Կալցիում մետաղ, թե ոչ: Կալցիում բնության մեջ (3,4% երկրակեղևում)

Կալցիումը երկրորդ խմբի հիմնական ենթախմբի տարր է՝ քիմիական տարրերի պարբերական համակարգի չորրորդ շրջանը, ատոմային համարով 20։ Նշանակվում է Ca (լատիներեն Calcium) նշանով։ Կալցիում պարզ նյութը (CAS համարը՝ 7440-70-2) արծաթափայլ սպիտակ գույնի փափուկ, ռեակտիվ հողալկալիական մետաղ է:

Անվան պատմությունը և ծագումը

Տարրի անվանումը գալիս է լատ. calx (սեռական calcis) - «կրաքար», «փափուկ քար»: Այն առաջարկվել է անգլիացի քիմիկոս Համֆրի Դեյվիի կողմից, որը 1808 թվականին էլեկտրոլիտիկ մեթոդով առանձնացրել է մետաղական կալցիումը։ Դեյվին էլեկտրոլիզեց թաց հանգցրած կրաքարի խառնուրդը սնդիկի օքսիդով HgO պլատինե ափսեի վրա, որը ծառայում էր որպես անոդ: Հեղուկ սնդիկի մեջ ընկղմված պլատինե մետաղալարը ծառայել է որպես կաթոդ: Էլեկտրոլիզի արդյունքում ստացվել է կալցիումի ամալգամ։ Սնդիկը քշելով դրանից՝ Դեյվին ստացավ կալցիում կոչվող մետաղ։
Կալցիումի միացությունները՝ կրաքարը, մարմարը, գիպսը (ինչպես նաև կրաքարը՝ կրաքարի թրծման արտադրանք) օգտագործվել են շինարարության ոլորտում մի քանի հազարամյակ առաջ։ Մինչև 18-րդ դարի վերջը քիմիկոսները կրաքարը համարում էին պարզ մարմին։ 1789 թվականին Ա.Լավուազյեն առաջարկեց, որ կրաքարը, մագնեզիան, բարիտը, կավահողն ու սիլիցիումը բարդ նյութեր են։

Ստանալով

Ազատ մետաղական կալցիումը ստացվում է CaCl 2-ից (75-80%) և KCl-ից կամ CaCl2-ից և CaF2-ից բաղկացած հալվածքի էլեկտրոլիզից, ինչպես նաև CaO-ի ալյումինաթերմիկ վերականգնումից 1170-1200 ° C-ում:
4CaO + 2Al → CaAl 2 O 4 + 3Ca:

Ֆիզիկական հատկություններ

Կալցիումի մետաղը գոյություն ունի երկու ալոտրոպ մոդիֆիկացիաներով. Մինչև 443 ° C, α-Ca-ն խորանարդ երեսակենտրոն վանդակով կայուն է (պարամետր a = 0,558 նմ), ավելի բարձր՝ կայուն β-Ca-ն՝ α-Fe տիպի խորանարդ մարմնի կենտրոնացված վանդակով (պարամետր a = 0,448): նմ): α → β անցման ստանդարտ էթալպիան ΔH 0-ը 0,93 կՋ/մոլ է:
Ճնշման աստիճանական բարձրացմամբ այն սկսում է ցուցադրել կիսահաղորդչի հատկությունները, բայց կիսահաղորդիչ չի դառնում բառի ամբողջական իմաստով (այն էլ արդեն մետաղ չէ)։ Ճնշման հետագա աճով այն վերադառնում է մետաղական վիճակի և սկսում է դրսևորել գերհաղորդիչ հատկություններ (գերհաղորդիչի ջերմաստիճանը վեց անգամ ավելի բարձր է, քան սնդիկի ջերմաստիճանը, և հաղորդունակությամբ շատ ավելի բարձր է, քան մյուս բոլոր տարրերը): Կալցիումի յուրահատուկ վարքագիծը շատ առումներով նման է ստրոնցիումին (այսինքն՝ պարբերական աղյուսակում զուգահեռները պահպանված են):

Քիմիական հատկություններ

Կալցիումը տիպիկ հողալկալիական մետաղ է: Կալցիումի քիմիական ակտիվությունը բարձր է, բայց ավելի ցածր, քան մյուս բոլոր հողալկալիական մետաղների: Այն հեշտությամբ փոխազդում է օդի թթվածնի, ածխածնի երկօքսիդի և խոնավության հետ, ինչը մետաղական կալցիումի մակերևույթը դարձնում է սովորաբար ձանձրալի մոխրագույն, ուստի լաբորատորիայում կալցիումը սովորաբար պահվում է, ինչպես այլ հողալկալիական մետաղները, ամուր փակ տարայի մեջ կերոսինի շերտի տակ։ կամ հեղուկ պարաֆին:

Կալցիումը II խմբի քիմիական տարր է, որի ատոմային համարը պարբերական աղյուսակում 20 է, որը նշվում է Ca (լատիներեն Կալցիում) նշանով։ Կալցիումը փափուկ, արծաթափայլ մոխրագույն հողալկալիական մետաղ է:

Պարբերական համակարգի 20 տարր Տարրի անվանումը գալիս է լատ. calx (սեռական calcis) - «կրաքար», «փափուկ քար»: Այն առաջարկվել է անգլիացի քիմիկոս Համֆրի Դեյվիի կողմից, ով 1808 թվականին առանձնացրել է մետաղական կալցիումը։
Կալցիումի միացությունները՝ կրաքարը, մարմարը, գիպսը (ինչպես նաև կրաքարը՝ կրաքարի թրծման արտադրանք) օգտագործվել են շինարարության ոլորտում մի քանի հազարամյակների ընթացքում։
Կալցիումը Երկրի վրա ամենաառատ տարրերից մեկն է: Կալցիումի միացությունները հայտնաբերված են գրեթե բոլոր կենդանիների և բույսերի հյուսվածքներում: Նրան է բաժին ընկնում երկրակեղևի զանգվածի 3,38%-ը (5-րդ տեղը թթվածնից, սիլիցիումից, ալյումինից և երկաթից հետո)։

Բնության մեջ կալցիումի հայտնաբերում

Իր բարձր քիմիական ակտիվության պատճառով ազատ կալցիումը բնության մեջ չի հանդիպում։
Կալցիումը կազմում է երկրակեղևի զանգվածի 3,38%-ը (5-րդ տեղը թթվածնից, սիլիցիումից, ալյումինից և երկաթից հետո)։ Տարրի պարունակությունը ծովի ջրում 400 մգ/լ է։

Իզոտոպներ

Կալցիումը բնականաբար առաջանում է վեց իզոտոպների խառնուրդի տեսքով՝ 40Ca, 42Ca, 43Ca, 44Ca, 46Ca և 48Ca, որոնցից ամենատարածվածը՝ 40Ca, 96,97% է։ Կալցիումի միջուկները պարունակում են պրոտոնների կախարդական թիվը՝ Z = 20. Իզոտոպներ
40
20
Ca20 և
48
20
Ca28-ը հինգ բնական միջուկներից երկուսն է՝ կրկնակի մեծ կախարդական թվով:
Կալցիումի վեց բնական իզոտոպներից հինգը կայուն են։ Վեցերորդ 48Ca իզոտոպը, վեցից ամենածանրը և շատ հազվադեպ (նրա իզոտոպային առատությունը կազմում է ընդամենը 0,187%), ենթարկվում է կրկնակի բետա քայքայման՝ 1,6 × 1017 տարի կիսամյակով:

Ժայռերի և հանքանյութերի մեջ

Կալցիումի մեծ մասը պարունակվում է տարբեր ապարների (գրանիտներ, գնեյսներ և այլն) սիլիկատներում և ալյումինասիլիկատներում, հատկապես ֆելդսպաթում՝ անորթիտ Ca-ում։
Նստվածքային ապարների տեսքով կալցիումի միացությունները ներկայացված են կավիճով և կրաքարով, որը բաղկացած է հիմնականում միներալային կալցիտից (CaCO3): Կալցիտի բյուրեղային ձևը` մարմարը, բնության մեջ շատ ավելի քիչ է տարածված:
Բավականին տարածված են կալցիումի միներալները, ինչպիսիք են կալցիտը CaCO3, անհիդրիտ CaSO4, ալաբաստր CaSO4 0.5H2O և գիպս CaSO4 2H2O, ֆտորիտ CaF2, ապատիտ Ca5 (PO4) 3 (F, Cl, OH), դոլոմիտ MgCO3 CaCO3։ Բնական ջրի մեջ կալցիումի և մագնեզիումի աղերի առկայությունը որոշում է դրա կարծրությունը։
Կալցիումը, աշխուժորեն գաղթելով երկրակեղևում և կուտակվելով տարբեր երկրաքիմիական համակարգերում, կազմում է 385 միներալ (միներալների քանակով չորրորդը)։

Կալցիումի կենսաբանական դերը

Կալցիումը տարածված մակրոտարր է բույսերի, կենդանիների և մարդկանց մեջ: Մարդկանց և այլ ողնաշարավորների մոտ դրա մեծ մասը գտնվում է կմախքի և ատամների մեջ: Ոսկորները պարունակում են կալցիում հիդրօքսիապատիտի տեսքով։ Անողնաշարավորների մեծ մասի (սպունգեր, մարջանային պոլիպներ, փափկամարմիններ և այլն) «կմախքները» կազմված են կալցիումի կարբոնատի տարբեր ձևերից (կրաքար)։ Կալցիումի իոնները ներգրավված են արյան մակարդման գործընթացներում, ինչպես նաև ծառայում են որպես բջիջների մեջ ունիվերսալ երկրորդական սուրհանդակներից մեկը և կարգավորում ներբջջային մի շարք պրոցեսներ՝ մկանների կծկում, էկզոցիտոզ, ներառյալ հորմոնների և նյարդային հաղորդիչների սեկրեցումը: Մարդու բջիջների ցիտոպլազմայում կալցիումի կոնցենտրացիան կազմում է մոտ 10-4 մմոլ/լ, միջբջջային հեղուկներում՝ մոտ 2,5 մմոլ/լ։

