تنها 11٪ از دختران و 31٪ از پسران 12-19 ساله نیازهای خود را برآورده می کنند. در یک رژیم غذایی متعادل، بیشتر کلسیم (حدود 80 درصد) با لبنیات وارد بدن کودک می شود. کلسیم باقیمانده در غلات (از جمله نان غلات کامل و گندم سیاه)، حبوبات، پرتقال، گیاهان دارویی و مغزها یافت می شود. در محصولات لبنی مبتنی بر چربی شیر (کره، خامه، خامه ترش، بستنی بر اساس خامه)، کلسیم عملاً رایگان است. هر چه چربی شیر در یک محصول لبنی بیشتر باشد، کلسیم آن کمتر است. جذب کلسیم در روده به دو صورت خارج سلولی (ترانس سلولی) و بین سلولی (پارسلولی) انجام می شود. مکانیسم اول توسط عمل فرم فعال ویتامین D (کلسیتریول) و گیرنده های روده ای آن انجام می شود. نقش مهمی در مصرف کم تا متوسط ​​کلسیم دارد. با محتوای کلسیم بالاتر در رژیم غذایی، جذب بین سلولی شروع به ایفای نقش اصلی می کند که با گرادیان زیادی از غلظت کلسیم همراه است. با توجه به مکانیسم بین سلولی، کلسیم به میزان بیشتری در دوازدهه جذب می شود (به دلیل بالاترین غلظت گیرنده ها در کلسیتریول در آنجا). به دلیل انتقال غیرفعال بین سلولی، جذب کلسیم در هر سه قسمت روده کوچک فعال تر است. جذب کلسیم به صورت پاراسلولی توسط لاکتوز (قند شیر) افزایش می یابد.

برخی از چربی های حیوانی (از جمله چربی شیر گاو و پیه گاو، اما نه گوشت خوک) و روغن پالم در جذب کلسیم اختلال ایجاد می کنند. اسیدهای چرب پالمتیک و استئاریک موجود در چنین چربی‌هایی در طول هضم در روده جدا می‌شوند و به شکل آزاد، محکم به کلسیم متصل می‌شوند و پالمیتات کلسیم و استئارات کلسیم (صابون‌های نامحلول) را تشکیل می‌دهند. در قالب این صابون، هم کلسیم و هم چربی در مدفوع از بین می رود. این مکانیسم مسئول کاهش جذب کلسیم، کاهش معدنی شدن استخوان و کاهش شاخص‌های غیرمستقیم استحکام استخوان در نوزادان هنگام استفاده از شیر خشک بر پایه روغن نخل (پالم اولئین) است. در این کودکان، تشکیل صابون های کلسیمی در روده ها با ضخیم شدن مدفوع، کاهش دفعات آن و همچنین نارسایی مکرر و قولنج همراه است.

به دلیل اهمیت آن برای تعداد زیادی از فرآیندهای حیاتی، غلظت کلسیم در خون دقیقاً تنظیم می شود و با تغذیه مناسب و مصرف کافی لبنیات کم چرب و کمبود ویتامین D رخ نمی دهد. کمبود طولانی مدت کلسیم و/یا ویتامین D در رژیم غذایی خطر ابتلا به پوکی استخوان را افزایش می دهد و باعث راشیتیسم در دوران نوزادی می شود.

دوزهای بیش از حد کلسیم و ویتامین D می تواند باعث هیپرکلسمی شود. حداکثر دوز بی خطر برای بزرگسالان 19 تا 50 ساله، 2500 میلی گرم در روز (حدود 340 گرم پنیر ادام) است.

رسانایی گرمایی

کلسیم در طبیعت به شکل ترکیبات مختلف فراوان است. در پوسته زمین، با 3.25 درصد در رتبه پنجم قرار دارد و اغلب به شکل سنگ آهک CaCO3، دولومیت CaCO3 * MgCO3، گچ CaSO4 * 2H2O، فسفوریت Ca3 (PO4) 2 و فلورسپار CaF2 یافت می شود. نسبت کلسیم در ترکیب سنگ های سیلیکات. آب دریا به طور متوسط ​​حاوی 0.04٪ (وزن / وزن) کلسیم است

خواص فیزیکی و شیمیایی کلسیم

کلسیم در زیر گروه فلزات قلیایی خاکی گروه دوم جدول تناوبی عناصر قرار دارد. شماره سریال 20، وزن اتمی 40.08، ظرفیت 2، حجم اتمی 25.9. ایزوتوپ های کلسیم: 40 (97%)، 42 (0.64%)، 43 (0.15%)، 44 (2.06%)، 46 (0 003%)، 48 (0.185%). ساختار الکترونیکی اتم کلسیم: 1s2، 2s2p6، 3s2p6، 4s2. شعاع اتم 1.97 A، شعاع یون 1.06 A است. بلورهای کلسیم تا 300 درجه به شکل مکعب با وجوه مرکزی و اندازه ضلع 5.53 A هستند، بالای 450 درجه شش ضلعی هستند. وزن مخصوص کلسیم 1.542، نقطه ذوب 851 درجه، نقطه جوش 1487 درجه، گرمای همجوشی 2.23 کیلو کالری در مولار، گرمای تبخیر 36.58 کیلو کالری در مول است. ظرفیت گرمایی اتمی کلسیم جامد Cp = 5.24 + 3.50 * 10v-3 T برای 298-673 ° K و Cp = 6.29 + 1.40 * 10v-3T برای 673-1124 ° K. برای کلسیم مایع Cp = 7.63. آنتروپی کلسیم جامد 1±9.95، گازی در 0.01 ± 37.00 درجه 25.
فشار بخار کلسیم جامد توسط Yu.A. پریسلکوف و A.N. نسمیانوف، پی داگلاس و دی. تاملین. مقادیر کشسانی بخار کلسیم اشباع در جدول آورده شده است. 1.

از نظر هدایت حرارتی، کلسیم به سدیم و پتاسیم نزدیک می شود، در دمای 20-100 درجه ضریب انبساط خطی 25 * 10v-6 است، در 20 درجه مقاومت الکتریکی 3.43 μ اهم / سانتی متر مکعب است، از 0 تا 100 درجه ضریب دمایی مقاومت الکتریکی 0.0036 است. معادل الکتروشیمیایی 0.74745 g / a * h است. استحکام کششی کلسیم 4.4 کیلوگرم بر میلی متر مربع، سختی برینل 13، ازدیاد طول 53 درصد و انقباض نسبی 62 درصد است.
کلسیم دارای رنگ سفید مایل به نقره ای است که در شکستگی می درخشد. در هوا، فلز با یک لایه نازک خاکستری مایل به آبی از نیترید، اکسید و تا حدی پراکسید کلسیم پوشیده شده است. کلسیم انعطاف پذیر و قابل جعل است. می توان آن را روی تراش پردازش کرد، سوراخ کرد، برش داد، اره کرد، پرس کرد، کشید و غیره.
در سری ولتاژها، کلسیم در میان الکترونگاتیوترین فلزات قرار دارد که فعالیت شیمیایی بالای آن را توضیح می دهد. در دمای اتاق، کلسیم با هوای خشک واکنش نمی دهد، در دمای 300 درجه و بالاتر به شدت اکسید می شود، با حرارت قوی با شعله نارنجی مایل به قرمز روشن می سوزد. در هوای مرطوب، کلسیم به تدریج اکسید می شود و به هیدروکسید تبدیل می شود. با آب سرد نسبتاً آهسته واکنش می دهد، اما به شدت هیدروژن را از آب گرم جابجا می کند و هیدروکسید تشکیل می دهد.
نیتروژن در دمای 300 درجه به طور قابل توجهی با کلسیم و در دمای 900 درجه بسیار شدید با تشکیل نیترید Ca3N2 واکنش می دهد. با هیدروژن در دمای 400 درجه، کلسیم هیدرید CaH2 را تشکیل می دهد. با هالوژن های خشک، به استثنای فلوئور، کلسیم در دمای اتاق متصل نمی شود. تشکیل شدید هالیدها در 400 درجه و بالاتر رخ می دهد.
اسیدهای سولفوریک قوی (65-60 درجه Be) و نیتریک تأثیر کمی بر کلسیم خالص دارند. از محلول های آبی اسیدهای معدنی، هیدروکلریک، نیتریک قوی و سولفوریک ضعیف، بسیار قوی عمل می کنند. در محلول های غلیظ NaOH و در محلول های سودا، کلسیم تقریباً از بین نمی رود.

