鈣銅合金中鈣的蒸餾(distillation of calcium in Ca-Cu alloy)

鈣銅合金中的鈣經蒸餾與銅和其他雜質分離的過程。蒸餾過程實際上是在真空條件下進行的，真空蒸餾具有蒸餾速度快和蒸餾溫度低的特點(見真空精煉)。

在同一溫度和壓力下，鐵、銅、硅和鋁的蒸氣壓都大大低于鈣的蒸氣壓，在鈣銅合金蒸餾的條件下，鈣轉變成氣體，而這些金屬雜質則幾乎全部留在殘渣中而與鈣分離。鎂和一些堿金屬由于其蒸氣壓接近甚至高]88于鈣的蒸氣壓，在蒸餾中很難與鈣分離。

鈣的蒸餾速度隨鈣銅合金中鈣含量的增加、蒸餾溫度的升高及冷凝器溫度的降低而增大，也隨鈣銅合金的表面積和表面狀態而變化。鈣在真空中的蒸發是在鈣銅合金表面進行的，增大合金的表面積和提高表面層合金中的鈣含量以及減少合金中熔渣都能增大蒸餾速度。要控制適宜的蒸餾速度，避免鈣蒸發過快帶走更多的雜質，而降低產品的純度。

鈣蒸氣可以冷凝成固體和液體，主要取決于冷凝帶的溫度和壓力。在壓力低于其三相點(1123K)的條件下，鈣蒸氣只能冷凝成固體。鈣蒸氣只有在它的實際分壓等于它的飽和蒸氣壓的溫度，以及有冷凝核心，即有固體或液體時才能冷凝。為此，必須將鈣蒸氣冷凝時析出的熱量通過外壁導向周圍空間，使冷凝器內的溫度降低到鈣蒸氣能冷凝的溫度；并在冷凝器留有一定數量的固體或液體鈣。

鈣銅合金蒸餾通常采用蒸餾罐式真空電爐。爐子呈井式圓柱型，外殼由銅板制成，內襯耐火層并設有加熱器，功率約45kw。蒸餾罐用8～10mm耐熱鋼板焊成，受熱帶的外壁設有補償板，罐的上部配備水冷卻套，蒸餾罐蓋用普通鋼板焊成，蓋上有連接真空系統的連接管。罐內上部裝有圓筒形冷凝器，用來冷卻從蒸餾罐進入的鈣蒸氣。罐內裝有能容納75～95kg合金的加料桶，桶內盛裝有含鈣62％～65％的鈣銅合金。

蒸餾的爐溫控制在1273～1353K，罐內壓力為1.3～2.0kPa，水套出水口水溫度保持在298K。在此蒸餾條件下，鈣銅合金熔體表面的鈣轉變成蒸氣，進入冷凝器，與冷凝器表面接觸，失去熱量冷凝成晶體，并不斷增長成結晶鈣環。調整冷凝溫度，可以使鈣生長成樹枝狀結晶或致密的條狀結晶。罐內真空度低時，鈣晶體呈小粒狀。因為在低真空度下，鈣晶體表面容易與氧和氮形成氧化物膜或氮化物膜，這些氧化膜或氮化膜阻礙著鈣生成致密結晶。鈣晶體的雜質分布不均勻，靠近罐蓋端的含鉀、鈉和鎂量高，因為這些雜質的蒸氣壓比鈣高，在冷凝器的較冷區冷凝。一個蒸餾周期為4～4.5h。蒸餾結束停止供電。待蒸餾罐冷卻后，慢慢充入空氣，然后取出鈣晶體及殘留合金。金屬鈣的回收率為91.7％～92％，電能效率72％，成品含鈣98％，殘留的銅鈣合金含鈣30％～35％以下。這些殘留合金返回熔鹽電解法生產鈣。