Կալցիումի կարիքը կախված է տարիքից։ 19-50 տարեկան մեծահասակների և 4-8 տարեկան երեխաների համար օրական պահանջարկը (RDA) կազմում է 1000 մգ (պարունակվում է մոտավորապես 790 մլ կաթում 1% յուղայնությամբ), իսկ 9-18 տարեկան երեխաների համար՝ ներառյալ. - 1300 մգ օրական (պարունակվում է մոտավորապես 1030 մլ կաթի մեջ՝ 1%) յուղայնությամբ։ Դեռահասության շրջանում կալցիումի բավարար քանակի օգտագործումը շատ կարևոր է կմախքի ինտենսիվ աճի պատճառով: Սակայն ԱՄՆ-ում կատարված հետազոտությունների համաձայն՝ 12-19 տարեկան աղջիկների միայն 11%-ը և տղաների 31%-ն են բավարարում իրենց կարիքները: Հավասարակշռված սննդակարգում կալցիումի մեծ մասը (մոտ 80%) երեխայի օրգանիզմ է մտնում կաթնամթերքի հետ միասին։ Մնացած կալցիումը հայտնաբերված է հացահատիկային կուլտուրաներում (ներառյալ հացահատիկի հացը և հնդկաձավարը), հատիկաընդեղենը, նարինջը, խոտաբույսերը և ընկույզը: Կաթնային ճարպի վրա հիմնված «կաթնամթերքում» (կարագ, սերուցք, թթվասեր, սերուցքի վրա հիմնված պաղպաղակ) կալցիումը գործնականում անվճար է։ Որքան շատ կաթնային ճարպ կա կաթնամթերքում, այնքան քիչ կալցիում է այն պարունակում: Կալցիումի կլանումը աղիներում տեղի է ունենում երկու եղանակով՝ արտաբջջային (տրանսբջջային) և միջբջջային (պարաբջջային): Առաջին մեխանիզմը միջնորդվում է վիտամին D-ի (կալցիտրիոլ) ակտիվ ձևի և նրա աղիքային ընկալիչների գործողությամբ: Այն կարևոր դեր է խաղում կալցիումի ցածր կամ չափավոր ընդունման մեջ: Դիետայում կալցիումի ավելի բարձր պարունակության դեպքում միջբջջային կլանումը սկսում է մեծ դեր խաղալ, ինչը կապված է կալցիումի կոնցենտրացիայի մեծ գրադիենտի հետ: Տրանսբջջային մեխանիզմի շնորհիվ կալցիումը ավելի մեծ չափով ներծծվում է տասներկումատնյա աղիքում (այնտեղ կալցիտրիոլում ընկալիչների ամենաբարձր կոնցենտրացիայի շնորհիվ): Միջբջջային պասիվ փոխանցման շնորհիվ կալցիումի կլանումը առավել ակտիվ է բարակ աղիքի բոլոր երեք մասերում: Կալցիումի կլանումը պարաբջջային կերպով խթանում է կաթնաշաքարը (կաթնային շաքար):

Որոշ կենդանական ճարպեր (ներառյալ կովի կաթի ճարպը և տավարի ճարպը, բայց ոչ խոզի ճարպը) և արմավենու յուղը խանգարում են կալցիումի կլանմանը: Նման ճարպերում պարունակվող պալմիտիկ և ստեարիկ ճարպաթթուները կտրվում են աղիներում մարսողության ժամանակ և ազատ ձևով ամուր կապում կալցիումը՝ առաջացնելով կալցիումի պալմիտատ և կալցիումի ստեարատ (չլուծվող օճառներ): Այս օճառի տեսքով կղանքում կորցնում են և՛ կալցիումը, և՛ ճարպը։ Այս մեխանիզմը պատասխանատու է կալցիումի կլանման նվազման, ոսկրերի հանքայնացման նվազման և նորածինների մոտ ոսկրային ամրության անուղղակի ցուցանիշների նվազման համար՝ արմավենու յուղի վրա հիմնված մանկական կաթնախառնուրդ օգտագործելիս (արմավենու օլեին): Այս երեխաների մոտ աղիներում կալցիումային օճառների առաջացումը կապված է կղանքի թանձրացման, հաճախականության նվազման, ինչպես նաև ավելի հաճախակի ռեգուրգիտացիայի և կոլիկի հետ։

Մեծ թվով կենսական գործընթացների համար դրա կարևորության պատճառով արյան մեջ կալցիումի կոնցենտրացիան ճշգրտորեն կարգավորվում է, և պատշաճ սնուցման և ցածր յուղայնությամբ կաթնամթերքի բավարար ընդունման դեպքում և վիտամին D-ի պակաս չի առաջանում: Դիետայում կալցիումի և/կամ վիտամին D-ի երկարատև անբավարարությունը մեծացնում է օստեոպորոզի վտանգը և մանկության մեջ ռախիտի պատճառ դառնում:

Կալցիումի և վիտամին D-ի չափազանց մեծ չափաբաժինները կարող են առաջացնել հիպերկալցեմիա: Առավելագույն անվտանգ չափաբաժինը 19-ից 50 տարեկան մեծահասակների համար, ներառյալ, օրական 2500 մգ է (մոտ 340 գ Էդամ պանիր):

Ջերմային ջերմահաղորդություն

Կալցիումը բնության մեջ առատ է տարբեր միացությունների տեսքով։ Երկրակեղևում այն ​​զբաղեցնում է հինգերորդ տեղը՝ կազմելով 3,25%, և ամենից հաճախ հանդիպում է CaCO3 կրաքարի, CaCO3*MgCO3 դոլոմիտի, CaSO4*2H2O գիպսի, Ca3 (PO4) 2 ֆոսֆորիտի և CaF2 ֆտորպարի տեսքով՝ չհաշված կալցիումի համամասնությունը սիլիկատային ապարների բաղադրության մեջ: Ծովի ջուրը պարունակում է միջինը 0,04% (վ/վ) կալցիում

Կալցիումի ֆիզիկական և քիմիական հատկությունները

Կալցիումը մտնում է տարրերի պարբերական համակարգի II խմբի հողալկալիական մետաղների ենթախմբի մեջ. սերիական համարը 20, ատոմային քաշը 40,08, վալենտությունը 2, ատոմային ծավալը 25,9: Կալցիումի իզոտոպներ՝ 40 (97%), 42 (0,64%), 43 (0,15%), 44 (2,06%), 46 (0 003%), 48 (0,185%)։ Կալցիումի ատոմի էլեկտրոնային կառուցվածքը՝ 1s2, 2s2p6, 3s2p6, 4s2: Ատոմի շառավիղը 1,97 Ա է, իոնի շառավիղը՝ 1,06 Ա։ Մինչև 300 °, կալցիումի բյուրեղները ունեն խորանարդի ձև՝ կենտրոնացված դեմքերով և 5,53 Ա կողմի չափսով, 450 °–ից բարձր՝ վեցանկյուն։ Կալցիումի տեսակարար կշիռը 1,542 է, հալման կետը՝ 851 °, եռման կետը՝ 1487 °, միաձուլման ջերմությունը՝ 2,23 կկալ/մոլ, գոլորշիացման ջերմությունը՝ 36,58 կկալ/մոլ։ Պինդ կալցիումի ատոմային ջերմային հզորությունը Cp = 5.24 + 3.50 * 10v-3 T 298-673 ° K և Cp = 6.29 + 1.40 * 10v-3T 673-1124 ° K-ի համար; հեղուկ կալցիումի համար Cp = 7.63: Պինդ կալցիումի էնտրոպիա 9,95 ± 1, գազային 25 ° 37,00 ± 0,01:
Պինդ կալցիումի գոլորշու ճնշումը ուսումնասիրվել է Յու.Ա. Պրիսելկովը և Ա.Ն. Նեսմեյանովը, Պ.Դուգլասը և Դ.Թոմլինը: Հագեցած կալցիումի գոլորշիների առաձգականության արժեքները բերված են աղյուսակում: 1.

Ջերմային հաղորդունակության առումով կալցիումը մոտենում է նատրիումին և կալիումին, 20-100 ° ջերմաստիճանի դեպքում գծային ընդլայնման գործակիցը 25 * 10v-6 է, 20 ° -ում էլեկտրական դիմադրողականությունը 3,43 μ ohm / սմ3 է, 0-ից մինչև 100 °: Էլեկտրական դիմադրության ջերմաստիճանի գործակիցը 0,0036 է: Էլեկտրաքիմիական համարժեքը 0,74745 գ / ա * ժ է: Կալցիումի առաձգական ուժը 4,4 կգ/մմ2 է, Բրինելի կարծրությունը՝ 13, երկարացումը՝ 53%, հարաբերական կծկումը՝ 62%։
Կալցիումն ունի արծաթափայլ սպիտակ գույն, փայլում է կոտրվածքի մեջ։ Օդում մետաղը ծածկված է նիտրիդից, օքսիդից և մասամբ կալցիումի պերօքսիդից կազմված բարակ կապտավուն մոխրագույն թաղանթով։ Կալցիումը ճկուն է և ճկուն; այն կարելի է մշակել խառատահաստոցի վրա, փորել, կտրել, սղոցել, սեղմել, քաշել և այլն։ Որքան մաքուր է մետաղը, այնքան մեծ է նրա ճկունությունը։
Լարումների շարքում կալցիումը գտնվում է ամենաէլեկտրբացասական մետաղների շարքում, ինչը բացատրում է նրա բարձր քիմիական ակտիվությունը։ Սենյակային ջերմաստիճանում կալցիումը չի արձագանքում չոր օդի հետ, 300 ° և բարձր ջերմաստիճանում այն ​​ինտենսիվ օքսիդանում է, ուժեղ տաքացման դեպքում այն ​​այրվում է վառ նարնջագույն-կարմրավուն բոցով: Խոնավ օդում կալցիումը աստիճանաբար օքսիդանում է՝ վերածվելով հիդրօքսիդի. արձագանքում է սառը ջրի հետ համեմատաբար դանդաղ, բայց աշխուժորեն տեղահանում է ջրածինը տաք ջրից՝ առաջացնելով հիդրօքսիդ։
Ազոտը նկատելիորեն փոխազդում է կալցիումի հետ 300 ° ջերմաստիճանում և շատ ինտենսիվ 900 ° ջերմաստիճանում՝ Ca3N2 նիտրիդի ձևավորմամբ: Ջրածնի հետ 400 ° ջերմաստիճանում կալցիումը կազմում է հիդրիդ CaH2: Չոր հալոգեններով, բացառությամբ ֆտորի, կալցիումը չի կապվում սենյակային ջերմաստիճանում. հալոգենիդների ինտենսիվ ձևավորումը տեղի է ունենում 400 ° և բարձր ջերմաստիճանում:
Ուժեղ ծծմբական (65-60 ° Be) և ազոտական ​​թթուները քիչ ազդեցություն ունեն մաքուր կալցիումի վրա: Հանքային թթուների ջրային լուծույթներից՝ հիդրոքլորային, ուժեղ ազոտային և թույլ ծծմբային, գործում են շատ ուժեղ։ NaOH խտացված լուծույթներում և սոդայի լուծույթներում կալցիումը գրեթե չի քայքայվում։