کاربرد

کلسیم به طور فزاینده ای در صنایع مختلف استفاده می شود. اخیراً به عنوان یک عامل کاهنده در تهیه تعدادی از فلزات اهمیت زیادی پیدا کرده است. فلز اورانیوم خالص از احیای فلورید اورانیوم با فلز کلسیم به دست می آید. کلسیم یا هیدریدهای آن را می توان برای کاهش اکسیدهای تیتانیوم و همچنین اکسیدهای زیرکونیوم، توریم، تانتالم، نیوبیم و سایر فلزات کمیاب استفاده کرد. کلسیم در تولید مس، نیکل، آلیاژهای کروم- نیکل، فولادهای مخصوص، نیکل و قلع برنزها، گاز زدایی و گاز زدایی خوبی است و گوگرد، فسفر و کربن را از فلزات و آلیاژها حذف می کند.
کلسیم با بیسموت ترکیبات نسوز تشکیل می دهد، بنابراین از آن برای تصفیه سرب از بیسموت استفاده می شود.
کلسیم به آلیاژهای سبک مختلف اضافه می شود. به بهبود سطح شمش ها، ظرافت و کاهش اکسیداسیون کمک می کند. آلیاژهای بلبرینگ حاوی کلسیم بسیار گسترده هستند. برای ساخت روکش کابل می توان از آلیاژهای سرب (0.04 درصد کلسیم) استفاده کرد.
کلسیم برای آبگیری الکل و حلال ها برای گوگرد زدایی فرآورده های نفتی استفاده می شود. آلیاژهای کلسیم با روی یا روی و منیزیم (70 درصد کلسیم) برای تولید بتن متخلخل با کیفیت بالا استفاده می شود. کلسیم بخشی از آلیاژهای ضد اصطکاک (بابیت های سرب-کلسیم) است.
به دلیل توانایی اتصال اکسیژن و نیتروژن، کلسیم یا آلیاژهای کلسیم با سدیم و سایر فلزات برای تصفیه گازهای نجیب و به عنوان یک گیرنده در تجهیزات رادیویی خلاء استفاده می شود. از کلسیم برای تولید هیدرید نیز استفاده می شود که منبع هیدروژن در مزرعه است. با کربن، کلسیم کاربید کلسیم CaC2 را تشکیل می دهد که به مقدار زیاد برای به دست آوردن استیلن C2H2 استفاده می شود.

تاریخ توسعه

دیوی برای اولین بار در سال 1808 کلسیم را به عنوان یک آمالگام با استفاده از الکترولیز آهک مرطوب با کاتد جیوه به دست آورد. Bunsen در سال 1852 با الکترولیز محلول هیدروکلریک کلرید کلسیم، آمالگامی با محتوای کلسیم بالا به دست آورد. Bunsen و Matissen در سال 1855 با الکترولیز CaCl2 و Moissan با الکترولیز CaF2 کلسیم خالص به دست آوردند. در سال 1893 Borchers به ​​طور قابل ملاحظه ای الکترولیز کلرید کلسیم را با استفاده از خنک کننده کاتدی بهبود بخشید. آرندت در سال 1902 فلزی حاوی 91.3 درصد کلسیم را با الکترولیز به دست آورد. راف و پلاتا از مخلوطی از CaCl2 و CaF2 برای کاهش دمای الکترولیز استفاده کردند. Borchers و Stokem یک اسفنج در دمای کمتر از نقطه ذوب کلسیم به دست آوردند.
مشکل تولید الکترولیتی کلسیم توسط راتناو و ساتر حل شد که روشی برای الکترولیز با کاتد لمسی پیشنهاد کردند که به زودی صنعتی شد. پیشنهادات و تلاش های زیادی برای به دست آوردن آلیاژهای کلسیم از طریق الکترولیز، به ویژه بر روی کاتد مایع وجود دارد. به گفته F.O. بانزل، می توان آلیاژهای کلسیم را با الکترولیز CaF2 با افزودن نمک یا اکسید فلوراید سایر فلزات به دست آورد. پولن و ملان یک آلیاژ Ca-Al بر روی یک کاتد آلومینیوم مایع به دست آوردند. کوگلگن و سیوارد یک آلیاژ Ca-Zn روی کاتد روی به دست آوردند. تولید آلیاژهای Ca-Zn در سال 1913 توسط W. Moldengauer و J. Andersen مورد بررسی قرار گرفت؛ آنها همچنین آلیاژهای Pb-Ca را روی یک کاتد سرب به دست آوردند. Coba، Simkins و Gere از الکترولیز کاتد سرب 2000 آمپر برای تولید آلیاژی با 2% کلسیم با بازده جریان 20% استفاده کردند. I. Tselikov و V. Wasinger NaCl را به الکترولیت اضافه کردند تا آلیاژی با سدیم بدست آورند. R.R. Syromyatnikov آلیاژ را مخلوط کرد و بازده جریان 40-68٪ را به دست آورد. آلیاژهای کلسیم با سرب، روی و مس با الکترولیز در مقیاس صنعتی تولید می شوند
روش حرارتی برای تولید کلسیم توجه قابل توجهی را برانگیخت. احیای آلومینوگرمیک اکسیدها در سال 1865 توسط H.H. بکتوف. در سال 1877 مالت برهمکنش مخلوطی از اکسیدهای کلسیم، باریم و استرانسیوم را با آلومینیوم کشف کرد که وینکلر سعی کرد همان اکسیدها را با منیزیم کاهش دهد. بیلتز و واگنر با احیای اکسید کلسیم با آلومینیوم در خلاء، بازده فلزی پایینی به دست آوردند. Gunz در سال 1929 به نتایج بهتری دست یافت. A.I. Voinitsky در سال 1938 در آزمایشگاه اکسید کلسیم را با آلومینیوم و آلیاژهای سیلیکو کاهش داد. این روش در سال 1938 به ثبت رسید. در پایان جنگ جهانی دوم، روش حرارتی به صورت صنعتی مورد استفاده قرار گرفت.
در سال 1859، کارون روشی را برای تولید آلیاژهای سدیم با فلزات قلیایی خاکی با اثر سدیم فلزی روی کلریدهای آنها پیشنهاد کرد. بر اساس این روش، کلسیم (و بارین) در آلیاژی با سرب به دست می آید. در بیترفلد (آلمان) در بازه زمانی 1934 تا 1939، سالانه 10-5 تن کلسیم تولید می شد، تقاضای کلسیم ایالات متحده از طریق واردات پوشش داده می شد که در دوره 1940-1920 به 25-10 گرم در سال می رسید. از سال 1940، زمانی که واردات از فرانسه متوقف شد، ایالات متحده شروع به تولید کلسیم خود در مقادیر قابل توجهی با روش الکترولیز کرد. در پایان جنگ، آنها شروع به دریافت کلسیم به روش خلاء حرارتی کردند. به گفته S. Loomis، تولید آن به 4.5 تن در روز رسید. به گفته Minerale Yarbuk، شرکت Dominium Magnesium در کانادا سالانه کلسیم تولید می کرد:

اطلاعاتی در مورد مقیاس آزادسازی کلسیم در سال های اخیر در دسترس نیست.

نام:*
پست الکترونیک:
یک نظر:

اضافه کردن

27.03.2019

اول از همه، باید تصمیم بگیرید که چقدر حاضرید برای خرید هزینه کنید. کارشناسان به سرمایه گذاران تازه کار مبلغی از 30 هزار روبل تا 100 را توصیه می کنند. ارزش ...

27.03.2019

فلز نورد در زمان ما به طور فعال در موقعیت های مختلف استفاده می شود. در واقع، در بسیاری از صنایع انجام بدون آن به سادگی غیرممکن است، زیرا فلز نورد شده ...

27.03.2019

واشرهای فولادی بیضی شکل برای آب بندی اتصالات فلنجی اتصالات و خطوط لوله که رسانه های تهاجمی را حمل می کنند طراحی شده اند.

