金属钙的生产和利用皮江法炼镁的设备生产金属钙的经济性中南大学冶金学院教授徐日瑶刘宏专摘要：本文阐述了金属钙的生产方法，氯化物熔盐电解法及铝热真空热还原法，以及用皮江法炼镁设备生产金属钙的经济性和组织年产金属钙1000吨规模的效益。
根据金属钙的用途与市场，出口前景较好，皮江法镁厂引入批量金属钙的生产，正是良好时机；关键词：金属钙生产、方法、设备、经济性1、金属钙的生产方法1.1、氯化物熔盐电解法18世纪中（1855年）电解熔CaCl获得了金属钙，18世纪末（1896年）在工业上实现了这个方法。
1.1.1、氯化物熔盐电解法的原料氯化物熔盐电解法用的原料是无水CaCl，无水CaCl2可用二种方法来生产。
①在有炭存在时，在800~1000℃，温度下氯化CaO获得熔厂CaCl，其化学反应为：CaCO+C+Cl2=CaCl2+CO2CaO+C+2Cl2=2CaCl2+CO23CaO+2C+3Cl2=3CaCl2+CO+CO2②六水氯化钙（CaCl2·6H2O）在NH3或HCl气氛下脱水获得无水CaCl2（固体）或熔融CaCl2（830~850℃）。
由于CaCl2、6H2O在加热脱水时，于29.5℃时会熔入自身的结晶水中，造成脱水困难，由CaCl2、6H2O脱水至低水CaCl2时（CaCl2·2H2O、CaCl2·H2O），CaCl2会发生水解反应生成CaO，其反应为：CaCl2·6H2O= CaCl2·4H2O+2H2OCaCl2·4H2O= CaCl2·2H2O+2H2OCaCl2·2H2O= CaOHCl+HCl（气）+H2O（气）CaCl2·H2O=CaOHCl+HCl（气）CaCl2+H2O=CaOHCl+HCl（气）CaOHCl=CaO+HCl（气）CaCl2+H2O=CaO+2HCl（气）而造成CaCl2的损失，为了避免CaCl2的水解，含水CaCl2的脱水应在氨气氛或HCl气氛下进行，才能获得纯度高的无水固体CaCl2或熔度CaCl2。
1.1.2、电解无水CaCl2的电解质组分及其作业条件电解无水CaCl2时，为了获得高的电汽效率，电解质是由CaCl2与CaF2组成时，或电解纯无水CaCl2。
电解无水CaCl2时的作业条件为：①电解温度820~830℃；②槽电压约25V（其中22V为电解质电压降，3V为极化反电动势，800℃时，CaCl2的分解电压为3.2V。
在电解作业温度下，CaCl2的密度为2.048（800℃），CaCl2的熔点为774℃，金属钙的密度为1.542（200℃），金属钙在电解质中的溶解度变为17%，这就使生产液态金属钙造成极大的困难，因此电解法生产金属钙是用水冷却的铁阴极生产钙棒（生产钙棒的铁质阴极的电流密度dk=80~100a/cm2）。
1.1.3、电解熔融CaCl2的技术经济指标下面列出的技术经济指标是指2000安培的电解槽（试验槽）而言的，如果是大电流强度的电解槽，其技术经济指标（指电流消耗与原料消耗）较优。
①电能消耗3~4万度/吨钙；②电流效率：75%；③无水CaCl2的消耗为2.76kg/kg·钙（而实际上为4~4.5kg/kg·钙）；④棒状金属钙夹杂电解质量为15~20%;⑤钙棒熔化后含钙为98.4~98.6%，其它为Fe、Al、Na、Si及电解质夹杂物；⑥粗钙经过异华精炼后的质量为：99.50%Ca、0.02%Fe、0.15%Si。
1.1.4、电解熔融CaCl2生产Ca-Pb或Ca-Zn合金金属钙除了作除气剂外，主要是供制造轴承用的Ca-Pb、Ca-Zn合金。