Դիմում

Կալցիումն ավելի ու ավելի է օգտագործվում տարբեր ոլորտներում: Վերջերս այն մեծ նշանակություն է ձեռք բերել որպես վերականգնող նյութ մի շարք մետաղների պատրաստման գործում։ Մաքուր ուրանի մետաղը ստացվում է ուրանի ֆտորիդի կալցիումի մետաղի հետ վերածելու արդյունքում։ Կալցիումը կամ նրա հիդրիդները կարող են օգտագործվել տիտանի օքսիդները, ինչպես նաև ցիրկոնիումի, թորիումի, տանտալի, նիոբիումի և այլ հազվագյուտ մետաղների օքսիդները նվազեցնելու համար։ Կալցիումը լավ դեօքսիդացնող և գազազերծող է պղնձի, նիկելի, քրոմ-նիկելի համաձուլվածքների, հատուկ պողպատների, նիկելի և անագ բրոնզների արտադրության մեջ, այն մետաղներից և համաձուլվածքներից հեռացնում է ծծումբը, ֆոսֆորը և ածխածինը:
Կալցիումը բիսմուտի հետ առաջացնում է հրակայուն միացություններ, հետևաբար այն օգտագործվում է բիսմութից կապարը մաքրելու համար։
Կալցիումը ավելացվում է տարբեր թեթև համաձուլվածքների մեջ։ Այն օգնում է բարելավել ձուլակտորների մակերեսը, նուրբությունը և նվազեցնել օքսիդացումը: Տարածված են կալցիում պարունակող կրող համաձուլվածքները։ Կապարի համաձուլվածքները (0,04% Ca) կարող են օգտագործվել մալուխի պատյաններ պատրաստելու համար:
Կալցիումն օգտագործվում է ալկոհոլի ջրազրկման համար, իսկ լուծիչները՝ նավթամթերքների ծծմբազրկման համար։ Կալցիումի համաձուլվածքները ցինկի կամ ցինկի և մագնեզիումի հետ (70% Ca) օգտագործվում են բարձրորակ ծակոտկեն բետոն արտադրելու համար: Կալցիումը հակաշփման համաձուլվածքների մի մասն է (կապար-կալցիում բաբիթ):
Թթվածինն ու ազոտը կապելու ունակության շնորհիվ կալցիումը կամ կալցիումի համաձուլվածքները նատրիումի և այլ մետաղների հետ օգտագործվում են ազնիվ գազերի մաքրման համար և որպես վակուումային ռադիոսարքավորումների ստացող։ Կալցիումն օգտագործվում է նաև հիդրիդ արտադրելու համար, որը դաշտում ջրածնի աղբյուր է։ Ածխածնի հետ կալցիումը առաջացնում է կալցիումի կարբիդ CaC2, որն օգտագործվում է մեծ քանակությամբ ացետիլեն C2H2 ստանալու համար։

Զարգացման պատմությունը

Դևին առաջին անգամ կալցիում ստացավ որպես ամալգամ 1808 թվականին՝ օգտագործելով թաց կրաքարի էլեկտրոլիզը սնդիկի կաթոդով։ Բունսենը 1852 թվականին կալցիումի քլորիդի հիդրոքլորային լուծույթի էլեկտրոլիզով ստացավ կալցիումի բարձր պարունակությամբ ամալգամ։ Բունսենը և Մատիսենը 1855 թվականին CaCl2-ի էլեկտրոլիզով, իսկ Moissan-ը՝ CaF2-ի էլեկտրոլիզով, ստացան կալցիում իր մաքուր տեսքով: 1893 թվականին Բորչերսը զգալիորեն բարելավեց կալցիումի քլորիդի էլեկտրոլիզը՝ օգտագործելով կաթոդային սառեցում; Արնդտը 1902 թվականին էլեկտրոլիզով ստացավ 91,3% Ca պարունակող մետաղ։ Ruff-ը և Plata-ն օգտագործել են CaCl2-ի և CaF2-ի խառնուրդ՝ էլեկտրոլիզի ջերմաստիճանն իջեցնելու համար; Borchers-ը և Stokem-ը սպունգ են ստացել կալցիումի հալման կետից ցածր ջերմաստիճանում:
Կալցիումի էլեկտրոլիտիկ արտադրության խնդիրը լուծեցին Ռատենաուն և Սաթերը, ովքեր առաջարկեցին հպման կաթոդով էլեկտրոլիզի մեթոդ, որը շուտով դարձավ արդյունաբերական։ Եղել են բազմաթիվ առաջարկներ և փորձեր՝ էլեկտրոլիզի միջոցով կալցիումի համաձուլվածքներ ստանալու, հատկապես հեղուկ կաթոդի վրա։ Ըստ Ֆ.Օ. Բանզել, հնարավոր է կալցիումի համաձուլվածքներ ստանալ CaF2-ի էլեկտրոլիզի միջոցով՝ այլ մետաղների աղերի կամ ֆտորի օքսիդների ավելացմամբ։ Պուլենը և Մելանը ստացան Ca-Al համաձուլվածք հեղուկ ալյումինի կաթոդի վրա; Կուգելգենը և Սյուարդը ցինկի կաթոդի վրա ստացան Ca-Zn համաձուլվածք: Ca-Zn համաձուլվածքների արտադրությունը ուսումնասիրվել է 1913 թվականին Վ. Մոլդենգաուերի և Ջ. Անդերսենի կողմից, նրանք նաև ստացել են Pb-Ca համաձուլվածքներ կապարի կաթոդի վրա։ Կոբան, Սիմկինսը և Գիրը օգտագործել են 2000 ամպլ կապարի կաթոդային էլեկտրոլիզատոր՝ 2% Ca պարունակությամբ համաձուլվածք արտադրելու համար 20% ընթացիկ արդյունավետությամբ։ Ի. Ցելիկովը և Վ. Վասինգերը էլեկտրոլիտին ավելացրել են NaCl՝ նատրիումով համաձուլվածք ստանալու համար; Ռ.Ռ. Սիրոմյատնիկովը խառնել է համաձուլվածքը և հասել 40-68% ընթացիկ արդյունավետության։ Կալցիումի համաձուլվածքները կապարի, ցինկի և պղնձի հետ արտադրվում են արդյունաբերական մասշտաբով էլեկտրոլիզի միջոցով
Մեծ հետաքրքրություն առաջացրեց կալցիումի արտադրության ջերմային մեթոդը։ Օքսիդների ալյումինաջերմային վերականգնումը հայտնաբերվել է 1865 թվականին Հ.Հ. Բեկետովը։ 1877 թվականին Մալետը հայտնաբերեց կալցիումի, բարիումի և ստրոնցիումի օքսիդների խառնուրդի փոխազդեցությունը ալյումինի հետ տաքացնելիս Վինքլերը փորձեց նույն օքսիդները նվազեցնել մագնեզիումի հետ։ Բիլցը և Վագները, վակուումում կալցիումի օքսիդը ալյումինով վերականգնելով, ստացան մետաղի ցածր ելք, Գունցը 1929 թվականին ավելի լավ արդյունքների հասավ։ Ա.Ի. Վոյնիցկին 1938 թվականին լաբորատորիայում նվազեցրեց կալցիումի օքսիդը ալյումինով և սիլիկոհամաձուլվածքներով: Մեթոդը արտոնագրվել է 1938 թվականին։ Երկրորդ համաշխարհային պատերազմի վերջում ջերմային մեթոդը կիրառվել է արդյունաբերական ոլորտում։
1859 թվականին Կարոնն առաջարկեց նատրիումի համաձուլվածքների արտադրության մեթոդ՝ հողալկալիական մետաղներով՝ մետաղական նատրիումի ազդեցությամբ դրանց քլորիդների վրա։ Այս մեթոդի համաձայն կալցիում (և բարին) ստացվում է կապարի հետ համաձուլվածքի մեջ։ Բիտերֆելդում (Գերմանիա) 1934-1939 թվականներին տարեկան արտադրվում էր 5-10 տոննա կալցիում, ԱՄՆ-ում կալցիումի կարիքը ծածկվում էր ներմուծմամբ, որը 1920-1940 թվականներին կազմում էր տարեկան 10-25 գ. . 1940 թվականից, երբ դադարեցվեց ներմուծումը Ֆրանսիայից, Միացյալ Նահանգները սկսեց էլեկտրոլիզի մեթոդով զգալի քանակությամբ կալցիում արտադրել. պատերազմի վերջում նրանք սկսեցին կալցիում ստանալ վակուում-ջերմային մեթոդով. Ս.Լումիսի տվյալներով՝ դրա արդյունահանումը հասել է օրական 4,5 տոննայի։ Ըստ Minerale Yarbuk-ի՝ Կանադայի Dominium Magnesium ընկերությունը տարեկան արտադրում էր կալցիում.

Վերջին տարիներին կալցիումի արտազատման մասշտաբների մասին տեղեկություններ չկան։

Անուն:*
Էլ. փոստ:
Մեկնաբանություն.

Ավելացնել

27.03.2019

Առաջին հերթին, դուք պետք է որոշեք, թե որքան եք պատրաստ ծախսել գնումների վրա: Փորձագետները սկսնակ ներդրողներին խորհուրդ են տալիս գումար 30 հազար ռուբլուց մինչև 100: Արժե ...

27.03.2019

Մեր ժամանակներում գլորված մետաղը ակտիվորեն օգտագործվում է տարբեր իրավիճակներում: Իրոք, շատ արդյունաբերություններում դա պարզապես անհնար է անել առանց դրա, քանի որ գլորված մետաղական ...

27.03.2019

Օվալաձև պողպատե միջադիրները նախատեսված են ագրեսիվ կրիչներ տեղափոխող կցամասերի և խողովակաշարերի եզրային միացումները կնքելու համար:

26.03.2019

Մեզանից շատերը լսել են համակարգի ադմինիստրատորի նման պաշտոնի մասին, բայց ոչ բոլորը գիտեն, թե կոնկրետ ինչ է նշանակում այս արտահայտությունը ...

26.03.2019

Յուրաքանչյուր մարդ, ով վերանորոգում է իր սենյակը, պետք է մտածի, թե ինչ կառույցներ պետք է տեղադրվեն ներքին տարածքում։ Շուկայում...

26.03.2019

26.03.2019

Այսօր գազի անալիզատորները ակտիվորեն օգտագործվում են նավթի և գազի արդյունաբերության մեջ, կոմունալ ծառայությունների ոլորտում, լաբորատոր համալիրներում անալիզներ իրականացնելու ընթացքում, ...