26.03.2019

بسیاری از ما در مورد چنین موقعیتی به عنوان مدیر سیستم شنیده ایم، اما همه نمی دانند این عبارت دقیقاً به چه معناست ...

26.03.2019

هر شخصی که در اتاق خود تعمیراتی انجام می دهد باید به این فکر کند که چه سازه هایی باید در فضای داخلی نصب شود. در فروشگاه...

26.03.2019

26.03.2019

امروزه آنالایزرهای گاز به طور فعال در صنایع نفت و گاز، در بخش تاسیسات، در جریان انجام آنالیز در مجتمع های آزمایشگاهی، برای ...

کلسیم من کلسیم (کلسیم، کلسیم)

عنصر شیمیایی گروه II از سیستم تناوبی عناصر شیمیایی D.I. مندلیف؛ به فلزات قلیایی خاکی اشاره دارد، فعالیت بیولوژیکی بالایی دارد.

عدد اتمی کلسیم 20 و جرم اتمی آن 40.08 است. شش ایزوتوپ پایدار کلسیم با اعداد جرمی 40، 42، 43، 44، 46 و 48 در طبیعت یافت شده است.

کلسیم از نظر شیمیایی فعال است، در طبیعت به شکل ترکیباتی - سیلیکات ها (به عنوان مثال، آزبست)، کربنات ها (سنگ آهک، مرمر، گچ، کلسیت، آراگونیت)، سولفات ها (گچ و انیدریت)، فسفوریت، دولومیت و غیره وجود دارد. عنصر ساختاری اصلی بافت استخوانی است (به استخوان مراجعه کنید) , یکی از اجزای مهم سیستم انعقاد خون (انعقاد خون) , عنصر ضروری غذای انسان، حفظ نسبت هموستاتیک الکترولیت های محیط داخلی بدن است.

یکی از مهم ترین عملکردهای موجود زنده، مشارکت آن در کار بسیاری از سیستم های آنزیمی (از جمله عضلات پشتیبان) در انتقال یک تکانه عصبی، در واکنش ماهیچه ها به یک عصبی و تغییر در فعالیت است. از هورمون ها، که با مشارکت آدنیلات سیکلاز محقق می شود.

بدن انسان شامل 1-2 است کیلوگرمکلسیم (حدود 20 جیتوسط 1 کیلوگرموزن بدن، در نوزادان حدود 9 گرم / کیلوگرم). از کل مقدار کلسیم 99-98 درصد در ترکیب بافت استخوان و غضروف به صورت کربنات، فسفات، ترکیبات با کلر، اسیدهای آلی و سایر مواد است. بقیه در بافت های نرم توزیع می شود (حدود 20 میلی گرمبرای 100 جیبافت) و مایع خارج سلولی. پلاسمای خون حاوی حدود 2.5 است میلی مول در لیترکلسیم (9-11 میلی گرم/100 میلی لیتر) به صورت دو بخش: غیر قابل نفوذ (کمپلکس با پروتئین) و انتشار (K. یونیزه و کمپلکس با اسید). کمپلکس های پروتئینی شکلی از رسوب کلسیم هستند. آنها 1/3 از مقدار کل پلاسما K. را تشکیل می دهند. K یونیزه شده در خون 1.33 است میلی مول در لیترکمپلکس با فسفات ها، کربنات ها، سیترات ها و آنیون های سایر اسیدهای آلی - 0.3 میلی مول در لیتر... بین پتاسیم یونیزه و پتاسیم فسفات در پلاسمای خون رابطه معکوس وجود دارد، اما با راشیتیسم کاهش غلظت هر دو یون و در هیپرپاراتیروئیدیسم افزایش می یابد. در سلول ها، قسمت اصلی K. با پروتئین ها و فسفولیپیدهای غشای سلولی و غشای اندامک های سلولی مرتبط است. تنظیم انتقال غشایی Ca2+، که در آن وابسته به Ca2+ خاص درگیر است، توسط هورمون های غده تیروئید (غده تیروئید) و غدد پاراتیروئید (غدد پاراتیروئید) انجام می شود. - هورمون پاراتیروئید و آنتاگونیست آن کلسیتونین محتوای K. یونیزه شده در پلاسما با مکانیسم پیچیده ای تنظیم می شود که اجزای آن (دپو K.)، کبد (با صفرا) و کلسی تونین و همچنین D (1،25-دیوکسی-کوله کلسیفرول) هستند. محتوای K. را افزایش می دهد و محتوای K. فسفات را در خون کاهش می دهد و با ویتامین D به طور هم افزایی عمل می کند. با افزایش فعالیت استئوکلاست ها و افزایش جذب باعث افزایش کلسیم خون می شود و باعث افزایش بازجذب K. در لوله های کلیوی می شود. با هیپوکلسمی، هورمون پاراتیروئید به طور قابل توجهی افزایش می یابد. به عنوان آنتاگونیست هورمون پاراتیروئید، با هیپرکلسمی باعث کاهش محتوای K. در خون و تعداد استئوکلاست ها، افزایش دفع فسفات K. توسط کلیه ها می شود. غده هیپوفیز همچنین در تنظیم متابولیسم K. نقش دارد (به هورمون های هیپوفیز مراجعه کنید) , قشر آدرنال (غدد فوق کلیوی) . حفظ غلظت هموستاتیک K. در بدن توسط c.ns هماهنگ می شود. (عمدتا سیستم هیپوتالاموس-هیپوفیز (سیستم هیپوتالاموس-هیپوفیز)) و سیستم عصبی خودمختار.

K. نقش مهمی در مکانیسم کار ماهیچه ای دارد (Muscle work) . این عاملی است که اجازه انقباض عضلانی را می دهد: با افزایش غلظت یون K. در میوپلاسم، K. به پروتئین تنظیم کننده می پیوندد، در نتیجه قادر به تعامل با میوزین می شود. با پیوستن، این دو پروتئین تشکیل شده و ماهیچه منقبض می شود. در فرآیند تشکیل اکتومیوزین، ATP رخ می دهد که انرژی شیمیایی آن عملکرد کار مکانیکی را تضمین می کند و تا حدی به شکل گرما از بین می رود. بیشترین اسکلت انقباضی در غلظت کلسیم 10-6-10-7 مشاهده شده است. خال; با کاهش غلظت یون K. (کمتر از 10-7 خال) عضله توانایی خود را برای کوتاه شدن و کشیدگی از دست می دهد. عمل K. بر روی بافت ها در تغییر در تروفیسم آنها، شدت فرآیندهای ردوکس و در سایر واکنش های مرتبط با تشکیل انرژی آشکار می شود. تغییر در غلظت K. در مایع شستشو دهنده سلول عصبی به طور قابل توجهی بر غشاهای آن برای یون های پتاسیم و به ویژه برای یون های سدیم تأثیر می گذارد. , و کاهش سطح K. باعث افزایش نفوذپذیری غشاء برای یون های سدیم و افزایش تحریک پذیری نورون می شود. افزایش غلظت پتاسیم اثر تثبیت کننده ای روی غشای سلول عصبی دارد. نقش K. در فرآیندهای مرتبط با سنتز و آزادسازی واسطه ها توسط پایانه های عصبی (Mediators) مشخص شده است. , انتقال سیناپسی تکانه های عصبی را فراهم می کند.

