[發明專利]一種用硅鐵還原氧化鈣制備金屬鈣的方法

無效

• 申請號: 200810058466.1
• 申請日: 2008-05-30
• 公開（公告）號: CN101285130A
• 公開（公告）日: 2008-10-15
• 發明（設計）人: 徐寶強;楊斌;馬文會;劉大春;戴永年;秦博;周曉奎;劉永成;鄧勇;曲濤;熊恒;易惠華;郁青春;姚耀春;謝克強;伍繼君;王飛;汪鏡福
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: C22B26/20
• 分類號: C22B26/20;C22B5/16
• 代理公司: 昆明慧翔專利事務所
• 代理人: 程韻波

一、技術領域

本發明涉及一種用硅鐵粉還原氧化鈣制備金屬鈣的方法，特別是提供了一種在真空中，用硅鐵還原氧化鈣制備金屬鈣的方法，屬于真空熱還原法生產技術領域。

二、背景技術

在大自然中，鈣是存在最普遍的元素之一，占地殼原子總數的1.5％。在所有的化學元素中，鈣在地殼中的含量僅次于氧、鋁、硅、鐵，居第五位。鈣是一種銀白色稍軟，有光澤，非常活潑的金屬。主要用于與鋁、銅、鉛制合金，也用作制鈹、稀土等金屬元素的還原劑、合金的脫氧劑、電管的吸氣劑和有機體的脫水劑、油脂脫氫等。

隨著鈣應用領域的不斷擴大，對金屬鈣的需求也在不斷增加。目前，金屬鈣的生產方法主要有熔鹽電解法和金屬鋁熱還原法。熔融鹽電解是以氯化鈣為原料，金屬合金為陰、陽極，在氯化鈣熔融狀態下通入直流電進行電解，陰極得到金屬鈣沉積，陽極放出氯氣。電解所用裝備與鎂電解相似，其工藝的缺點在于要求鈣的氯化物不含水，陰極放出的是氯氣，而且，設備投資大，能耗也高。金屬鋁熱還原法主要是以金屬鋁粉為強還原劑，在一定真空度和溫度下，將經過煅燒后的石灰石還原，鈣被還原成蒸氣后再經過凝華得到金屬鈣。所用設備與硅熱法煉鎂的相同，但缺點是還原劑鋁粉的成本較高。張中豪等(文獻：張中豪，畢吉文.鋁熱冶煉金屬鈣的熱力學及其工藝研究.《新技術新工藝》，2000年，第10期)通過理論計算，導出鋁熱還原氧化鈣生產金屬鈣不同鈣蒸氣壓力下的反應溫度，給出鋁熱還原的冶煉流程：先將石灰石煅燒，然后將煅燒后的礦石、鋁粉和添加劑磨至150目后一起混合制團(球團極限抗壓強度5～6MPa)，制得球團在1200℃、0.1Pa的真空條件下，還原、冷凝可以得到結晶良好的金屬鈣；梁磊(文獻：梁磊.硅熱法鎂廠煉鈣技改關鍵部位——真空系統的研究.《石油化工應用》，2006年，第5期)也計算了鋁熱還原的理論溫度，結果與張中豪等的相近，并論述了在硅熱法煉鎂設備上完成鋁熱還原煉鈣，關鍵是要求設備真空度滿足＜0.133Pa的要求；曹大義也有類似的結論(文獻：曹大義.在硅鐵制鎂裝置上生產鈣和鋁酸鈣.《應用技術》，2001年，第6期)。另外，張中豪，劉力超(文獻：張中豪，劉力超.電石冶煉金屬鈣的熱力學及工藝.《化學世界》，2002年，第12期)從理論上提出了以電石為原料，在一定真空和溫度條件下分解生產金屬鈣的可能，給出了工藝過程及技術指標，但未有實質性的試驗和生產數據。

張中豪，劉力超(文獻：張中豪，劉力超.硅熱法冶煉金屬鈣的熱力學及工藝.《礦冶工程》，2002年，第4期)通過理論計算，導出了硅熱法冶煉金屬鈣時還原反應的熱力學參數，給出了理想的冶煉流程、工藝條件和主要設備，并估列出技術經濟指標。張中豪等認為，使氧化鈣在工業生產中易于達到的0.0133kPa真空度下進行還原，反應溫度需達到1700℃左右。并且在其工藝過程中需要消耗煤和添加劑，而且其并未提到鈣蒸氣的冷凝條件，而是還原后直接接入熔化爐，并未說明操作制度，這在實際的操作中會造成鈣蒸氣的冷凝效率降低。本發明與張中豪等研究相同的是都采用硅鐵作為還原劑，但存在的許多關鍵不同點，其一，本發明采用硅鐵還原時，并不需要任何添加劑或是消耗煤等燃料，這樣就大大降低了原料和能源消耗；其二，操作條件也有差別，本發明利用了相對高真空低的反應溫度，進一步降低了電耗；其三，本發明中明確了冷凝時的操作條件，保持反應溫度，在反應過程中停止了真空系統，保證一定的冷凝溫度，最終得到結晶良好的塊狀金屬鈣。

三、發明內容

本發明的目的在于提供一種用硅鐵粉還原氧化鈣制備金屬鈣的方法，以氧化鈣為提取金屬鈣的原料，硅鐵為還原劑，在壓力10^-2Pa～30Pa、1300℃～1600℃條件下，通過真空熱還原過程使氧化鈣中的元素鈣被還原成蒸氣，冷凝后制得結晶良好的固體金屬鈣，工藝流程見附圖1。

本發明按以下步驟完成：

(1)以含氧化鈣＞98％的氧化鈣粉為金屬鈣的提取原料，采用粒度小于0.5mm的75硅鐵粉為還原劑，以反應(a)中氧化鈣粉摩爾化學當量的0.5～2倍配入還原劑硅鐵粉，研磨混合均勻，得到氧化鈣和硅鐵的混合原料；

2CaO+Si＝SiO₂+2Ca(g)????(a)