Կալցիում Ի Կալցիում (կալցիում, կալիում)

Քիմիական տարրերի պարբերական համակարգի II խմբի քիմիական տարր D.I. Մենդելեև; վերաբերում է հողալկալային մետաղներին, ունի բարձր կենսաբանական ակտիվություն։

Կալցիումի ատոմային թիվը 20 է, ատոմային զանգվածը՝ 40,08։ Բնության մեջ հայտնաբերվել են կալցիումի վեց կայուն իզոտոպներ՝ 40, 42, 43, 44, 46 և 48 զանգվածային թվերով։

Կալցիումը քիմիապես ակտիվ է, բնության մեջ այն հանդիպում է միացությունների տեսքով՝ սիլիկատներ (օրինակ՝ ասբեստ), կարբոնատներ (կրաքար, մարմար, կավիճ, կալցիտ, արագոնիտ), սուլֆատներ (գիպս և անհիդրիտ), ֆոսֆորիտ, դոլոմիտ և այլն։ ոսկրային հյուսվածքի հիմնական կառուցվածքային տարրն է (տես ոսկոր) , արյան մակարդման համակարգի կարևոր բաղադրիչ (արյան կոագուլյացիա) , մարդու սննդի անհրաժեշտ տարր՝ պահպանելով մարմնի ներքին միջավայրի էլեկտրոլիտների հոմեոստատիկ հարաբերակցությունը։

Կենդանի օրգանիզմի ամենակարևոր գործառույթներից է նրա մասնակցությունը բազմաթիվ ֆերմենտային համակարգերի աշխատանքին (ներառյալ աջակցող մկանները) նյարդային իմպուլսի փոխանցմանը, մկանների արձագանքին նյարդայինին և գործունեության փոփոխությանը: հորմոնների, որն իրականացվում է ադենիլատ ցիկլազի մասնակցությամբ։

Մարդու մարմինը պարունակում է 1-2 կգկալցիում (մոտ 20 Գ 1-ով կգմարմնի քաշը, նորածինների մոտ 9 գ / կգ): Կալցիումի ընդհանուր քանակի 98-99%-ը գտնվում է ոսկրային և աճառային հյուսվածքի բաղադրության մեջ՝ կարբոնատի, ֆոսֆատի, քլորի, օրգանական թթուների և այլ նյութերի հետ միացությունների տեսքով։ Մնացածը բաշխված է փափուկ հյուսվածքներում (մոտ 20 մգ 100-ի համար Գհյուսվածք) և արտաբջջային հեղուկ։ Արյան պլազման պարունակում է մոտ 2,5 մմոլ / լկալցիում (9-11 մգ/100 մլ) երկու ֆրակցիայի տեսքով՝ չդիֆուզիոն (կոմպլեքսներ սպիտակուցներով) և ցրող (իոնացված Կ. և թթուներով կոմպլեքսներ)։ Սպիտակուցային համալիրները կալցիումի նստվածքի ձև են: Դրանք կազմում են Կ.պլազմայի ընդհանուր քանակի 1/3-ը։ իոնացված K-ն արյան մեջ 1,33 է մմոլ / լկոմպլեքսներ ֆոսֆատներով, կարբոնատներով, ցիտրատներով և այլ օրգանական թթուների անիոններով՝ 0,3 մմոլ / լ... Արյան պլազմայում իոնացված Կ–ի և ֆոսֆատ Կ–ի միջև կա հակադարձ կապ, սակայն ռախիտի դեպքում նկատվում է երկու իոնների կոնցենտրացիայի նվազում, իսկ հիպերպարաթիրեոզի դեպքում՝ աճ։ Բջիջներում Կ–ի հիմնական մասը կապված է բջջաթաղանթների սպիտակուցների և ֆոսֆոլիպիդների և բջջային օրգանելների թաղանթների հետ։ Ca 2+-ի տրանսմեմբրանային փոխադրման կարգավորումը, որում ներգրավված է Ca 2+-ի սպեցիֆիկ կախվածությունը, իրականացվում է վահանաձև գեղձի (վահանաձև գեղձ) և պարաթիրոիդ գեղձերի (պարաթիրոիդ գեղձեր) հորմոնների միջոցով: - պարաթիրոիդ հորմոն և նրա հակառակորդ կալցիտոնին: Պլազմայում իոնացված Կ–ի պարունակությունը կարգավորվում է բարդ մեխանիզմով, որի բաղադրիչներն են (դեպո Կ.), լյարդը (մաղձով) և կալցիտոնինը, ինչպես նաև D (1,25–դիօքսի–խոլեկալցիֆերոլ)։ մեծացնում է K.-ի պարունակությունը և նվազեցնում K. ֆոսֆատի պարունակությունը արյան մեջ՝ սիներգետիկորեն գործելով վիտամին D-ի հետ: Այն առաջացնում է հիպերկալցեմիա՝ մեծացնելով օստեոկլաստների ակտիվությունը և ուժեղացնելով ռեզորբցիան, մեծացնում է Կ.-ի ռեաբսորբցիան ​​երիկամային խողովակներում: Հիպոկալցեմիայի դեպքում պարաթիրոիդ հորմոնը զգալիորեն ավելանում է: , լինելով պարաթիրոիդ հորմոնի անտագոնիստ, հիպերկալցեմիայի դեպքում նվազեցնում է Կ–ի պարունակությունը արյան մեջ և օստեոկլաստների քանակը, ուժեղացնում է երիկամներով ֆոսֆատ Կ–ի արտազատումը։ Կ–ի նյութափոխանակության կարգավորմանը մասնակցում է նաև հիպոֆիզի գեղձը (տես Հիպոֆիզի հորմոններ) , մակերիկամների կեղև (մակերիկամներ) . Օրգանիզմում Կ–ի հոմեոստատիկ կոնցենտրացիայի պահպանումը կոորդինացվում է ք.նս. (հիմնականում հիպոթալամո-հիպոֆիզային համակարգը (հիպոթալամո-հիպոֆիզային համակարգ)) և ինքնավար նյարդային համակարգը:

Մկանների աշխատանքի մեխանիզմում (Muscle work) կարևոր դեր է խաղում Կ. . Այն գործոն է, որը թույլ է տալիս մկանների կծկում. միոպլազմում K. իոնների կոնցենտրացիայի ավելացմամբ Կ.-ն միանում է կարգավորող սպիտակուցին, ինչի արդյունքում այն ​​ունակ է դառնում փոխազդելու միոզինի հետ; միանալով, այս երկու սպիտակուցները ձևավորվում են, և մկանները կծկվում են: Ակտոմիոզինի ձևավորման գործընթացում առաջանում է ATP, որի քիմիական էներգիան ապահովում է մեխանիկական աշխատանքի կատարումը և մասամբ ցրվում է ջերմության տեսքով։ Ամենամեծ կծկվող կմախքը նկատվում է կալցիումի կոնցենտրացիայի դեպքում 10 -6 -10 -7 խալ; K. իոնների կոնցենտրացիայի նվազմամբ (10 -7-ից պակաս խալ) մկանը կորցնում է կարճանալու և լարվելու ունակությունը։ Կ–ի ազդեցությունը հյուսվածքների վրա դրսևորվում է դրանց տրոֆիզմի փոփոխությամբ, ռեդոքս պրոցեսների ինտենսիվությամբ և էներգիայի ձևավորման հետ կապված այլ ռեակցիաներով։ Կ–ի կոնցենտրացիայի փոփոխությունը նյարդային բջիջը լվանող հեղուկում զգալիորեն ազդում է նրա թաղանթների վրա՝ կալիումի իոնների և հատկապես նատրիումի իոնների համար (տես Կենսաբանական թաղանթներ) , իսկ Կ–ի մակարդակի նվազումը առաջացնում է մեմբրանի թափանցելիության բարձրացում նատրիումի իոնների համար և նեյրոնի գրգռվածության բարձրացում։ Կ–ի կոնցենտրացիայի ավելացումը կայունացնող ազդեցություն ունի նյարդային բջջի թաղանթի վրա։ Հաստատվել է Կ–ի դերը նյարդային վերջավորությունների (Մեդիատորների) միջոցով միջնորդների սինթեզի և արտազատման հետ կապված գործընթացներում։ , ապահովելով նյարդային ազդակների սինապտիկ փոխանցում.

Կ–ի աղբյուրը մարմնի համար են. Մեծահասակը պետք է օրական 800-1100 ստանա սննդի հետ մգկալցիում, 7 տարեկանից փոքր երեխաներ՝ մոտ 1000 մգ, 14-18 տարեկան՝ 1400 թ մգ, հղի՝ 1500 մգ,լակտացիա - 1800-2000 թթ մգ... Սննդի մեջ պարունակվող կալցիումը հիմնականում ներկայացված է ֆոսֆատով, այլ միացություններ (կարբոնատ, տարտրատ, Կ.օքսալատ և ֆիտաթթվի կալցիում-մագնեզիումական աղ)՝ շատ ավելի փոքր քանակությամբ։ Ստամոքսում Կ–ի գերակշռող չլուծվող աղերը մասամբ լուծվում են ստամոքսահյութով, ապա ենթարկվում լեղաթթուների ազդեցությանը, որոնք այն վերածում են յուրացման։ Դեպի Հանդիպում է հիմնականում բարակ աղիքի մոտակա հատվածներում։ չափահաս մարդը սննդի հետ սովորում է Կ.-ի ընդունման ընդհանուր քանակի կեսից պակասը։Կ–ի յուրացումը աճում է հղիության և լակտացիայի ժամանակ։ Կ–ի յուրացման վրա ազդում է նրա հարաբերակցությունը ճարպերի, սննդի մագնեզիումի և ֆոսֆորի, վիտամին D–ի և այլ գործոնների հետ։ Ճարպի անբավարար ընդունմամբ առաջանում է կալցիումի ճարպաթթուների աղերի պակաս, որոնք անհրաժեշտ են լեղաթթուների հետ լուծվող բարդույթների առաջացման համար։ Եվ, ընդհակառակը, չափից դուրս յուղոտ մթերքներ օգտագործելիս լեղաթթուները բավարար չեն դրանք լուծելի վիճակի վերածելու համար, ուստի չմարսված կալցիումի զգալի քանակություն է արտազատվում օրգանիզմից։ Սննդի մեջ Կ–ի և ֆոսֆորի օպտիմալ հարաբերակցությունն ապահովում է աճող օրգանիզմի ոսկորների հանքայնացում։ Այս հարաբերակցության կարգավորիչը վիտամին D-ն է, որը բացատրում է երեխաների մոտ դրա կարիքի ավելացումը։

Կ–ի արտազատման եղանակը կախված է սննդակարգի բնույթից՝ սննդակարգում թթվային ռեակցիա ունեցող մթերքների (միս, հաց, հացահատիկային ուտեստներ) գերակշռման դեպքում ավելանում է Կ–ի արտազատումը մեզով, իսկ մթերքների. ալկալային ռեակցիայով (կաթնամթերք, մրգեր, բանջարեղեն) - կղանքով: Նույնիսկ արյան մեջ դրա պարունակության աննշան աճը հանգեցնում է մեզի մեջ Կ.-ի արտազատման ավելացմանը։

Կ–ի ավելցուկը կամ դրա անբավարարությունը () օրգանիզմում կարող է լինել մի շարք պաթոլոգիական վիճակների պատճառ կամ հետևանք։ Այսպիսով, հիպերկալցեմիան առաջանում է Կ.-ի աղերի չափից ավելի ընդունմամբ, աղիներում Կ.-ի կլանման ավելացմամբ, երիկամներով դրա արտազատման նվազմամբ, վիտամին D-ի սպառման ավելացմամբ և դրսևորվում է աճի դանդաղումով, անորեքսիայով, փորկապությամբ, ծարավով, պոլիուրիայով: , մկանային հիպոթենզիա, հիպերֆլեքսիա։ Երկարատև հիպերկալցեմիայի դեպքում զարգանում է կալցիֆիկացում , զարկերակային, նեֆրոպաթիա: նկատվում է մի շարք հիվանդությունների դեպքում, որոնք ուղեկցվում են հանքային նյութափոխանակության խախտմամբ (տես Ռախիտ , օստեոմալացիա) , համակարգային ոսկրային սարկոիդոզ և բազմակի միելոմա, Իցենկո-Քուշինգի հիվանդություն, ակրոմեգալիա, հիպոթիրեոզ, չարորակ ուռուցքներ, հատկապես ոսկրային մետաստազների առկայության դեպքում, հիպերպարաթիրեոզ: Հիպերկալցեմիան սովորաբար կապված է դրա հետ: Հիպոկալցեմիան կլինիկականորեն դրսևորվում է տետանիայով (տետանիա) , կարող է առաջանալ հիպոպարաթիրեոզի, իդիոպաթիկ տետանիայի (սպազմոֆիլիայի), ստամոքս-աղիքային համակարգի հիվանդությունների, երիկամների քրոնիկ անբավարարության, շաքարային դիաբետի, Ֆանկոնի-Ալբերտինիի համախտանիշի, հիպովիտամինոզ Դ. գլյուկոնատով, կալցիումի լակտատով, կալցիումով, կալցիումի կարբոնատով:

Արյան շիճուկում, մեզում և կղանքում Կ–ի պարունակության որոշումը որոշ հիվանդությունների համար ծառայում է որպես օժանդակ ախտորոշիչ թեստ։ Կենսաբանական հեղուկների ուսումնասիրության համար օգտագործվում են ուղղակի և անուղղակի մեթոդներ։ Անուղղակի մեթոդները հիմնված են Կ.-ի նախնական տեղումների վրա՝ ամոնիումի օքսալատով, քլորանիլատով կամ պիկրոլենատով և հետագա ծանրաչափական, տիտրաչափական կամ գունաչափական որոշմամբ: Ուղղակի մեթոդները ներառում են կոմպլեքսաչափական տիտրացիա էթիլենդիամին տետրացետատի կամ էթիլենգլիկոլ տետրացետի և մետաղական ցուցիչների առկայության դեպքում, օրինակ՝ մուրեքսիդ (Greenblatt-Hartman մեթոդ), ֆտորեքսոն, մուգ կապույտ թթու քրոմ, կալցիում և այլն, գունամետրիկ մեթոդներ՝ օգտագործելով alizarinokegocegocegooliegocom. բիս-2-օքսյանիլ; ֆտորաչափական մեթոդներ, բոցի լուսաչափության մեթոդ; ատոմային կլանման սպեկտրոմետրիա (մինչև 0,0001% կալցիումի որոշման առավել ճշգրիտ և զգայուն մեթոդ); մեթոդ, օգտագործելով իոնային ընտրովի էլեկտրոդներ (թույլ է տալիս հաստատել կալցիումի իոնների ակտիվությունը): Արյան շիճուկում իոնացված Կ.-ի պարունակությունը կարելի է որոշել տվյալների միջոցով) ընդհանուր Կ.-ի և ընդհանուր սպիտակուցի կոնցենտրացիան՝ օգտագործելով էմպիրիկ բանաձևը՝ կալցիումի տոկոսը, որը կապված է սպիտակուցին = 8 () + 2 () + 3 Գ/100 մլ.

Մատենագիտություն:Կոստյուկ Պ.Գ. Կալցիում և բջջային, Մ., 1986, bibliogr .; Լաբորատոր հետազոտության մեթոդները կլինիկայում, խմբ. Վ.Վ. Մենշիկովը, ս. 59, 265, Մ., 1987; Կարգավորում և կալցիումի իոններ, խմբ. Մ.Դ. Կուրսկին և ուրիշներ, Կիև, 1977; Ռոմանենկո Վ.Դ. կալցիումի նյութափոխանակություն, Կիև, 1975, մատեն.

II Կալցիում (կալցիում; Ca)

Պարբերական համակարգի II խմբի քիմիական տարր D.I. Մենդելեև; ատոմային համարը 20, ատոմային քաշը 40,08; ունի բարձր կենսաբանական ակտիվություն; արյան մակարդման համակարգի կարևոր բաղադրիչն է. ոսկրային հյուսվածքի մի մասն է; կալցիումի տարբեր միացություններ օգտագործվում են որպես դեղամիջոց։

1. Փոքր բժշկական հանրագիտարան. - Մ.: Բժշկական հանրագիտարան: 1991-96 թթ 2. Առաջին օգնություն. - Մ.: Ռուսական մեծ հանրագիտարան: 1994 3. Բժշկական տերմինների հանրագիտարանային բառարան. - Մ.: Խորհրդային հանրագիտարան: - 1982-1984 թթ.

Հոմանիշներ:

- (կալցիում), Ca, պարբերական համակարգի II խմբի քիմիական տարր, ատոմային թիվ 20, ատոմային զանգված 40,08; վերաբերում է հողալկալային մետաղներին. tm 842shC. Պարունակվում է ողնաշարավորների ոսկրային հյուսվածքում, փափկամարմինների կեղևներում, ձվի կճեպով։ Կալցիում ... ... Ժամանակակից հանրագիտարան

Մետաղը արծաթափայլ սպիտակ է, ճկուն, ճկուն, օդում արագ օքսիդացող։ Հալման ջերմաստիճանը pa 800 810 °. Բնության մեջ այն հանդիպում է տարբեր աղերի տեսքով, որոնք կազմում են կավիճի, կրաքարի, մարմարի, ֆոսֆորիտների, ապատիտների, գիպսի և այլնի նստվածքներ։ ճանապարհ...... Տեխնիկական երկաթուղային բառարան

- (լատ. Կալցիում) Ca, պարբերական համակարգի II խմբի քիմիական տարր, ատոմային թիվ 20, ատոմային զանգված 40,078, վերաբերում է հողալկալային մետաղներին։ Անունը լատիներեն calx, սեռական calcis lime-ից է։ Արծաթագույն-սպիտակ մետաղ, ... ... Մեծ Հանրագիտարանային բառարան

- (Ca խորհրդանիշ), լայնորեն տարածված արծաթափայլ սպիտակ մետաղ ԱԼԿԱԼԱՅԻՆ ԵՐԿՐԻ խմբից, առաջին անգամ մեկուսացվել է 1808 թվականին: Այն հայտնաբերվել է բազմաթիվ ապարներում և հանքանյութերում, հատկապես կրաքարում և գիպսում, ինչպես նաև ոսկորներում: Օրգանիզմում այն ​​նպաստում է ... ... Գիտատեխնիկական հանրագիտարանային բառարան

Ca (լատ. Calx, սեռ. Case calcis lime * A. calcium; N. Kalzium; F. calcium; I. calcio), քիմ. II խմբի պարբերականի տարր. Մենդելեևյան համակարգ, ատ.ն. 20, ժ. մ 40.08. Բաղկացած է վեց կայուն իզոտոպներից՝ 40Ca (96.97%), 42Ca (0.64%), ... ... Երկրաբանական հանրագիտարան

ԿԱԼՑԻՈՒՄ, կալցիում, շատ ուրիշներ։ ոչ, ամուսին: (լատիներեն calx lime-ից) (քիմիական)։ Քիմիական տարրը կրաքարի մեջ պարունակվող արծաթափայլ սպիտակ մետաղ է։ Ուշակովի բացատրական բառարան. Դ.Ն. Ուշակովը։ 1935 1940 ... Ուշակովի բացատրական բառարան Ֆիզիկական հանրագիտարան

Ներածություն

Կալցիումի հատկությունները և օգտագործումը

1 Ֆիզիկական հատկություններ

2 Քիմիական հատկություններ

3 Դիմում

Կալցիում ստանալը

1 Կալցիումի և դրա համաձուլվածքների էլեկտրոլիտիկ արտադրություն

2 Ջերմային արտադրություն

3 Կալցիում ստանալու վակուում-ջերմային մեթոդ

3.1 Կալցիումի վերականգնման ալյումինաթերմիկ մեթոդ

3.2 Կալցիումի վերականգնման սիլիկոտերմային մեթոդ

Գործնական մաս

Մատենագիտություն

Ներածություն

Մենդելեևի պարբերական համակարգի II խմբի քիմիական տարր, ատոմային թիվ 20, ատոմային զանգված 40,08; արծաթ-սպիտակ բաց մետաղ։ Բնական տարրը վեց կայուն իզոտոպների խառնուրդ է. 40Ca, 42Ca, 43Ca, 44Ca, 46Ca և 48Ca, որից ամենատարածվածը 40 Ca (96, 97%):

Կալիումի միացությունները՝ կրաքար, մարմար, գիպս (ինչպես նաև կրաքարը՝ կրաքարի թրծման արգասիք) հին ժամանակներում արդեն օգտագործվել են շինարարական արդյունաբերության մեջ։ Մինչև 18-րդ դարի վերջը քիմիկոսները կրաքարը համարում էին պարզ մարմին։ 1789 թվականին Ա.Լավուազյեն առաջարկեց, որ կրաքարը, մագնեզիան, բարիտը, կավահողն ու սիլիցիումը բարդ նյութեր են։ 1808թ.-ին Գ.Դեյվին, սնդիկի օքսիդով թաց հանգցված կրաքարի խառնուրդը սնդիկի կաթոդով էլեկտրոլիզի ենթարկելով, պատրաստեց Ca ամալգամ և դրանից սնդիկը հանելուց հետո ստացավ «Կալցիում» կոչվող մետաղ (լատիներեն calx, genus): կալցիս - կրաքարի) ...

Կալցիումի` թթվածինն ու ազոտը կապելու ունակությունը հնարավորություն տվեց այն օգտագործել իներտ գազերի մաքրման և որպես ստացող (Getter-ը նյութ է, որն օգտագործվում է գազերը կլանելու և էլեկտրոնային սարքերում խորը վակուում ստեղծելու համար): Վակուումային ռադիոսարքավորումներում:

Կալցիումն օգտագործվում է նաև պղնձի, նիկելի, հատուկ պողպատների և բրոնզների մետալուրգիայում; դրանք կապված են ծծմբի, ֆոսֆորի, ավելցուկային ածխածնի վնասակար կեղտերի հետ։ Նույն նպատակների համար օգտագործվում են կալցիումի համաձուլվածքներ սիլիցիումով, լիթիումով, նատրիումով, բորով և ալյումինով։

Արդյունաբերության մեջ կալցիումը ստացվում է երկու եղանակով.

) CaO-ի և Al-ի փոշու բրիկետավորված խառնուրդը տաքացնել 1200°C ջերմաստիճանում 0,01 - 0,02 մմ վակուումում։ rt. Արվեստ; արտանետվում է ռեակցիայի միջոցով.