منبع K. برای بدن هستند. یک بزرگسال باید 800-1100 در روز همراه با غذا دریافت کند میلی گرمکلسیم، کودکان زیر 7 سال - حدود 1000 میلی گرم، 14-18 ساله - 1400 میلی گرم، باردار - 1500 میلی گرم،شیردهی - 1800-2000 میلی گرم... کلسیم موجود در مواد غذایی عمدتاً توسط فسفات، سایر ترکیبات (کربنات، تارتارات، K. اگزالات و نمک کلسیم منیزیم اسید فیتیک) - در مقادیر بسیار کوچکتر نشان داده می شود. نمک های عمدتاً نامحلول K. در معده تا حدی توسط شیره معده حل می شوند، سپس در معرض عمل اسیدهای صفراوی قرار می گیرند که آن را به شکل قابل جذب تبدیل می کند. به طور عمده در قسمت های نزدیک روده کوچک رخ می دهد. یک بزرگسال کمتر از نیمی از کل مصرف K. را با غذا می آموزد. جذب K. در طول رشد در دوران بارداری و شیردهی افزایش می یابد. جذب K. تحت تأثیر نسبت آن با چربی ها، منیزیم و فسفر غذا، ویتامین D و سایر عوامل است. با مصرف ناکافی چربی، کمبود نمک های اسید چرب کلسیم ایجاد می شود که برای تشکیل مجتمع های محلول با اسیدهای صفراوی ضروری است. و برعکس، هنگام خوردن غذاهای چرب بیش از حد، اسیدهای صفراوی کافی برای تبدیل آنها به حالت محلول وجود ندارد، بنابراین مقدار قابل توجهی کلسیم هضم نشده از بدن دفع می شود. نسبت بهینه پتاسیم و فسفر موجود در غذا، معدنی شدن استخوان های یک موجود زنده در حال رشد را فراهم می کند. تنظیم کننده این نسبت ویتامین D است که افزایش نیاز به آن را در کودکان توضیح می دهد.

روش دفع K. به ماهیت رژیم غذایی بستگی دارد: در صورت غلبه محصولات با واکنش اسیدی (گوشت، نان، غذاهای غلات) در رژیم غذایی، دفع K. از طریق ادرار و محصولات افزایش می یابد. با یک واکنش قلیایی (محصولات لبنی، میوه ها، سبزیجات) - با مدفوع. حتی افزایش جزئی در محتوای آن در خون منجر به افزایش دفع K. در ادرار می شود.

بیش از حد () K. یا نارسایی آن () در بدن می تواند علت یا پیامد تعدادی از شرایط پاتولوژیک باشد. بنابراین هیپرکلسمی با مصرف زیاد نمک پتاسیم، افزایش جذب پتاسیم در روده، کاهش دفع آن توسط کلیه ها، افزایش مصرف ویتامین D رخ می دهد و با کندی رشد، بی اشتهایی، یبوست، تشنگی، پلی اوری ظاهر می شود. افت فشار خون عضلانی، هایپررفلکسی. با هیپرکلسمی طولانی مدت، کلسیفیکاسیون ایجاد می شود , شریانی، نفروپاتی. مشاهده شده در تعدادی از بیماری ها همراه با نقض متابولیسم مواد معدنی (به راشیتیسم مراجعه کنید , استئومالاسی) , سارکوئیدوز استخوانی سیستمیک و مولتیپل میلوم، بیماری Itsenko-Cushing's، آکرومگالی، کم کاری تیروئید، تومورهای بدخیم، به ویژه در حضور متاستازهای استخوانی، هیپرپاراتیروئیدیسم. هیپرکلسمی معمولاً با آن همراه است. هیپوکلسمی از نظر بالینی همراه با کزاز (تتانی) ظاهر می شود , می تواند با هیپوپاراتیروئیدیسم، کزاز ایدیوپاتیک (اسپاسموفیلی)، بیماری های دستگاه گوارش، نارسایی مزمن کلیه، دیابت شیرین، سندرم فانکونی آلبرتینی، هیپوویتامینوز D. گلوکونات، لاکتات کلسیم، کلسیم، کربنات کلسیم رخ دهد.

تعیین محتوای K. در سرم خون، ادرار و مدفوع به عنوان یک آزمایش تشخیصی کمکی برای برخی بیماری ها عمل می کند. برای مطالعه سیالات بیولوژیکی از روش های مستقیم و غیر مستقیم استفاده می شود. روش‌های غیرمستقیم بر اساس رسوب اولیه K. با اگزالات آمونیوم، کلرانیلات یا پیکرولنات و سپس تعیین وزن‌سنجی، تیتریمتری یا رنگ‌سنجی است. روش های مستقیم شامل تیتراسیون کمپلکس سنجی در حضور اتیلن دی آمین تترا استات یا اتیلن گلیکول تترااستات و شاخص های فلزی، به عنوان مثال، مورکساید (روش گرینبلات - هارتمن)، فلورکسون، کروم اسید آبی تیره، کلسیم و غیره، روش های رنگ سنجی با استفاده از alizarinokegocegocegocegoliecom، - alizarinokegocegocegoligo. بیس-2-اکسیانیل؛ روش های فلورمتری؛ روش فتومتری شعله؛ طیف سنجی جذب اتمی (دقیق ترین و حساس ترین روش برای تعیین تا 0001/0 درصد کلسیم)؛ روش با استفاده از الکترودهای انتخابی یون (به شما امکان می دهد فعالیت یون های کلسیم را ایجاد کنید). محتوای K. یونیزه شده در سرم خون را می توان با استفاده از داده ها تعیین کرد) غلظت کل پتاسیم و پروتئین کل با استفاده از فرمول تجربی: درصد کلسیم متصل به پروتئین = 8 () + 2 () + 3 جی/100 میلی لیتر.

کتابشناسی - فهرست کتب: Kostyuk P.G. کلسیم و سلولی، M.، 1986، bibliogr. روش‌های تحقیق آزمایشگاهی در کلینیک، ویرایش. V.V. منشیکوف، اس. 59، 265، م.، 1987; تنظیم و یون های کلسیم، ویرایش. M.D. کورسکی و دیگران، کیف، 1977; روماننکو V.D. متابولیسم کلسیم، کیف، 1975، bibliogr.

II کلسیم (کلسیم، کلسیم)

عنصر شیمیایی گروه II سیستم تناوبی D.I. مندلیف؛ عدد اتمی 20، وزن اتمی 40.08; فعالیت بیولوژیکی بالایی دارد. یک جزء مهم از سیستم انعقاد خون است. بخشی از بافت استخوانی است. از ترکیبات مختلف کلسیم به عنوان دارو استفاده می شود.

1. دایره المعارف پزشکی کوچک. - م .: دایره المعارف پزشکی. 1991-96 2. کمک های اولیه. - M .: دایره المعارف بزرگ روسیه. 1994 3. فرهنگ لغت دایره المعارف اصطلاحات پزشکی. - م .: دایره المعارف شوروی. - 1982-1984.

مترادف ها:

- (کلسیم)، کلسیم، عنصر شیمیایی گروه دوم جدول تناوبی، عدد اتمی 20، جرم اتمی 40.08; به فلزات قلیایی خاکی اشاره دارد. tm 842shC. موجود در بافت استخوانی مهره داران، پوسته نرم تنان، پوسته تخم مرغ. کلسیم...... دایره المعارف مدرن

این فلز سفید مایل به نقره ای، انعطاف پذیر، چکش خوار، به سرعت در هوا اکسید می شود. دمای ذوب pa 800 810 درجه. در طبیعت به شکل نمک های مختلفی وجود دارد که رسوباتی از گچ، سنگ آهک، مرمر، فسفریت ها، آپاتیت ها، گچ و غیره را تشکیل می دهند. جاده ... ... فرهنگ لغت فنی راه آهن

- (lat. Calcium) Ca، عنصر شیمیایی گروه دوم از سیستم تناوبی، عدد اتمی 20، جرم اتمی 40.078، به فلزات قلیایی خاکی اطلاق می شود. این نام از کلمه لاتین calx به نام calcis lime گرفته شده است. فلز نقره ای سفید، ...... فرهنگ لغت دایره المعارفی بزرگ

- (نماد Ca)، یک فلز سفید نقره ای گسترده از گروه ALKALINE EARTH، اولین بار در سال 1808 جدا شد. این فلز در بسیاری از سنگ ها و مواد معدنی به ویژه سنگ آهک و گچ و همچنین در استخوان ها یافت می شود. در بدن به ...... فرهنگ دانشنامه علمی و فنی

کلسیم (از لات. Calx، جنس. Case calcis lime * A. calcium؛ N. Kalzium؛ F. calcium؛ I. calcio)، شیمی. عنصر گروه دوم دوره ای. سیستم مندلیف، at.n. 20، در. m 40.08. از شش ایزوتوپ پایدار تشکیل شده است: 40Ca (96.97%)، 42Ca (0.64%)، ... دایره المعارف زمین شناسی

