Разработка технологической схемы получения кальция

Васильева Е.В., Тарчигина Н.Ф.

МГОУ имени В.С. Черномырдина

Электролитическое получение кальция возможно только в безводных электролитах. Это объясняется тем, что в ряде напряжений кальций занимает место среди наиболее электроотрицательных элементов. По этой причине при электролизе водных растворов солей кальция на катоде выделяется водород , а в электролите образуется гидроокись кальция.

В электролите вода и соль ( например , хлорид кальция ) диссоциированы :

2Н₂0 ↔ 2Н⁺ + 20Н^-

CaCL₂> Са²⁺+ 2CL^2-

При прохождении между электродами постоянного тока идут процессы:

на катоде- 2Н⁺+ 2 е -> 2Н -> Н₂↑,

на аноде - 2CL^- -2е -> 2CL -> CL₂,

в электролите - Са²⁺ + 20Н^- <-> Са(ОН)₂ .

Таким образом, кальций при электролизе водных растворов на катоде выделяться не будет, так как потенциал выделения кальция меньше, чем потенциал выделения водорода. Это обстоятельство заставляет вести процесс электролиза в среде, не содержащей ионов положительных металлов и свободных ионов водорода - применяемая соль для электролиза должна обладать высокой степенью чистоты по примесям более электроположительных элементов, чем кальций и содержать допустимое количество воды, не препятствующей образованию кальция на катоде.

Исходя из вышеизложенного, технологическая схема производства кальция складывается из получения безводной соли кальция требуемой чистоты, непосредственно электролиза и вакуумной дистилляции для получения кальция высокой степени чистоты.

Рассмотрим свойства некоторых солей кальция и подберем подходящую для использования в качестве электролита при электролизе кальция.

Фтористый кальций широко распространен в природе и известен под названием плавикового шпата - минерала, который применяется в металлургии в качестве соли кальция для предохранения расплавленных сплавов от окисления воздухом при прямом соприкосновении их с атмосферой. Реакция

Са + F₂ = CaF₂

сопровождается большим выделением тепла (290,2 ккал/ моль ), соединение CaF₂ очень прочно. Переплавка под этой солью большинства металлов и сплавов не разлагает ее, а, следовательно, не приводит к загрязнению переплавляемого металла продуктами разложения фторида кальция. Температура плавления фторида кальция равна 1392 градусов, а температура кипения 2500 градусов. Применение его при плавке кальция невозможно, так как кальций плавится при температуре более низкой, чем фтористый кальций. Плотность кальция при обычной температуре 1,55 г/см , тогда как плотность фторида кальция равна 3,18г/см³. Вследствие этого кальций всплывает над расплавленным плавиковым шпатом и, следовательно, последний не пригоден для использования в качестве электролита при электролизе.

Бромистый и йодистый кальций имеют более низкую температуру плавления (СаВг₂ - 760 градусов и CaJ₂- 740 градусов), но обладают еще большей плотностью, чем фторид кальция соответственно - 3,353 г/см и 3,956 г/см³.

Хлористый кальций в этом случае более удобен, так как он плавится при температуре 775 градусов. Плотность его при температуре 20 градусов равна 2,152 г/см³, а при 900 градусов – 2,002 г/см³.

Исходя из сравнительного анализа в качестве электролита используется хлорид кальция.