那么我们可以直接用电解法电解熔融Ca-Zn来生产，即采用液态Pb阴极或液态Em阴极来电解熔融CaCl2，使阴极表面体出的Ca体阴极涂处扩散，与阴极金属Pb或Em形成Ca-Pb或Ca-Zn合金，并沉入电解槽底部合金聚积的坑中，然后定时用勺从聚积坑中出合金。
用液态Pb或Em阴极电解熔融CaCl2时，电解质中加有20%KCl来降低熔化温度，故其作业温度为750℃，当定时出Ca-Pb、Ca-Em合金后，必须按生产量定时加入Pb或Em，用这种方法生产Ca-Pb或Ca-Em合金，合金中的Ca量可达60~65%。
从电解Pb+Ca、Em-Ca合金，倒入生铁铸模中铸锭，然后用水洗去合金锭表的电解质，凉干后即可入库。
用这种方法生产Ca-Pb、Ca-Em合金、能耗低，原材料消耗低，成本低，是生产Ca-Pb、Ca-Em合金最简单的方法。
1.2、真空铝热还原法用铝作还原剂、在高温、高真空中还原CaO生产金属钙，其还原反应为：6CaO+2Al=3CaO·Al2O3+3Ca（1）4CaO+2Al=Cao·Al2O3+3Ca（2）33CaO+14Al=12CaO·7Al2O3+21Ca（3）1.2.1还原条件①还原温度：1190~1250℃；②真空度：2.66~6.66pa；③还原剂铝粒的细度：0.833pa④还原时间：视还原罐中装料量的定，如果罐中装料为120kg，还原周期的时间为12~14小时。
1.2.2还原原料1.2.2.1石灰（CaO）的生产还原所需的石灰石用石灰石来生产①石灰石的品位：CaO>96% R2O3（Al2O3+Fe2O3）<0.5%SiO2<0.5%，K2O+Na2O<0.01%；水化活性度>30%②石灰石的煅烧条件：煅烧温度：视石灰石的矿物结构与块度而定，一般大于1200℃；煅烧时间：高温带停留时间小于3小时，石灰石的烧损率为43~44%，石灰灼减量小于0.3%。
1.2.2.2 铝粒的生产还原用的铝应以一级铝锭为原料，在切削机和磨机中加工为0.833mm的铝粒。
其质量：Al>99%，Fe+Si+Ni<1.0%。
1.2.2.3萤石的加工手用含CaF2>98%的天然萤石为原料，在球磨中细磨至粒度为0.074mm的萤石粉。
1.2.3炉料的原料用铝作还原剂半还原CaO生产金属钙，通常按上述反应之一进行配料。
如按反应（1）的配料，以100kg石灰为计算基础；铝粒的配入量可按下式计算：6CaO+2Al=3Ca·Al2O3+3Ca式中：M——为最佳配铝比；CaO%——石灰中CaO的百分含量Al%——铝粒中的Al的百分含量炉料中的萤石量，可根据生产实践或实验值来确定。
1.2.4炉料的加工（细磨与压球）石灰、铝粒、萤石三种原料，可分别进行加工细磨，或采用混合磨成为炉料，然后在压球机中压成核状细球团，用牛皮纸袋包装后，即可送去还原。
1.2.5球团的真空热还原球团装入还原炉的还原罐中，在1200~1250℃温度下，并在2~7pa的真空度下进行还原，钙蒸气在还原罐的冷凝器中冷凝，还原周期结束后，从冷凝口中取出粗钙，并压成钙棒，粗钙的质量为含Ca98.5~99%，粗钙的还原效率一般小于50%，粗钙经升华精炼后，可获得精钙，含Ca在99.5%以上。
2用皮江法炼镁的设备生产金属钙的经济性用氯化物熔盐电解法或铝热法真空还原生产金各钙，都可以获得含Ca99.5%的金属钙。
但是用氯化物熔盐电解法生产金属钙不仅能耗高，而且环境污染严重，用铝热还原法生产金属钙，不仅能耗低，还解决了环境污染的困惑。