کلسیم، کلسیم، بسیاری دیگر. بدون شوهر. (از لاتین calx lime) (شیمیایی). عنصر شیمیایی یک فلز سفید نقره ای است که در آهک وجود دارد. فرهنگ لغت توضیحی اوشاکوف. D.N. اوشاکوف 1935 1940 ... دایره المعارف فیزیکی فرهنگ لغت توضیحی اوشاکوف

معرفی

خواص و کاربردهای کلسیم

1 خواص فیزیکی

2 خواص شیمیایی

3 کاربرد

دریافت کلسیم

1 تولید الکترولیتی کلسیم و آلیاژهای آن

2 تولید حرارتی

3 روش خلاء حرارتی برای به دست آوردن کلسیم

3.1 روش آلومینوترمیک بازیابی کلسیم

3.2 روش سیلیکوترمال بازیابی کلسیم

بخش عملی

کتابشناسی - فهرست کتب

معرفی

عنصر شیمیایی گروه دوم از سیستم تناوبی مندلیف، عدد اتمی 20، جرم اتمی 40.08. فلز روشن نقره ای-سفید. عنصر طبیعی مخلوطی از شش ایزوتوپ پایدار است: 40کلسیم، 42کلسیم، 43کلسیم، 44کلسیم، 46Ca و 48Ca، که رایج ترین آنها 40 Ca (96، 97٪).

ترکیبات کلسیم - سنگ آهک، سنگ مرمر، گچ (و همچنین آهک - محصول پخت سنگ آهک) قبلاً در صنعت ساختمان در دوران باستان استفاده می شد. تا پایان قرن هجدهم شیمیدانان آهک را جسمی ساده می دانستند. در سال 1789 A. Lavoisier پیشنهاد کرد که آهک، منیزیم، باریت، آلومینا و سیلیس مواد پیچیده ای هستند. در سال 1808، جی دیوی، مخلوطی از آهک خشک شده مرطوب با اکسید جیوه را تحت الکترولیز با کاتد جیوه قرار داد، آمالگام کلسیم تهیه کرد و پس از حذف جیوه از آن، فلزی به نام «کلسیم» (از لاتین calx، genus) به دست آورد. کلسیس - آهک) ...

توانایی کلسیم در اتصال اکسیژن و نیتروژن امکان استفاده از آن را برای تصفیه گازهای بی اثر و به عنوان یک گیرنده (Getter ماده ای است که برای جذب گازها و ایجاد خلاء عمیق در دستگاه های الکترونیکی استفاده می شود.) در تجهیزات رادیویی خلاء.

کلسیم همچنین در متالورژی مس، نیکل، فولادهای ویژه و برنزها استفاده می شود. آنها با ناخالصی های مضر گوگرد، فسفر، کربن اضافی همراه هستند. برای همین منظور از آلیاژهای کلسیم با سیلیکون، لیتیوم، سدیم، بور و آلومینیوم استفاده می شود.

در صنعت کلسیم از دو طریق بدست می آید:

) مخلوط بریکت شده پودر CaO ​​و Al را در دمای 1200 درجه سانتیگراد در خلاء 0.01 - 0.02 میلی متر گرم کنید. rt هنر . ساطع شده از واکنش:

CaO + 2Al = 3CaO Al2O3 + 3Ca

بخار کلسیم روی سطح سرد متراکم می شود.

آلیاژ مس - کلسیم (65 درصد کلسیم) با الکترولیز مذاب CaCl2 و KCl با کاتد مس - کلسیم مایع تهیه می شود که از آن کلسیم در دمای 950 - 1000 درجه سانتیگراد در خلاء 0.1 - تقطیر می شود. 0.001 میلی متر جیوه

) روشی برای تولید کلسیم با تفکیک حرارتی کاربید کلسیم CaC2 نیز ایجاد شده است.

کلسیم در طبیعت به شکل ترکیبات مختلف فراوان است. در پوسته زمین، با 3.25٪ در رتبه پنجم قرار دارد و اغلب به شکل سنگ آهک CaCO یافت می شود. 3دولومیت CaCO 3منیزیم CO 3، گچ CaSO 42 ساعت 2O، فسفوریت Ca 3(PO 4)2 و فلورسپار CaF 2بدون احتساب نسبت قابل توجه کلسیم در ترکیب سنگ های سیلیکاته. آب دریا به طور متوسط ​​حاوی 0.04٪ (وزنی) کلسیم است.

در این دوره آموزشی، خواص و کاربرد کلسیم مورد بررسی قرار می گیرد و همچنین تئوری و فناوری روش های خلاء حرارتی برای تولید آن به تفصیل مورد بررسی قرار می گیرد.

. خواص و کاربردهای کلسیم

.1 خواص فیزیکی

کلسیم فلزی به رنگ سفید مایل به نقره ای است، اما در هوا به دلیل تشکیل اکسید روی سطح آن کدر می شود. این فلزی انعطاف پذیر است که سخت تر از سرب است. سلول کریستالی ?-کلسیم (پایدار در دمای محیط) مکعب رو به مرکز، a = 5.56 Å ... شعاع اتمی 1.97 Å شعاع یونی Ca 2+, 1,04Å ... چگالی 1.54 گرم بر سانتی متر 3(20 درجه سانتیگراد). بالای 464 درجه سانتیگراد، شش ضلعی ?-فرم tp 851 درجه سانتیگراد، tp جوش 1482 درجه سانتیگراد. ضریب دمایی انبساط خطی 22 10 -6 (0-300 درجه سانتیگراد)؛ هدایت حرارتی در 20 درجه سانتیگراد 125.6 W / (m · K) یا 0.3 کالری / (cm · sec · ° C)؛ گرمای ویژه (0-100 درجه سانتیگراد) 623.9 J / (kg K) یا 0.149 کالری / (g ° C)؛ مقاومت الکتریکی در 20 درجه سانتیگراد 4.6 10 -8اهم متر یا 4.6 10 -6 اهم سانتی متر؛ ضریب دمایی مقاومت الکتریکی 4.57 · 10-3 (20 درجه سانتیگراد). مدول الاستیک 26 Gn/m 2(2600 کیلوگرم در میلی متر 2) استحکام کششی 60 MN / m 2(6 کیلوگرم بر میلی متر 2) حد الاستیک 4 MN / m 2(0.4 کیلوگرم در میلی متر 2، قدرت تسلیم 38 MN / m 2(3.8 کیلوگرم در میلی متر 2) ازدیاد طول 50%؛ سختی برینل 200-300 Mn/m 2(20-30 کیلوگرم در میلی متر 2). کلسیم با خلوص کافی پلاستیکی، به خوبی فشرده، نورد شده و قابل برش است.

1.2 خواص شیمیایی

کلسیم یک فلز فعال است. بنابراین، در شرایط عادی، به راحتی با اکسیژن و هالوژن های اتمسفر تعامل می کند:

Ca + O 2= 2 CaO (اکسید کلسیم) (1)

Ca + Br 2= CaBr 2(کلسیم بروماید). (2)

کلسیم هنگام گرم شدن با هیدروژن، نیتروژن، گوگرد، فسفر، کربن و سایر غیرفلزات واکنش می دهد:

Ca + H 2= CaH 2(هیدرید کلسیم) (3)

Ca + N 2= حدود 3ن 2(نیترید کلسیم) (4)

Ca + S = CaS (سولفید کلسیم) (5)

Ca + 2 P = Ca 3آر 2(کلسیم فسفید) (6)

Ca + 2 C = CaC 2 (کاربید کلسیم) (7)

کلسیم به آرامی با آب سرد و به شدت با آب گرم واکنش می دهد و یک باز قوی Ca (OH) 2 ایجاد می کند. :

Ca + 2 H 2O = Ca (OH) 2 + اچ 2 (8)

کلسیم به عنوان یک عامل کاهنده انرژی، می تواند اکسیژن یا هالوژن ها را از اکسیدها و هالیدهای فلزات کمتر فعال حذف کند، به عنوان مثال، دارای خواص کاهنده است:

Ca + Nb 2O5 = CaO + 2 Nb. (نه)

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

کلسیم به شدت با اسیدها با تکامل هیدروژن واکنش می دهد، با هالوژن ها، با هیدروژن خشک واکنش می دهد تا هیدرید CaH را تشکیل دهد. 2... هنگامی که کلسیم با گرافیت گرم می شود، کاربید CaC را تشکیل می دهد 2... کلسیم از الکترولیز کلسیم مذاب تولید می شود 2یا کاهش آلومینوترمیک در خلاء:

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

از فلز خالص برای احیای ترکیبات Cs, Rb, Cr, V, Zr, Th, U به فلزات برای اکسید زدایی فولادها استفاده می شود.