CaO + 2Al = 3CaO Al2O3 + 3Ca

Կալցիումի գոլորշին խտանում է սառը մակերեսի վրա:

Cu-Ca համաձուլվածքը (65% Ca) պատրաստվում է CaCl2-ի և KCl-ի հալվածքի էլեկտրոլիզով հեղուկ պղնձի-կալցիումի կաթոդով, որից կալցիումը թորվում է 950-1000°C ջերմաստիճանում 0,1- վակուումում: 0,001 մմ Hg:

Մշակվել է նաև կալցիումի կարբիդի CaC2 ջերմային տարանջատման միջոցով կալցիումի արտադրության մեթոդ:

Կալցիումը բնության մեջ առատ է տարբեր միացությունների տեսքով։ Երկրակեղևում այն ​​զբաղեցնում է հինգերորդ տեղը՝ կազմելով 3,25%, և առավել հաճախ հանդիպում է CaCO կրաքարի տեսքով։ 3, դոլոմիտ CaCO 3Mg CO 3, գիպս CaSO 42Հ 2O, ֆոսֆորիտ Ca 3(PO 4)2 և ֆտորպար CaF 2, չհաշված կալցիումի զգալի մասնաբաժինը սիլիկատային ապարների բաղադրության մեջ։ Ծովի ջուրը պարունակում է միջինը 0,04% (քաշ) կալցիում։

Այս կուրսային աշխատանքում ուսումնասիրվում են կալցիումի հատկությունները և օգտագործումը, ինչպես նաև մանրամասն դիտարկվում են դրա արտադրության վակուումային-ջերմային մեթոդների տեսությունն ու տեխնոլոգիան:

. Կալցիումի հատկությունները և օգտագործումը

.1 Ֆիզիկական հատկություններ

Կալցիումը արծաթագույն-սպիտակ մետաղ է, բայց օդում աղտոտվում է իր մակերեսին օքսիդի առաջացման պատճառով: Դա ճկուն մետաղ է, որն ավելի կարծր է, քան կապարը։ Բյուրեղյա բջիջ ?-ձևը Ca (կայուն շրջակա միջավայրի ջերմաստիճանում) դեմքի կենտրոնացված խորանարդ, a = 5.56 Å ... Ատոմային շառավիղ 1,97 Å , իոնային շառավղով Ca 2+, 1,04Å ... Խտությունը 1,54 գ / սմ 3(20 ° C): 464 ° C-ից բարձր, վեցանկյուն ?-ձեւը. tp 851 ° C, tp 1482 ° C; Գծային ընդարձակման ջերմաստիճանի գործակիցը 22 10 -6 (0-300 ° C); ջերմային հաղորդունակություն 20 ° C 125.6 W / (m · K) կամ 0.3 cal / (սմ · վրկ · ° C); հատուկ ջերմություն (0-100 ° C) 623.9 J / (kg K) կամ 0.149 կալ / (g ° C); էլեկտրական դիմադրողականություն 20 ° C-ում 4.6 10 -8ohm m կամ 4.6 10 -6 օմ սմ; Էլեկտրական դիմադրության ջերմաստիճանի գործակիցը 4.57 · 10-3 (20 ° C): Էլաստիկ մոդուլ 26 Գն / մ 2(2600 կգ/մմ 2); առաձգական ուժ 60 MN / մ 2(6 կգ/մմ 2); առաձգական սահմանը 4 MN / մ 2(0,4 կգ/մմ 2), զիջման ուժ 38 MN / մ 2(3,8 կգ/մմ 2); երկարացում 50%; Brinell կարծրություն 200-300 Mn / մ 2(20-30 կգ/մմ 2): Բավականաչափ բարձր մաքրության կալցիումը պլաստմասսա է, լավ սեղմված, գլորված և ենթակա է կտրման:

1.2 Քիմիական հատկություններ

Կալցիումը ակտիվ մետաղ է։ Այսպիսով, նորմալ պայմաններում այն ​​հեշտությամբ փոխազդում է մթնոլորտային թթվածնի և հալոգենների հետ.

Ca + O 2= 2 CaO (կալցիումի օքսիդ) (1)

Ca + Br 2= CaBr 2(կալցիումի բրոմիդ): (2)

Տաքանալիս կալցիումը փոխազդում է ջրածնի, ազոտի, ծծմբի, ֆոսֆորի, ածխածնի և այլ ոչ մետաղների հետ.

Ca + H 2= CaH 2(կալցիումի հիդրիդ) (3)

Ca + N 2= Ca 3Ն 2(կալցիումի նիտրիդ) (4)

Ca + S = CaS (կալցիումի սուլֆիդ) (5)

Ca + 2 P = Ca 3Ռ 2(կալցիումի ֆոսֆիդ) (6)

Ca + 2 C = CaC 2 (կալցիումի կարբիդ) (7)

Կալցիումը դանդաղ արձագանքում է սառը ջրի հետ, իսկ տաք ջրի հետ՝ շատ աշխույժ՝ տալով ամուր հիմք Ca (OH) 2: :

Ca + 2 H 2O = Ca (OH) 2 + Հ 2 (8)

Լինելով էներգետիկ վերականգնող նյութ՝ կալցիումը կարող է հեռացնել թթվածինը կամ հալոգենները օքսիդներից և պակաս ակտիվ մետաղների հալոգենիդներից, այսինքն՝ ունի վերականգնող հատկություններ.

Ca + Nb 2O5 = CaO + 2 Nb; (ինը)

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

Կալցիումը թթուների հետ ակտիվորեն փոխազդում է ջրածնի էվոլյուցիայի հետ, փոխազդում է հալոգենների հետ, չոր ջրածնի հետ՝ առաջացնելով CaH հիդրիդ։ 2... Տաքացնելիս կալցիումը գրաֆիտի հետ առաջացնում է CaC կարբիդ 2... Կալցիումն առաջանում է հալված CaCl-ի էլեկտրոլիզից 2կամ վակուումի ալյումինջերմային նվազեցում.

6CaO + 2Al = 3Ca + 3CaO Al2 Օ 3 (11)

Մաքուր մետաղը օգտագործվում է Cs, Rb, Cr, V, Zr, Th, U միացությունները մետաղների վերածելու, պողպատների դօքսիդացման համար։

1.3 Կիրառում

Կալցիումը աճող կիրառություն է գտնում տարբեր ոլորտներում: Վերջերս այն մեծ նշանակություն է ձեռք բերել որպես վերականգնող նյութ մի շարք մետաղների պատրաստման գործում։

Մաքուր մետալիկ։ ուրան ստացվում է ուրանի ֆտորիդը մետաղական կալցիումով վերականգնելու արդյունքում։ Կալցիումը կամ նրա հիդրիդները կարող են օգտագործվել տիտանի օքսիդները, ինչպես նաև ցիրկոնիումի, թորիումի, տանտալի, նիոբիումի և այլ հազվագյուտ մետաղների օքսիդները նվազեցնելու համար։

Կալցիումը լավ դեօքսիդացնող և գազազերծող է պղնձի, նիկելի, քրոմ-նիկելային համաձուլվածքների, հատուկ պողպատների, նիկելի և անագի բրոնզների արտադրության մեջ. այն մետաղներից և համաձուլվածքներից հեռացնում է ծծումբը, ֆոսֆորը, ածխածինը։

Կալցիումը բիսմուտի հետ առաջացնում է հրակայուն միացություններ, հետևաբար այն օգտագործվում է բիսմութից կապարը մաքրելու համար։

Կալցիումը ավելացվում է տարբեր թեթև համաձուլվածքների մեջ։ Այն օգնում է բարելավել ձուլակտորների մակերեսը, նուրբությունը և նվազեցնել օքսիդացումը:

Տարածված են կալցիում պարունակող կրող համաձուլվածքները։ Կապարի համաձուլվածքները (0,04% Ca) կարող են օգտագործվել մալուխի պատյանների արտադրության համար:

Տեխնոլոգիայում օգտագործվում են կալցիումի հակաշփման համաձուլվածքներ կապարի հետ: Կալցիումի հանքանյութերը լայնորեն կիրառվում են։ Այսպիսով, կրաքարն օգտագործվում է կրի, ցեմենտի, սիլիկատային աղյուսների արտադրության մեջ և ուղղակիորեն որպես շինանյութ, մետալուրգիայում (հոսք), քիմիական արդյունաբերության մեջ՝ կալցիումի կարբիդի, սոդայի, կաուստիկ սոդայի, սպիտակեցնող նյութի, պարարտանյութերի արտադրության մեջ։ շաքարի, ապակու արտադրություն.

Գործնական նշանակություն ունեն կավիճը, մարմարը, իսլանդական սպարը, գիպսը, ֆտորիտը և այլն։ Թթվածինն ու ազոտը կապելու ունակության շնորհիվ կալցիումը կամ կալցիումի համաձուլվածքները նատրիումի և այլ մետաղների հետ օգտագործվում են ազնիվ գազերի մաքրման համար և որպես վակուումային ռադիոսարքավորումների ստացող։ Կալցիումն օգտագործվում է նաև հիդրիդ արտադրելու համար, որը դաշտում ջրածնի աղբյուր է։

2. Կալցիում ստանալը

Կալցիում ստանալու մի քանի եղանակ կա, դրանք են՝ էլեկտրոլիտիկ, ջերմային, վակուումային ջերմային։

.1 Կալցիումի և դրա համաձուլվածքների էլեկտրոլիտիկ արտադրություն

Մեթոդի էությունը կայանում է նրանում, որ կաթոդը սկզբում դիպչում է հալած էլեկտրոլիտին: Շփման վայրում առաջանում է կաթոդը լավ թրջող հեղուկ մետաղի կաթիլ, որը կաթոդը դանդաղ ու միատեսակ բարձրանալիս նրա հետ միասին հանվում է հալոցքից և ամրանում։ Այս դեպքում ամրացնող կաթիլը ծածկված է պինդ էլեկտրոլիտային թաղանթով, որը պաշտպանում է մետաղը օքսիդացումից և ազոտումից։ Անընդհատ և զգույշ բարձրացնելով կաթոդը, կալցիումը քաշվում է ձողերի մեջ:

2.2 Ջերմային պատրաստում

կալցիում քիմիական էլեկտրոլիտիկ ջերմային

· Քլորիդային պրոցես. Տեխնոլոգիան բաղկացած է կալցիումի քլորիդի հալումից և ջրազրկումից, կապարի հալումից, կապարի-նատրիումի կրկնակի համաձուլվածքի ստացումից, կապար-նատրիում-կալցիում եռակի համաձուլվածքի ստացումից և աղերը հեռացնելուց հետո եռակի խառնուրդը կապարով նոսրացնելուց: Կալցիումի քլորիդի հետ ռեակցիան ընթանում է ըստ հավասարման

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

· Կարբիդի գործընթաց. Կապարի և կալցիումի համաձուլվածքի արտադրությունը հիմնված է կալցիումի կարբիդի և հալած կապարի միջև ռեակցիայի վրա՝ համաձայն հավասարման

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

2.3 Կալցիում ստանալու վակուում-ջերմային մեթոդ

Հումք վակուումային ջերմային մեթոդի համար

Կալցիումի օքսիդի ջերմային վերացման հումքը կրաքարն է, որը ստացվում է կրաքարի կալցինացման արդյունքում։ Հումքի հիմնական պահանջները հետևյալն են. կրաքարը պետք է լինի հնարավորինս մաքուր և պարունակի նվազագույն կեղտեր, որոնք կարող են կրճատվել և վերածվել մետաղի կալցիումի, հատկապես ալկալային մետաղների և մագնեզիումի հետ միասին: Կրաքարի կալցինացումը պետք է իրականացվի մինչև կարբոնատի ամբողջական տարրալուծումը, բայց ոչ մինչև դրա թրծումը, քանի որ սինթրած նյութի կրճատելիությունը ավելի ցածր է: Այրված արտադրանքը պետք է պաշտպանված լինի խոնավության և ածխածնի երկօքսիդի կլանումից, որի արտազատումը վերականգնման ընթացքում նվազեցնում է գործընթացի արդյունավետությունը: Կրաքարի կալցինացման և կալցինացված արտադրանքի մշակման տեխնոլոգիան նման է դոլոմիտի մշակմանը մագնեզիումի արտադրության համար սիլիկոջերմային եղանակով:

