什么是钙?

[拼音]：gai

[外文]：calcium

元素符号Ca，银白色金属，在元素周期表中属ⅡA族，原子序数20，原子量40.08，面心立方晶体，常见化合价为+2。

1808年英国人戴维 （H.Davy） 首次通过电解石灰和氧化汞的混合物制取了钙汞齐，经蒸馏得到金属钙，calcium一词来源于拉丁文calx（石灰）。20世纪初，钙开始工业化生产。第二次世界大战期间，尤其在用钙作铀的还原剂后，发展较快。

自然界钙分布很广，资源十分丰富。主要的含钙矿物有石灰石(CaCO3)、白云石[Ca，Mg(CO3)2]、石膏(CaSO4)、萤石（CaF2）、磷灰石 [Ca5(PO4)3F]、石棉(CaSiO3·3MgSiO3)等。成分为CaCO3的矿物，除石灰石外，还有白垩、方解石和冰洲石等。中国东北产白云石，西藏、山东、江苏、宁夏、山西产石膏，浙江产萤石，云南产大理石。此外，中国还有大量的冰洲石和方解石。

钙的化学性质活泼，常温下与空气中的氧作用生成一层疏松的黄色氧化钙，使表面变暗。钙能与水反应生成氢气和氢氧化钙。钙极易与稀酸作用。钙的化学活性强，必须保存在煤油或充惰性气体的密闭容器中。

钙可用作钢和生铁熔炼时的脱氧、脱硫和脱磷剂。在铸铁中添加少量的锂钙合金能增加其流动性，并可显著提高强度。在有色冶金中，利用钙去除铅和锡中的铋和锑。钙还是高熔点稀有金属锆、钽、铌和钍、铀等的还原剂。铅轴承合金含钙0.3～0.5％，可以改善性能。含钙0.04％的铅钙合金，其硬度和抗蚀性比纯铅高，可用来制造电缆外皮。在铝合金中添加钙可以提高塑性。此外，钙的化合物在医药工业中是制造维生素A及其他药物的原料。近年来世界金属钙年产量1000～2000吨。1974年以前金属钙的平均价格为2.44美元／公斤，到1977年工业纯钙的价格上涨到3.30～8.95美元／公斤，蒸馏钙7.05～17.45美元／公斤。

是生产金属钙的主要方法。通常用石灰石为原料，经煅烧成氧化钙，以铝粉作还原剂。粉碎的氧化钙与铝粉按一定比例混合均匀，压制成块，在0.01托真空和1050～1200℃温度下反应，生成钙蒸气和铝酸钙，其反应式是：

6CaO+2Al─→3Ca+3CaO·Al2O3还原出来的钙蒸气在750～400℃下结晶。结晶钙再在氩气保护下熔融铸锭，得到致密的钙锭。还原法生产钙的回收率一般在60％左右（见金属热还原）。工艺流程见图。

较早的是接触法电解，后来改进为液体阴极法电解（见熔盐电解）。

接触法电解是拉特瑙(W.Rathenau)于1904年首先应用的。所用的电解质为CaCl2和CaF2的混合物。电解槽阳极用碳素如石墨等作内衬，阴极用钢制成。电解析出的钙漂浮在电解质表面，同钢制阴极接触而冷凝在阴极上。随着电解的进行，阴极相应提升，钙在阴极形成一个胡萝卜形的棒状物。1000安培的电解槽，电解质的温度约为800℃，阴极电流密度为40～60安／厘米2，槽电压25～30伏。接触法生产钙的缺点是：原料消耗大，金属钙在电解质中的溶解度高，电流效率低，产品质量差（含氯1％左右）等。

液体阴极法是以铜钙合金（含钙10～15％）作为液体阴极，石墨电极作阳极。电解析出的钙沉积在阴极上。电解槽槽壳用铸铁制作。电解质是CaCl2和KCl的混合物。选择铜作液体阴极的合金成分是因为铜钙相图中在高钙含量区域内，存在着非常广泛的低熔点区域，可以在低于 700℃制取含钙60～65％的铜钙合金。同时由于铜的蒸气压小，在蒸馏时容易分离。此外，含钙60～65％的铜钙合金的密度较大（2.1～2.2克/厘米3），能保证与电解质很好地分层。一台电流强度为7600～8000安的电解槽，槽电压为9.5～10.5伏，电解质温度 670～700℃，阳极电流密度为1.9～2.1安/厘米2，电解质成分控制在CaCl2:KCl＝(78～82％):(22～18％)。阴极合金中钙含量不超过 62～65％。电流效率约为 70％。每公斤钙消耗CaCl2为3.4～3.5公斤。

电解生产的铜钙合金在0.01托真空和750～800℃温度条件下进行第一次蒸馏，以除去易挥发的钾、钠等杂质。然后在1050～1100℃下进行第二次真空蒸馏，钙在蒸馏罐上部冷凝、结晶，而残铜（含钙10～15％）留在罐底，返回电解槽使用。取出的结晶钙即为工业钙，品位为 98～99％。如原料CaCl2中钠、镁总含量＜0.15％，则铜钙合金经过一次蒸馏，即可得到含量≥99％的金属钙。

工业钙再经高真空蒸馏处理可得高纯度钙。一般控制蒸馏温度为780～820℃，真空度1×10-4 托。蒸馏处理对净化钙中氯化物效果较差，可在低于蒸馏温度时，添加氮化物，使形成CanCloNp形成的复盐。这种复盐蒸气压小，不易挥发而残留在蒸馏残渣中。通过添加氮化物和真空蒸馏净化，钙中杂质元素氯、锰、铜、铁、硅、铝、镍等的总和可降到1000～100ppm，即得99.9～99.99％的高纯度钙，再经挤压或轧制成棒和板，或切成小片，分装在密闭容器中。

参考书目

C.L. Mantell & C.Hardy，Calcium metallurgy andTechnology Reinhold，New York，1945.Н.А.Дорогин，Мемалл埅ргия калъция，Атомиздат，Москва，1959。

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