1.3 کاربرد

کلسیم در صنایع مختلف کاربرد فزاینده ای پیدا می کند. اخیراً به عنوان یک عامل کاهنده در تهیه تعدادی از فلزات اهمیت زیادی پیدا کرده است.

متالیک خالص. اورانیوم از احیای فلوراید اورانیوم با کلسیم فلزی بدست می آید. از کلسیم یا هیدریدهای آن می توان برای کاهش اکسیدهای تیتانیوم و همچنین اکسیدهای زیرکونیوم، توریم، تانتالم، نیوبیم و سایر فلزات کمیاب استفاده کرد.

کلسیم در تولید مس، نیکل، آلیاژهای کروم نیکل، فولادهای ویژه، نیکل و برنزهای قلع، اکسید کننده و گاززدایی خوب است. گوگرد، فسفر، کربن را از فلزات و آلیاژها حذف می کند.

کلسیم با بیسموت ترکیبات نسوز تشکیل می دهد، بنابراین از آن برای تصفیه سرب از بیسموت استفاده می شود.

کلسیم به آلیاژهای سبک مختلف اضافه می شود. به بهبود سطح شمش ها، ظرافت و کاهش اکسیداسیون کمک می کند.

آلیاژهای بلبرینگ حاوی کلسیم بسیار گسترده هستند. آلیاژهای سرب (0.04 درصد کلسیم) را می توان برای ساخت روکش کابل استفاده کرد.

آلیاژهای ضد اصطکاک کلسیم با سرب در تکنولوژی مورد استفاده قرار می گیرند. مواد معدنی کلسیم به طور گسترده استفاده می شود. بنابراین سنگ آهک در تولید آهک، سیمان، آجر سیلیکات و به طور مستقیم به عنوان مصالح ساختمانی، در متالورژی (شار)، در صنایع شیمیایی برای تولید کاربید کلسیم، سودا، سود سوزآور، سفید کننده، کود، در تولید شکر، شیشه.

از اهمیت عملی می توان به گچ، سنگ مرمر، اسپار ایسلندی، گچ، فلوریت و غیره اشاره کرد. به دلیل توانایی اتصال اکسیژن و نیتروژن، کلسیم یا آلیاژهای کلسیم با سدیم و سایر فلزات برای تصفیه گازهای نجیب و به عنوان یک گیرنده در تجهیزات رادیویی خلاء استفاده می شود. از کلسیم برای تولید هیدرید نیز استفاده می شود که منبع هیدروژن در مزرعه است.

2. دریافت کلسیم

راه های مختلفی برای به دست آوردن کلسیم وجود دارد که عبارتند از الکترولیتی، حرارتی، حرارتی خلاء.

.1 تولید الکترولیتی کلسیم و آلیاژهای آن

ماهیت روش در این واقعیت نهفته است که کاتد در ابتدا الکترولیت مذاب را لمس می کند. در محل تماس یک قطره فلزی مایع تشکیل می شود که کاتد را به خوبی خیس می کند که با بالا آمدن آهسته و یکنواخت کاتد همراه با آن از مذاب خارج شده و جامد می شود. در این حالت، قطره انجماد با یک لایه الکترولیت جامد پوشیده می شود که از فلز در برابر اکسیداسیون و نیترید شدن محافظت می کند. با بلند کردن مداوم و دقیق کاتد، کلسیم به داخل میله ها کشیده می شود.

2.2 آماده سازی حرارتی

کلسیم شیمیایی الکترولیتی حرارتی

· فرآیند کلرید: این فناوری شامل ذوب و آبگیری کلرید کلسیم، ذوب سرب، تولید آلیاژ دوگانه سرب-سدیم، بدست آوردن آلیاژ سه تایی سرب-سدیم-کلسیم و رقیق کردن آلیاژ سه تایی با سرب پس از حذف نمک ها است. واکنش با کلرید کلسیم مطابق با معادله پیش می رود

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

· فرآیند کاربید: تولید آلیاژ سرب-کلسیم بر اساس واکنش بین کاربید کلسیم و سرب مذاب بر اساس معادله است.

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

2.3 روش خلاء حرارتی برای به دست آوردن کلسیم

مواد اولیه برای روش حرارتی خلاء

ماده اولیه برای احیای حرارتی اکسید کلسیم آهکی است که از کلسینه کردن سنگ آهک به دست می آید. الزامات اصلی مواد اولیه به شرح زیر است: آهک باید تا حد امکان خالص باشد و حاوی حداقل ناخالصی هایی باشد که می توان آن را کاهش داد و همراه با کلسیم به فلز به ویژه فلزات قلیایی و منیزیم تبدیل کرد. کلسینه کردن سنگ آهک باید قبل از تجزیه کامل کربنات انجام شود، اما نه قبل از تف جوشی آن، زیرا کاهش پذیری مواد متخلخل کمتر است. محصول پخته شده باید از جذب رطوبت و دی اکسید کربن محافظت شود که انتشار آن در طی بازیابی عملکرد فرآیند را کاهش می دهد. فناوری کلسینه کردن سنگ آهک و فرآوری محصول کلسینه شده مشابه فرآوری دولومیت برای تولید منیزیم به روش سیلیکوترمال است.

.3.1 روش آلومینوترمیک بازیابی کلسیم

نمودار وابستگی دمایی تغییر انرژی آزاد اکسیداسیون تعدادی از فلزات (شکل 1) نشان می دهد که اکسید کلسیم یکی از بادوام ترین و سخت ترین اکسیدها برای احیاء است. آن را نمی توان توسط فلزات دیگر به روش معمول کاهش داد - در دمای نسبتاً پایین و فشار اتمسفر. برعکس، کلسیم خود یک عامل کاهنده عالی برای سایر ترکیبات غیر قابل احیا و یک عامل اکسید زدا برای بسیاری از فلزات و آلیاژها است. احیای اکسید کلسیم با کربن عموماً به دلیل تشکیل کاربیدهای کلسیم غیرممکن است. اما با توجه به اینکه کلسیم دارای فشار بخار نسبتاً بالایی است، اکسید آن را می‌توان در خلاء با آلومینیوم، سیلیکون یا آلیاژهای آنها با توجه به واکنش کاهش داد.

CaO + من؟ Ca + MeO (14).

تا کنون، تنها روش آلومینوترمیک برای به دست آوردن کلسیم کاربرد عملی پیدا کرده است، زیرا بازیابی CaO با آلومینیوم بسیار آسان تر از سیلیکون است. نظرات مختلفی در مورد شیمی احیای اکسید کلسیم با آلومینیوم وجود دارد. L. Pidgeon و I. Atkinson معتقدند که واکنش با تشکیل مونو آلومینات کلسیم ادامه می یابد:

CaO + 2Al = CaO Al 2O3 + 3 Ca. (15)

V. A. Pazukhin و A. Ya. Fisher اشاره می کنند که این فرآیند با تشکیل تری کلسیم آلومینات ادامه می یابد:

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

به گفته A.I.