这甲着重提出用皮江法炼镁的设备来生产金属钙的经济性。
我国皮江法炼镁的产能2004年已达75万中屯，产量达45万吨，可是我国金属镁出口价格不仅低迷，而且还存在反倾销税很多企业经济效益不高，甚至会有被停产和关闭的状态，如果利用皮江法炼镁的设备，在生产金属镁的同时，适量生产金属钙，不仅在设备上不用投资，不需改造厂房、改造工艺，就可组织生产金属钙，而获得较好的经济效益。
2.1皮江法炼镁与铝热真空还原生产金属钙在工艺上的共性如图1所示，图中表明，在这个共性工艺流程中，除了原料不同外，在工艺设备上完全是相同的，而且操作方法也相同，不同之处是工艺条件不同，而控制方法、生产管理也完全相同，因此用皮江法炼镁的设备来生产金属钙，应该说是最简单的，也是最经济的，只需要腾出一套设备，不需增添任何设备、工具仪表、也不需要改造设备、就可以组织生产而获得效益。
2.2皮江法炼镁与铝热法真空还原生产钙的技术条件对比表1列出了皮江法炼镁与铝热钙的技术条件与设备，表1的数值表明，它们是设备相同，工艺技术条件也基本相似，进一步表明了，在共性工艺流程上，完全可以控制好这些技术条件，来达到生产的最佳效果。
1、白云石煅烧：1、石灰石煅烧：温度：1150～1200℃；温度：1200～1250℃；时间：高温段2～3h；时间：高温段3h；矿石粒度：回转窑：15～40mm；矿石粒度：回转窑：15～40mm；竖窑：80～200mm；竖窑：80～200mm；产物质量：烧损率：46.5～47.5%；产物质量：烧损率：43～44%；减量：＜0.3%；减量：＜0.3%；水化活性度：28～34%；水化活性度：＞30%；2、配料：2、配料：按2（MgO·CaO）+Si=2Mg+2CaO·SiO2按6CaO+2Al=3CaO·Al2O3+3Ca反应配料，配硅比（M）值由生产确定。
4CaO+2Al=CaO·Al2O3+3Ca 硅铁品位：Si＞75%；33CaO+14Al=12CaO·7Al2O3+21Ca 萤石：CaF2＞94% 反应配料，配铝比（M）值由生产确定。
铝品位：Al＞98%；萤石：CaF2＞94%3、炉料细度：100% —102目3、炉料细度：石灰：100% —100目其中萤石：—200目铝粒：20目萤石：—200目4、球团：用LYQ型压球机压球，油缸工作压力：4、球团：用LYQ型压球机压球，油缸工作压力：140～160 Kg5/cm2 ；球团形状为核桃状140～160 Kg5/cm2；球团形状为核桃状5、真空还原：5、真空还原：温度：1180～1190℃；温度：1200～1250℃；时间：周期8～10小时；时间：周期12～14小时；真空度：7～13Pa；（蒸汽喷射泵）真空度：3～7Pa；（蒸汽喷射泵+机械泵）还原效率：80～85% 还原效率：30～40%6、粗镁精炼：采用熔剂精练；6、粗镁精炼：采用升华精练；温度：720～750℃；粗钙质量：99.5%Ca精镁质量：99.98%Mg 粗钙可压制成棒或加工成钙粒后作为商品，含钙：99%2.3用皮江法炼镁设备组合生产金属钙的设备用皮江法炼镁设备生产金属钙,最理想的设备组合为：①石灰石煅烧：选用窑头扩大型的φ1.6/1.9×36~45M的回转窑（指年产金属钙1000吨而言），②采用微机配料、磨拌混料采用φ1.2×2.4M球磨机；③采用LYQ型对辊压球机，产能2t/h；④采用24~28罐的单面双排还原炉，还原罐材质为HK-40（25Cr-20Ni）还原罐规格：φ内260×2700~3000mm。