时间:2017-03-02   来源:矿材网

 1、钙名称:钙。


 2、金属钙的性质:钙是银白色、质稍软的金属,有金属光泽。属元素周期表中IIA族碱土金属,熔点842℃,沸点1484℃,密度1.55g/cm3,电离能6.11电子伏特。钙化学性质活泼,在空气中表面上会形成一层氧化物或氮化物薄膜,以防止继续受到腐蚀。钙可与氧反应生成氧化钙,与氮反应生成氮化钙Ca3N2,与氟、氯、溴、碘等反应生成相应卤化物,与氢气在400℃催化剂作用下生成氢化钙。常温下跟水反应生成氢氧化钙并放出氢气,跟盐酸稀硫酸等反应生成盐和氢气,跟碳在高温下反应生成碳化钙CaC2;加热时几乎能还原所有金属氧化物,在熔融时也能还原许多金属氯化物。


 3、钙的生产工艺:虽然钙是金属,且在地壳中含量排名第五(占地壳总质量的3%),但是纯钙的活性大,很容易氧化成二价离子的各式化学变化(在热水中即会产生反应),因此钙并没有实际的“钙矿”,要制造纯金属钙,或是挖掘含钙矿物,通常会取用属于非金属矿产的石灰岩等。

 钙的制备主要有还原法、电解法和钙精炼。由于金属钙的活泼性非常强,过去主要用电解熔融氯化钙或氢氧化钙才能制成,近几年还原法逐渐成为生产金属钙的主要方法。


 3.1  还原法

 还原法是使用金属铝在真空和高温下还原石灰,再经精馏而得钙。还原法通常用石灰石为原料,经烧成氧化钙,以铝粉作还原剂,将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。


 3.2  电解法

 较早的电解是接触法,后来改进为液体阴极法电解。接触法电解是拉特瑙于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。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(2.1~2.2g/cm3),能保证与电解质很好地分层。阴极合金中钙含量不超过62%~65%。电流效率约为70%。


 4、钙的用途

 钙的应用历史较为悠久。在科学家发现这种元素之前,钙就已经被广泛应用到建筑生活当中。古代建筑中常见的大理石的主要成分就是钙,钙的化合物也被广泛应用到现代建筑中。钙对人体健康至关重要,是人体必需的常量元素。在工业领域中,钙的应用形式也非常广泛,如冶炼锡青铜、镍、钢时,钙用作脱氧剂;电子管制作中,钙用作吸气剂;钙是有机溶剂的脱水剂。


 4.1  工业领域

 钙在工业领域具体应用如下:(1)冶炼锡青铜、镍、钢时,钙用作脱氧剂。(2)钙是有机溶剂的脱水剂。(3)钙是铁和铁合金的脱硫和脱碳剂。(4)电子管制作中,钙用作吸气剂。(5)钙是纯制惰性气体的除氮剂,分解具有恶臭的的噻吩和硫醇。(6)氟化钙用作光学玻璃、光导纤维、搪瓷的原料,用作助熔剂。(7)过氧化钙是缓和的氧化剂,用作杀菌、防腐、漂白药剂;也用作封闭胶泥的快干剂。(8)钙是高温下冶金的还原剂——从氧化物、卤化物中制取金属铬、钍、铀、稀土元素、锆,以及磁性材料钐钴合金、吸氢材料镧镍合金和钛镍合金等。(9)含钙0.04%的铅钙合金有较高硬度和耐蚀性能,用作电缆线外皮和蓄电池铅板;铝合金中加入钙,可增强塑性。

铅钙合金

铅钙合金

氟化钙用于光导纤维

氟化钙用于光导纤维

 

 4.2  含钙矿物在建筑行业的应用

 含钙矿物有很多种包括方解石(主要成分碳酸钙-CaCO3),石灰岩(主要成分碳酸钙),石灰石(主要成分碳酸钙),大理石(主要成分碳酸钙),汉白玉(主要成分碳酸钙),白云石(主要成分-CaMg(CO3)2),萤石(主要成分氟化钙-CaF2),石灰(主要成分氧化钙-CaO)等。其中碳酸钙是重要的建筑材料。如洁白纯净的碳酸钙岩石叫做汉白玉,可直接用来做装饰性的石柱或工艺品;因含杂质而有美丽花纹的碳酸钙叫做大理石,用来做建筑物外墙和内壁的贴面或铺设地面(如故宫园林中的大理石石雕,唐山市下辖的迁安市境的独有的两段用大理石建造的长城);质地致密的碳酸钙岩石(石灰石)也可直接用于建房,但石灰石的主要用途是生产水泥。萤石也广泛应用于玻璃、陶瓷、水泥等建材工业中。石灰,由于原料分布广泛,也广泛应用于土木工程及各种建筑中。

