铜钙合金是由钙和铜两大主要元素组成的合金.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。
在后来的研制中,液体阴极法电解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CaCl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),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,电解质成分控制在CaCl: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CaCl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CaCl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。
钙精炼 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 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CaClN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。