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

آخرین تحقیقات A. Yu. Taits و A. I. Voinitskiy نشان داده است که کاهش آلومینوترمیک کلسیم به تدریج انجام می شود. در ابتدا، آزادسازی کلسیم با تشکیل 3CaO AI همراه است 2O 3که سپس با اکسید کلسیم و آلومینیوم واکنش می دهد و 3CaO 3AI را تشکیل می دهد. 2O 3... واکنش به صورت زیر انجام می شود:

CaO + 6Al = 2 (3CaO Al 2O 3) + 2СаО + 2Аl + 6Са

(3СаО Al 2O 3) + 2СаО + 2Аl = 5СаО 3Al 2O 3+ 3 Ca

CaO + 6A1 = 5CaO 3Al 2O 3+ 9Са

از آنجایی که کاهش اکسید با آزاد شدن کلسیم بخار صورت می گیرد و بقیه محصولات واکنش در حالت متراکم هستند، جداسازی و متراکم شدن آن در بخش های سرد شده کوره آسان است. شرایط اصلی مورد نیاز برای احیای خلاء حرارتی اکسید کلسیم، دمای بالا و فشار پسماند کم در سیستم است. در زیر رابطه بین دما و فشار بخار کلسیم تعادل وجود دارد. انرژی آزاد واکنش (17) محاسبه شده برای دماهای 1124-1728 درجه کلوین بیان می شود.

اف تی = 184820 + 6.95T-12.1T log T.

از این رو، وابستگی لگاریتمی فشار بخار تعادلی کلسیم (mmHg)

Lg p = 3.59 - 4430 \ T.

L. Pidgeon و I. Atkinson به طور تجربی فشار بخار تعادلی کلسیم را تعیین کردند. تجزیه و تحلیل ترمودینامیکی دقیق از احیای اکسید کلسیم با آلومینیوم توسط I.I.Matveenko انجام شد که وابستگی دمایی زیر را از فشار تعادلی بخار کلسیم ارائه کرد:

Lg p Ca (1) = 8.64 - 12930 \ T میلی متر جیوه

Lg p Ca (2) = 8.62 - 11780 \ T میلی متر جیوه

Lg p Ca (3 )= 8.75 - 12500 \ T میلی متر جیوه

داده های محاسبه شده و تجربی در جدول مقایسه شده اند. 1.

جدول 1- تأثیر دما بر تغییر فشار تعادلی بخار کلسیم در سیستم های (1)، (2)، (3)، (3)، میلی متر جیوه

دما ° C داده های آزمایش محاسبه شده در سیستم ها (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

از داده های ارائه شده می توان دریافت که فعل و انفعالات در سیستم های (2) و (3) یا (3") در مطلوب ترین شرایط قرار دارند که این مطابق با مشاهدات است، زیرا در باقیمانده های بار پس از احیای اکسید کلسیم با آلومینیوم، تری آلومینات پنتا کلسیم و آلومینات تری کلسیم غالب هستند.

داده های مربوط به کشش تعادلی نشان می دهد که کاهش اکسید کلسیم با آلومینیوم در دمای 1100-1150 درجه سانتی گراد امکان پذیر است. برای دستیابی به سرعت واکنش عملا قابل قبول، فشار باقیمانده در سیستم رشد باید کمتر از فشار تعادل P باشد. برابر ، یعنی نابرابری P برابر > پ ost ، و فرآیند باید در دمای 1200 درجه انجام شود. مطالعات نشان داده است که در دمای 1200-1250 درجه، استفاده زیاد (تا 70-75٪) و مصرف ویژه کم آلومینیوم (حدود 0.6-0.65 کیلوگرم به ازای هر کیلوگرم کلسیم) حاصل می شود.

با توجه به تفسیر فوق از شیمی فرآیند، ترکیب بهینه بار محاسبه شده برای تشکیل 5SaO 3Al در باقیمانده است. 2O 3... برای افزایش درجه استفاده از آلومینیوم، دادن مقداری اکسید کلسیم اضافی مفید است، اما نه خیلی زیاد (10-20٪)، در غیر این صورت بر سایر شاخص های فرآیند تأثیر منفی می گذارد. با افزایش درجه آسیاب آلومینیوم از ذرات 0.8-0.2 میلی متر به منفی 0.07 میلی متر (طبق گفته V. A. Pazukhin و A. Ya. Fisher)، استفاده از آلومینیوم در واکنش از 63.7 به 78٪ افزایش می یابد.

استفاده از آلومینیوم نیز تحت تأثیر حالت بریکت کردن شارژ است. مخلوط آهک و آلومینیوم پودر شده باید بدون چسب (برای جلوگیری از تکامل گاز در خلاء) با فشار 150 کیلوگرم بر سانتی متر بریکت شود. 2... در فشارهای پایین تر، استفاده از آلومینیوم به دلیل جداسازی آلومینیوم مذاب در بریکت های بسیار متخلخل و در فشارهای بالاتر به دلیل نفوذپذیری ضعیف گاز کاهش می یابد. کامل بودن و سرعت بازیابی نیز به تراکم بریکت ها در توتگاه بستگی دارد. هنگام گذاشتن آنها بدون شکاف، زمانی که نفوذپذیری گاز کل قفس کم است، استفاده از آلومینیوم به میزان قابل توجهی کاهش می یابد.

شکل 2 - طرح به دست آوردن کلسیم به روش خلاء حرارتی.

تکنولوژی فرآیند حرارتی آلومینیوم

طرح تکنولوژیکی برای تولید کلسیم به روش آلومینوترمال در شکل 1 نشان داده شده است. 2. سنگ آهک به عنوان ماده خام و پودر آلومینیوم تهیه شده از آلومینیوم اولیه (بهتر) یا ثانویه به عنوان عامل کاهنده استفاده می شود. آلومینیوم مورد استفاده به عنوان یک عامل کاهنده، و همچنین مواد خام، نباید حاوی ناخالصی های فلزات به راحتی فرار باشد: منیزیم، روی، قلیاها و غیره که قابلیت تبخیر و تبدیل شدن به میعانات را دارند. این باید هنگام انتخاب درجه های آلومینیوم ثانویه در نظر گرفته شود.

با توجه به توضیحات S. Loomis و P. Staub، در ایالات متحده آمریکا در کارخانه New England Lime Co. در کنعان (Connecticut)، کلسیم به روش آلومینوترمال به دست می آید. آهک از ترکیب معمول زیر استفاده می شود،٪: 97.5 CaO، 0.65 MgO، 0.7 SiOO 20.6 Fe 2Oz + AlO3، 0.09 Na 2O + K 2اوه، 0.5 بقیه است. محصول پخته شده در آسیاب ریموند با جداکننده گریز از مرکز آسیاب می شود، ظرافت آسیاب (60٪) منهای 200 مش است. گرد و غبار آلومینیوم به عنوان یک عامل کاهنده استفاده می شود که در تولید پودر آلومینیوم ضایعات است. آهک سوخته از قیف های بسته و آلومینیوم از درام ها به یک مقیاس بچینگ و سپس به یک میکسر تغذیه می شوند. پس از مخلوط کردن، شارژ به صورت خشک بریکت می شود. در کارخانه مذکور، کلسیم را در کوره های رتورتی که قبلاً برای به دست آوردن منیزیم به روش سیلیکوترمال استفاده می شد، احیا می کنند (شکل 3). کوره ها با گاز ژنراتور گرم می شوند. هر کوره دارای 20 رتور افقی است که از فولاد نسوز حاوی 28% کروم و 15% نیکل ساخته شده است.

شکل 3- کوره رتورت برای تولید کلسیم

طول رتور 3 متر، قطر 254 میلی متر، ضخامت دیواره 28 میلی متر. ریکاوری در قسمت گرم شده ریتورت صورت می گیرد و تراکم در انتهای خنک شده بیرون زده از سخنرانی رخ می دهد. بریکت ها در کیسه های کاغذی وارد مخزن می شوند، سپس کندانسورها وارد شده و مخزن بسته می شود. هوا توسط پمپ های خلاء مکانیکی در ابتدای چرخه تخلیه می شود. سپس پمپ های انتشار به هم متصل شده و فشار باقیمانده به 20 میکرون کاهش می یابد.

رتورها تا 1200 درجه گرم می شوند. بعد از 12 ساعت پس از بارگیری، قفل ها باز و تخلیه می شوند. کلسیم حاصل به شکل یک استوانه توخالی از توده متراکم بلورهای بزرگ است که روی سطح یک آستین فولادی قرار گرفته است. ناخالصی اصلی در کلسیم منیزیم است که در وهله اول کاهش می یابد و عمدتاً در لایه مجاور آستر متمرکز می شود. به طور متوسط ​​محتوای ناخالصی ها عبارتند از; 0.5-1٪ Mg، حدود 0.2٪ Al، ​​0.005-0.02٪ منگنز، تا 0.02٪ N، سایر ناخالصی ها - مس، سرب، روی، نیکل، سی، آهن - در محدوده 0.005-0.04٪ رخ می دهد. مصرف برق A. Yu Taits و A.I 14 کیلووات در ساعت به ازای هر 1 کیلوگرم فلز.