大理石装饰图

大理石装饰图

萤石用于制作玻璃

萤石用于制作玻璃


 4.3  钙的化合物在建筑行业的应用

 钙的化合物在建筑领域应用也较为广泛,如上面提到的碳酸钙以各种矿石形式被应用到了装饰建筑行业。除碳酸钙CaCO3外,氧化钙CaO,氢氧化钙Ca(OH)2,氟化钙CaF2,硫酸钙CaSO4也在建筑领域有着广泛的应用,如氧化钙(生石灰)可用作建筑材料,水泥速溶剂;氢氧化钙(熟石灰、消石灰)可以与沙子混合来砌砖;氟化钙(氟石、萤石)用在玻璃、陶瓷、水泥等建材工业中;硫酸钙(硬石膏)可以用作水泥、油漆腻子及其他建筑材料。

硫酸钙用于油漆腻子

硫酸钙用于油漆腻子


 5、含钙矿物及碳酸钙资源储量

 钙在自然界中分布很广,在地壳中含量为3%,仅次于氧、硅、铝、铁,居第五位。由于钙元素化学性质比较活泼,因此多以离子状态或化合物形式存在,没有实际的"钙矿"存在,自然界的钙多以碳酸钙的形式存在。含钙的主要矿物有石灰石(CaCO3)、白云石(CaCO3·MgCO3)、石膏(CaSO4·2H2O)、磷灰石(Ca5(PO4)3F)和大理石等。蛋壳、珍珠、珊瑚、一些动物的壳体和土壤中都含有钙。海水中氯化钙占0.15%。在动物体骨骼和血浆中也含有钙。

 目前全世界碳酸钙总生产能力已达7000万吨, 其中美国为2100多万吨,日本为1120万吨,欧洲各国合计已超过1960万吨,南美地区产量约1120万吨,中国已超过了700万吨。

 我国碳酸钙矿产资源丰富,储量约为542亿吨。在我国多个地区都有碳酸钙资源分布。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。可以说除上海、香港、澳门外,每个省都有分布。


 6、钙的价格

 金属钙价格     Ca=99.0%       25000元/吨

 重质碳酸钙        600目            190元/吨

 轻质碳酸钙                             1000元/吨


 7、钙对人体健康的影响

 钙是人体必需的常量元素,也是人体中含量最多的无机元素,成年人身体中的钙含量约占体重的1.5%~2.0%,人体总钙含量达1200~1400g,其中99%存在于骨骼和牙齿中,组成人体支架,成为机体内钙的储存库;另外1%存在于软组织、细胞间隙和血液中,统称为混溶钙池,与骨钙保持着动态平衡。骨钙主要以非晶体的磷酸氢钙(CaHPO4)和晶体的羟磷灰石(3Ca3PO4×Ca(OH)2)形式存在,骨骼通过不断的成骨和溶骨作用使骨钙与血钙保持动态平衡。

 钙对人体所有细胞功能的发挥起着重要的生理调节作用。钙是人体内200多种酶的激活剂,使人体各器官能够正常运作,由于钙元素参与人体的新陈代谢,因此每天必须补充钙,钙在人体内含量不足或是过剩都会影响人体生长发育和健康。


 7.1  补钙的食物

 日常补充钙质的食物有:牛奶、酸奶、奶酪、泥鳅、河蚌、螺、虾米、小虾皮、海带、酥炸鱼、牡蛎、花生、 芝麻酱、豆腐、松籽、甘蓝菜、花椰菜、白菜、油菜、芹菜、雪里红,羊肉和鸡肉和大部分干果等。

 老年人不适宜长期靠喝牛奶补钙,因为此方式补钙会促使老年人患上老年性白内障。因此老年人不宜长期大量食用牛奶来补钙,应以水产品如虾皮、海带;豆制品等其他含钙高的食物与奶相间食用。对含草酸多的蔬菜先焯水破坏草酸,然后再烹调。如:甘蓝菜、花椰菜、菠菜、苋菜、空心菜、芥菜、雪菜、竹笋。


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