.3.1 Կալցիումի վերականգնման ալյումինաթերմիկ մեթոդ

Մի շարք մետաղների օքսիդացման ազատ էներգիայի փոփոխության ջերմաստիճանային կախվածության դիագրամը (նկ. 1) ցույց է տալիս, որ կալցիումի օքսիդը ամենադիմացկուն և դժվար վերականգնվող օքսիդներից է։ Այն չի կարող կրճատվել այլ մետաղներով սովորական եղանակով` համեմատաբար ցածր ջերմաստիճանի և մթնոլորտային ճնշման դեպքում: Ընդհակառակը, կալցիումն ինքնին հիանալի վերականգնող նյութ է այլ դժվար վերականգնվող միացությունների համար և դեօքսիդացնող նյութ շատ մետաղների և համաձուլվածքների համար: Կալցիումի օքսիդի կրճատումը ածխածնի հետ ընդհանրապես անհնար է կալցիումի կարբիդների առաջացման պատճառով։ Այնուամենայնիվ, հաշվի առնելով այն փաստը, որ կալցիումը ունի համեմատաբար բարձր գոլորշի ճնշում, դրա օքսիդը կարող է վակուումում կրճատվել ալյումինի, սիլիցիումի կամ դրանց համաձուլվածքների հետ՝ ըստ ռեակցիայի։

CaO + Ես? Ca + MeO (14):

Մինչ այժմ գործնական կիրառություն է գտել կալցիումի ստացման ալյումինոթերմային մեթոդը, քանի որ CaO-ն ալյումինով վերականգնելն ավելի հեշտ է, քան սիլիցիումով։ Ալյումինի հետ կալցիումի օքսիդի վերացման քիմիայի վերաբերյալ տարբեր տեսակետներ կան։ L. Pidgeon-ը և I. Atkinson-ը կարծում են, որ ռեակցիան ընթանում է կալցիումի մոնոալյումինատի ձևավորմամբ.

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

Վ.Ա.Պազուխինը և Ա.Յա.Ֆիշերը նշում են, որ գործընթացն ընթանում է տրիկալցիումի ալյումինատի ձևավորմամբ.

CaO + 2Al = 3CaO Al 2Օ 3+ 3 Ca. (16)

Ըստ Ա.Ի.

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

A. Yu. Taits-ի և A. I. Voinitskiy-ի վերջին հետազոտությունները ցույց են տվել, որ կալցիումի ալյումինջերմային նվազեցումը ընթանում է աստիճանաբար: Սկզբում կալցիումի արտազատումը ուղեկցվում է 3CaO AI-ի առաջացմամբ 2Օ 3, որն այնուհետև փոխազդում է կալցիումի օքսիդի և ալյումինի հետ՝ առաջացնելով 3CaO 3AI 2Օ 3... Ռեակցիան ընթանում է հետևյալ կերպ.

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

(3ՍաՕ Ալ 2Օ 3) + 2СаО + 2Аl = 5СаО 3Al 2Օ 3+ 3 Ca

CaO + 6A1 = 5CaO 3Al 2Օ 3+ 9 Սա

Քանի որ օքսիդի կրճատումը տեղի է ունենում գոլորշի կալցիումի արտազատմամբ, իսկ ռեակցիայի մնացած արտադրանքները գտնվում են խտացված վիճակում, հեշտ է այն առանձնացնել և խտացնել վառարանի սառեցված հատվածներում: Կալցիումի օքսիդի վակուումային-ջերմային նվազեցման համար պահանջվող հիմնական պայմաններն են բարձր ջերմաստիճանը և ցածր մնացորդային ճնշումը համակարգում: Ստորև բերված է ջերմաստիճանի և հավասարակշռված կալցիումի գոլորշու ճնշման միջև կապը: 1124-1728 ° K ջերմաստիճանի համար հաշվարկված ռեակցիայի ազատ էներգիան (17) արտահայտված է.

Ֆ Տ = 184820 + 6,95T-12,1 Տ լոգ Տ.

Հետևաբար, կալցիումի գոլորշիների ճնշման լոգարիթմական կախվածությունը (մմ ս.ս.)

Lg p = 3,59 - 4430 \ Տ.

L. Pidgeon-ը և I. Atkinson-ը փորձնականորեն որոշել են կալցիումի հավասարակշռության գոլորշի ճնշումը: Կալցիումի օքսիդի ալյումինով կրճատման մանրամասն թերմոդինամիկ վերլուծություն է իրականացվել Ի.Ի.Մատվեենկոյի կողմից, ով տվել է կալցիումի գոլորշու հավասարակշռության ճնշման հետևյալ ջերմաստիճանային կախվածությունները.

Lg p Ca (1) = 8,64 - 12930 \ T մմ Hg

Lg p Ca (2) = 8,62 - 11780 \ T մմ Hg

Lg p Ca (3 )= 8,75 - 12500 \ T մմ Hg

Հաշվարկված և փորձարարական տվյալները համեմատվում են աղյուսակում: 1.

Աղյուսակ 1- Ջերմաստիճանի ազդեցությունը կալցիումի գոլորշիների հավասարակշռության ճնշման փոփոխության վրա համակարգերում (1), (2), (3), (3), մմ ս.ս.

Ջերմաստիճանը ° C Փորձարկման տվյալներ Հաշվարկված համակարգերում (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

Ներկայացված տվյալներից երևում է, որ (2) և (3) կամ (3") համակարգերում փոխազդեցությունները գտնվում են առավել բարենպաստ պայմաններում, ինչը համապատասխանում է դիտարկումներին, քանի որ կալցիումի օքսիդի վերականգնումից հետո լիցքի մնացորդներում. գերակշռում են ալյումինը, հնգկալցիումի եռալյումինատը և տրիկալցիումի ալյումինատը։

Հավասարակշռության առաձգականության մասին տվյալները ցույց են տալիս, որ կալցիումի օքսիդի վերականգնումը ալյումինի հետ հնարավոր է 1100-1150 ° C ջերմաստիճանում: Գործնականորեն ընդունելի ռեակցիայի արագության հասնելու համար Աճի համակարգում մնացորդային ճնշումը պետք է ցածր լինի հավասարակշռության ճնշման P-ից: հավասար , այսինքն՝ անհավասարությունը Պ հավասար > Պ ոստ , և գործընթացը պետք է իրականացվի 1200 ° կարգի ջերմաստիճանում: Ուսումնասիրությունները ցույց են տվել, որ 1200-1250 ° ջերմաստիճանի դեպքում ձեռք է բերվում ալյումինի բարձր օգտագործում (մինչև 70-75%) և ցածր հատուկ սպառում (մոտ 0,6-0,65 կգ մեկ կգ կալցիումի համար):

Գործընթացի քիմիայի վերը նշված մեկնաբանության համաձայն, օպտիմալ բաղադրությունը մնացորդում 5СаО 3Al-ի առաջացման համար հաշվարկված լիցքն է։ 2Օ 3... Ալյումինի օգտագործման աստիճանը բարձրացնելու համար օգտակար է տալ կալցիումի օքսիդի որոշակի ավելցուկ, բայց ոչ շատ մեծ (10-20%), հակառակ դեպքում դա բացասաբար կանդրադառնա գործընթացի այլ ցուցանիշների վրա։ Ալյումինի մանրացման աստիճանի 0,8-0,2 մմ մասնիկներից մինչև մինուս 0,07 մմ (ըստ Վ. Ա. Պազուխինի և Ա. Յա. Ֆիշերի) աճի դեպքում ալյումինի օգտագործումը ռեակցիայում ավելանում է 63,7-ից մինչև 78%:

Ալյումինի օգտագործման վրա ազդում է նաև լիցքավորման բրիկետավորման ռեժիմը: Կրաքարի և ալյումինի փոշի խառնուրդը պետք է բրիկետավորվի առանց կապող նյութերի (վակուումում գազի էվոլյուցիայից խուսափելու համար) 150 կգ/սմ ճնշման տակ։ 2... Ավելի ցածր ճնշման դեպքում ալյումինի օգտագործումը նվազում է չափազանց ծակոտկեն բրիկետներում հալած ալյումինի տարանջատման պատճառով, իսկ ավելի բարձր ճնշման դեպքում՝ գազի վատ թափանցելիության պատճառով: Վերականգնման ամբողջականությունն ու արագությունը նույնպես կախված են ռետորտի բրիկետների խտությունից: Դրանք առանց բացերի դնելիս, երբ ամբողջ վանդակի գազի թափանցելիությունը ցածր է, զգալիորեն կրճատվում է ալյումինի օգտագործումը։

Նկար 2 - Վակուում-ջերմային մեթոդով կալցիումի ստացման սխեմա:

Ալյումինի ջերմային գործընթացի տեխնոլոգիա

Ալյումինաջերմային մեթոդով կալցիումի արտադրության տեխնոլոգիական սխեման ներկայացված է Նկ. 2. Որպես հումք օգտագործվում է կրաքարը, իսկ որպես վերականգնող նյութ՝ առաջնային (ավելի լավ) կամ երկրորդային ալյումինից պատրաստված ալյումինի փոշի։ Որպես վերականգնող նյութ օգտագործվող ալյումինը, ինչպես նաև հումքը, չպետք է պարունակի հեշտությամբ ցնդող մետաղների՝ մագնեզիում, ցինկ, ալկալիներ և այլն կեղտեր, որոնք կարող են գոլորշիանալ և վերածվել կոնդենսատի։ Սա պետք է հաշվի առնել երկրորդական ալյումինի դասակարգերի ընտրության ժամանակ:

Ըստ S. Loomis-ի և P. Staub-ի նկարագրության՝ ԱՄՆ-ում Քանանի New England Lime Co.-ի գործարանում (Կոնեկտիկուտ) կալցիում են ստանում ալյումինջերմային մեթոդով։ Օգտագործվում է հետևյալ բնորոշ բաղադրության կրաքարը,%՝ 97,5 CaO, 0,65 MgO, 0,7SiO: 2, 0,6 Ֆե 2Oz + AlO3, 0,09 Na 2O + K 2Օ, 0,5-ը մնացածն է: Այրված արտադրանքը աղացած է Ռեյմոնդի ջրաղացում՝ կենտրոնախույս բաժանարարով, մանրացման նուրբությունը (60%) մինուս 200 ցանց: Որպես նվազեցնող նյութ օգտագործվում է ալյումինի փոշին, որը թափոն է ալյումինի փոշու արտադրության մեջ։ Փակ վազորդներից այրված կրաքարը և թմբուկներից ալյումինը սնվում են խմբաքանակի մասշտաբով, այնուհետև խառնիչով: Խառնելուց հետո լիցքը չոր բրիկետավորվում է։ Նշված գործարանում կալցիումը կրճատվում է ռետորտային վառարաններում, որոնք նախկինում օգտագործվում էին սիլիկոջերմային մեթոդով մագնեզիում ստանալու համար (նկ. 3)։ Վառարանները ջեռուցվում են գեներատոր գազով։ Յուրաքանչյուր վառարան ունի 20 հորիզոնական ռետորներ՝ պատրաստված հրակայուն պողպատից, որոնք պարունակում են 28% Cr և 15% Ni:

Գծապատկեր 3- Կալցիումի արտադրության ռետորտային վառարան

Ռետորտի երկարությունը 3 մ, տրամագիծը՝ 254 մմ, պատի հաստությունը՝ 28 մմ։ Վերականգնումը տեղի է ունենում ռետորտի տաքացված մասում և խտացում է տեղի ունենում խոսքից դուրս ցցված սառեցված ծայրում։ Բրիկետները թղթե տոպրակների մեջ ներմուծվում են ռետորտի մեջ, այնուհետև տեղադրվում են կոնդենսատորները և փակվում է ռետորտը: Օդը տարհանվում է մեխանիկական վակուումային պոմպերով ցիկլի սկզբում: Այնուհետև դիֆուզիոն պոմպերը միացված են, և մնացորդային ճնշումը կրճատվում է մինչև 20 մկմ:

Ռետորները ջեռուցվում են մինչև 1200 °: 12 ժամ հետո. բեռնումից հետո ռեպորտաժները բացվում և բեռնաթափվում են: Ստացված կալցիումը ունի պողպատե թևի մակերեսին նստած խոշոր բյուրեղների խիտ զանգվածի խոռոչ գլանի ձև: Կալցիումի հիմնական անմաքրությունը մագնեզիումն է, որն առաջին հերթին կրճատվում է և հիմնականում կենտրոնանում է աստառին հարող շերտում։ Միջին հաշվով, կեղտերի պարունակությունը կազմում է. 0,5-1% Mg, մոտ 0,2% Al, 0,005-0,02% Mn, մինչև 0,02% N, այլ կեղտեր - Cu, Pb, Zn, Ni, Si, Fe - հանդիպում են 0,005-0,04% միջակայքում: A. Yu. Taits և A.I. էլեկտրաէներգիայի սպառումը 14 կՎտ / ժամ 1 կգ մետաղի համար:

Ստացված մետաղը, բացառությամբ մագնեզիումի կեղտերի, ուներ համեմատաբար բարձր մաքրություն։ Նրանում միջինում կեղտերի պարունակությունը կազմել է՝ 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% Ալ.

2.3.2 Սիլիկոջերմային վերականգնման մեթոդ կալցիում

Սիլիկոտերմային մեթոդը շատ գայթակղիչ է. վերականգնող նյութը ֆերոսիլիցիումն է, ռեագենտը շատ ավելի էժան է, քան ալյումինը: Այնուամենայնիվ, սիլիկոջերմային գործընթացն ավելի դժվար է իրականացնել, քան ալյումինոթերմայինը: Սիլիցիումով կալցիումի օքսիդի վերականգնումն ընթանում է ըստ հավասարման

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

Կալցիումի հավասարակշռության գոլորշի ճնշումը, որը հաշվարկվում է ազատ էներգիայի արժեքներից, հետևյալն է.

° С 1300140015001600Р, մմ ս.ս. st0,080,150,752,05

Հետեւաբար, 0,01 մմ Hg կարգի վակուումում: Արվեստ. կալցիումի օքսիդի կրճատումը թերմոդինամիկորեն հնարավոր է 1300 ° ջերմաստիճանում: Գործնականում ընդունելի արագություն ապահովելու համար գործընթացը պետք է իրականացվի 1400-1500 ° ջերմաստիճանում:

Կալցիումի օքսիդի վերականգնողական ռեակցիան ալյումինի սիլիցիումի հետ մի փոքր ավելի հեշտ է ընթանում, որում և՛ ալյումինը, և՛ համաձուլվածքի սիլիցիումը ծառայում են որպես վերականգնող նյութեր: Փորձարկումներով պարզվել է, որ սկզբում գերակշռում է ալյումինով կրճատումը. և ռեակցիան ընթանում է bCaO 3Al-ի վերջնական ձևավորմամբ 2Օզը վերը նշված սխեմայի համաձայն (նկ. 1): Սիլիցիումի նվազեցումը զգալի է դառնում ավելի բարձր ջերմաստիճաններում, երբ ալյումինի մեծ մասը արձագանքել է. ռեակցիան ընթանում է 2CaO SiO-ի առաջացմամբ 2. Ամփոփելով, կալցիումի օքսիդի վերականգնողական ռեակցիան ալյումինի սիլիցիումի հետ արտահայտվում է հետևյալ հավասարմամբ.

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

A. Yu. Taits-ի և A. I. Voinitskiy-ի ուսումնասիրությունները ցույց են տվել, որ կալցիումի օքսիդը 75%-ով կրճատվում է 50-75% մետաղի ելքով 1400-1450 ° ջերմաստիճանում 0,01-0,03 մմ Hg վակուումում: Արվեստ; 60-30% Si և 32-58% Al պարունակող սիլիցիում-ալյումին (մնացածը երկաթ, տիտանի և այլն), նվազեցնում է կալցիումի օքսիդը մոտ 70% մետաղի ելքով 1350-1400 ° ջերմաստիճանում 0,01 վակուումում: -0,05 մմ Hg ... Արվեստ. Փորձարկումները կիսագործարանային մասշտաբով ապացուցել են ֆերոսիլիցիումով և ալյումինի սիլիցիումով կրաքարից կալցիում ստանալու հիմնարար հնարավորությունը: Հիմնական գործիքային դժվարությունը այս երեսպատման գործընթացի պայմաններում դարակի ընտրությունն է:

Այս խնդիրը լուծելիս մեթոդը կարող է ներդրվել արդյունաբերության մեջ։ Կալցիումի կարբիդի տարրալուծում Մետաղական կալցիումի ստացում կալցիումի կարբիդի տարրալուծմամբ

CaC2 = Ca + 2C

պետք է վերագրել խոստումնալից մեթոդներին: Այս դեպքում գրաֆիտը ստացվում է որպես երկրորդ արտադրանք։ Վ. Մաուդերլին, Է. Մոզերը և Վ. Թրեդվելը, ջերմաքիմիական տվյալների հիման վրա հաշվարկելով կալցիումի կարբիդի ձևավորման ազատ էներգիան, մաքուր կալցիումի կարբիդի նկատմամբ կալցիումի գոլորշիների ճնշման հետևյալ արտահայտությունը ստացան.

մոտ = 1,35 - 4505 \ T (1124 - 1712 ° K),

lgp մոտ = 6.62 - 13523 \ T (1712-2000 ° K):

Ըստ երևույթին, առևտրային կալցիումի կարբիդը քայքայվում է զգալիորեն ավելի բարձր ջերմաստիճաններում, քան դա հետևում է այս արտահայտություններից: Նույն հեղինակները հայտնում են կալցիումի կարբիդի ջերմային տարրալուծման մասին կոմպակտ կտորներով 1600-1800 ° ջերմաստիճանում 1 մմ Hg վակուումում: Արվեստ. Գրաֆիտի բերքատվությունը կազմել է 94%, կալցիումը ստացվել է սառնարանի վրա խիտ նստվածքի տեսքով։ A. S. Mikulinsky, F. S. Morii, R. Sh. Shklyar կալցիումի կարբիդի տարրալուծմամբ ստացված գրաֆիտի հատկությունները որոշելու համար, վերջինս տաքացրել են 0,3-1 մմ Hg վակուումում: Արվեստ. 1630-1750 ° ջերմաստիճանում: Ստացված գրաֆիտը տարբերվում է Աչեսոնի գրաֆիտից ավելի մեծ հատիկներով, ավելի բարձր էլեկտրական հաղորդունակությամբ և ավելի ցածր զանգվածային խտությամբ:

3. Գործնական մաս

100 կԱ հոսանքի հզորությամբ էլեկտրոլիզատորից մագնեզիումի օրական թափումը 960 կգ էր, երբ լոգարանը սնվում էր մագնեզիումի քլորիդով: Էլեկտրոլիզատորի կատակում լարումը 0,6 Վ է: Որոշեք.

)Ընթացիկ ելք կաթոդում;

)Օրական ստացված քլորի քանակը, պայմանով, որ անոդում ընթացիկ ելքը հավասար է կտոդի հոսանքի ելքին.

)MgCl-ի ամենօրյա լիցքավորում 2էլեկտրոլիզատորի մեջ, պայմանով, որ MgCl-ի կորուստը 2 առաջանում են հիմնականում տիղմով և գոլորշիներով։ Տիղմի քանակը 0,1 MgCl պարունակող 1 տոննայի դիմաց 2 սուբլիմացիոն 50%-ում։ Սուբլիմատի քանակը 0,05 տոննա է 1 տոննա մգ-ում։ Լցված մագնեզիումի քլորիդի բաղադրությունը՝ 92 MgCl2 և 8 NaCl:

.Որոշեք ընթացիկ ելքը կաթոդում.

մ Ն.Ս = Ես Կ Մգ · ?

?= մ Ն.Ս \ I ?Կ Մգ = 960,000 \ 100,000 0,454 24 = 0,881 կամ 88,1%

.Որոշեք օրական ստացված Cl-ի քանակը.

x = 960000 գ \ 24 գ \ մոլ = 40 000 մոլ

Մենք թարգմանում ենք ծավալի.

x = 126,785,7 մ3

3.ա) Գտեք մաքուր MgCl 2, 960 կգ Մգ արտադրության համար։

x = 95 960 \ 24,3 = 3753 կգ = 37,53 տ.

բ) տիղմով կորուստները. Մագնեզիումի էլեկտրոլիզատորների բաղադրությունից %՝ 20-35 MgO, 2-5 Mg, 2-6 Fe, 2-4 SiO. 2, 0,8-2 TiO 20,4-1,0 C, 35 MgCl2 .

կգ - 1000 կգ

մ շլ = 960 կգ - օրական տիղմի զանգված:

Օրական 96 կգ տիղմ՝ 96 0,35 (MgCl2 տիղմով):

գ) կորուստներ սուբլիմատներով.

կգ - 1000 կգ

կգ սուբլիմատներ՝ 48 0,5 = 24 կգ MgCl 2 սուբլիմատներով։

Ընդհանուր առմամբ, դուք պետք է լրացնեք Mg.

33,6 + 24 = 3810,6 կգ MgCl2 օրում

Մատենագիտություն

Մետալուրգիայի հիմունքներ III

<#"justify">մետալուրգիա Al and Mg. Վետյուկով Մ.Մ., Ցիպլոկով Ա.Մ.

կրկնուսուցում

Օգնության կարիք ունե՞ք թեման ուսումնասիրելու համար:

Մեր փորձագետները խորհուրդ կտան կամ կտրամադրեն կրկնուսուցման ծառայություններ ձեզ հետաքրքրող թեմաներով:
Ուղարկեք հարցումթեմայի նշումով հենց հիմա պարզել խորհրդատվություն ստանալու հնարավորության մասին։