فلز حاصل، به استثنای ناخالصی های منیزیم، از خلوص نسبتاً بالایی برخوردار بود. به طور متوسط، محتوای ناخالصی در آن: 0.003-0.004٪ Fe، 0.005-0.008٪ Si، 0.04-0.15٪ منگنز، 0.0025-0.004٪ مس، 0.006-0.009٪ نیتروژن، 0.25٪ Al.

2.3.2 روش بازیافت سیلیکوترمال کلسیم

روش سیلیکوترمال بسیار وسوسه انگیز است. عامل کاهنده فروسیلیس است، معرف بسیار ارزان تر از آلومینیوم است. با این حال، انجام فرآیند سیلیکوترمال دشوارتر از فرآیند آلومینوترمیک است. احیای اکسید کلسیم توسط سیلیکون مطابق با معادله انجام می شود

CaO + Si = 2CaO SiO2 + 2 Ca. (هجده)

فشار بخار تعادلی کلسیم که از مقادیر انرژی آزاد محاسبه می شود عبارت است از:

° С 1300140015001600Р, mm Hg. st0,080,150,752,05

بنابراین، در خلاء مرتبه 0.01 میلی متر جیوه. هنر کاهش اکسید کلسیم از نظر ترمودینامیکی در دمای 1300 درجه امکان پذیر است. در عمل، برای اطمینان از سرعت قابل قبول، فرآیند باید در دمای 1400-1500 درجه انجام شود.

واکنش احیا اکسید کلسیم با سیلیکون آلومینیوم تا حدودی آسان تر انجام می شود، که در آن آلومینیوم و سیلیکون آلیاژ به عنوان عوامل کاهنده عمل می کنند. با آزمایشات ثابت شده است که کاهش با آلومینیوم در ابتدا غالب است. و واکنش با تشکیل نهایی bCaO 3Al ادامه می یابد 2اوز با توجه به طرح مشخص شده در بالا (شکل 1). کاهش سیلیکون در دماهای بالاتر زمانی که بیشتر آلومینیوم واکنش نشان داده است قابل توجه می شود. واکنش با تشکیل 2CaO SiO ادامه می یابد 2. به طور خلاصه، واکنش احیا اکسید کلسیم با سیلیکو آلومینیوم با معادله زیر بیان می شود:

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

مطالعات A. Yu. Taits و A. I. Voinitskiy نشان داده است که اکسید کلسیم 75٪ فروسیلیسیم با بازده فلز 50-75٪ در دمای 1400-1450 درجه در خلاء 0.01-0.03 میلی متر جیوه کاهش می یابد. هنر . سیلیکون آلومینیوم حاوی 60-30٪ Si و 32-58٪ Al (بقیه آهن، تیتانیوم و غیره) اکسید کلسیم را با بازده فلز حدود 70٪ در دمای 1350-1400 درجه در خلاء 0.01 کاهش می دهد. -0.05 میلی متر جیوه ... هنر آزمایشات در مقیاس نیمه کارخانه ای امکان اساسی بدست آوردن کلسیم از آهک با فروسیلیکون و سیلیس آلومینیوم را ثابت کرده است. مشکل اصلی ابزاری انتخاب یک قفسه تحت شرایط این فرآیند آستر است.

هنگام حل این مشکل، روش را می توان در صنعت پیاده سازی کرد. تجزیه کاربید کلسیم بدست آوردن کلسیم فلزی با تجزیه کاربید کلسیم

CaC2 = Ca + 2C

باید به روش های امیدوارکننده نسبت داده شود. در این حالت گرافیت به عنوان محصول دوم به دست می آید. V. Mauderly، E. Moser و V. Treadwell، با محاسبه انرژی آزاد تشکیل کاربید کلسیم از داده های ترموشیمیایی، بیان زیر را برای فشار بخار کلسیم بر کاربید کلسیم خالص به دست آوردند:

حدود = 1.35 - 4505 \ T (1124 - 1712 درجه کلوین)،

lgp حدود = 6.62 - 13523 \ T (1712-2000 درجه کلوین).

ظاهراً کاربید کلسیم تجاری در دماهای بسیار بالاتر از آنچه از این عبارات بر می آید تجزیه می شود. همان نویسندگان تجزیه حرارتی کاربید کلسیم را در توده های فشرده در دمای 1600-1800 درجه در خلاء 1 میلی متر جیوه گزارش می کنند. هنر بازده گرافیت 94٪ بود، کلسیم به شکل یک رسوب متراکم در یخچال به دست آمد. A. S. Mikulinsky، F. S. Morii، R. Sh. Shklyar برای تعیین خواص گرافیت به دست آمده از تجزیه کاربید کلسیم، دومی در خلاء 0.3-1 میلی متر جیوه گرم شد. هنر در دمای 1630-1750 درجه. گرافیت حاصل از گرافیت آچسون در دانه های بزرگتر، هدایت الکتریکی بالاتر و چگالی ظاهری کمتر متفاوت است.

3. بخش عملی

ریزش روزانه منیزیم از الکترولایزر با قدرت جریان 100 کیلو آمپر زمانی که حمام با کلرید منیزیم تغذیه می شد 960 کیلوگرم بود. ولتاژ در جوک الکترولیز 0.6 V است. تعیین کنید:

)خروجی جریان در کاتد؛

)مقدار کلر به دست آمده در روز، مشروط بر اینکه جریان خروجی در آند برابر با خروجی جریان در ktode باشد.

)پر کردن روزانه MgCl 2به الکترولیز، به شرطی که از دست دادن MgCl 2 عمدتاً با لجن و دود رخ می دهد. مقدار لجن 0.1 در هر تن Mg حاوی MgCl 2 در 50% تصعید. مقدار سابلیمیت 0.05 تن در هر تن منیزیم می باشد. ترکیب کلرید منیزیم ریخته شده، %: 92 MgCl2 و 8 NaCl.

.خروجی جریان کاتد را تعیین کنید:

متر NS = من K Mg · ?

?= متر NS \ من ?ک Mg = 960,000 \ 100,000 0.454 24 = 0.881 یا 88.1٪

.مقدار کل دریافتی در روز را تعیین کنید:

x = 960000 گرم \ 24 گرم \ مول = 40000 مول

ما به حجم ترجمه می کنیم:

x = 126785.7 متر مکعب

3.الف) MgCl خالص را بیابید 2، برای تولید 960 کیلوگرم Mg.

x = 95 960 \ 24.3 = 3753 کیلوگرم = 37.53 تن.

ب) تلفات با لجن. از ترکیب الکترولیزهای منیزیم، درصد: 20-35 MgO، 2-5 Mg، 2-6 Fe، 2-4 SiO 20.8-2 TiO2 20.4-1.0 C، 35 MgCl2 .

کیلوگرم - 1000 کیلوگرم

متر shl = 960 کیلوگرم - جرم لجن در روز.

96 کیلوگرم لجن در روز: 96 0.35 (MgCl2 با لجن).

ج) تلفات با تصعید:

کیلوگرم - 1000 کیلوگرم

کیلوگرم تصعید: 48 0.5 = 24 کیلوگرم MgCl 2 با سابلیمیت ها.

در کل، باید Mg را پر کنید:

33.6 + 24 = 3810.6 کیلوگرم MgCl2 در روز

کتابشناسی - فهرست کتب

مبانی متالورژی III

<#"justify">متالورژی Al و Mg. وتیوکوف M.M.، Tsyplokov A.M.

تدریس خصوصی

برای بررسی یک موضوع به کمک نیاز دارید؟

کارشناسان ما در مورد موضوعات مورد علاقه شما مشاوره یا خدمات آموزشی ارائه خواهند داد.
درخواست ارسال کنیدبا ذکر موضوع در حال حاضر برای اطلاع از امکان اخذ مشاوره.