钙铜合金中钙的蒸馏(distillation of calcium in Ca-Cu alloy)

钙铜合金中的钙经蒸馏与铜和其他杂质分离的过程。蒸馏过程实际上是在真空条件下进行的，真空蒸馏具有蒸馏速度快和蒸馏温度低的特点(见真空精炼)。

在同一温度和压力下，铁、铜、硅和铝的蒸气压都大大低于钙的蒸气压，在钙铜合金蒸馏的条件下，钙转变成气体，而这些金属杂质则几乎全部留在残渣中而与钙分离。镁和一些碱金属由于其蒸气压接近甚至高]88于钙的蒸气压，在蒸馏中很难与钙分离。

钙的蒸馏速度随钙铜合金中钙含量的增加、蒸馏温度的升高及冷凝器温度的降低而增大，也随钙铜合金的表面积和表面状态而变化。钙在真空中的蒸发是在钙铜合金表面进行的，增大合金的表面积和提高表面层合金中的钙含量以及减少合金中熔渣都能增大蒸馏速度。要控制适宜的蒸馏速度，避免钙蒸发过快带走更多的杂质，而降低产品的纯度。

钙蒸气可以冷凝成固体和液体，主要取决于冷凝带的温度和压力。在压力低于其三相点(1123K)的条件下，钙蒸气只能冷凝成固体。钙蒸气只有在它的实际分压等于它的饱和蒸气压的温度，以及有冷凝核心，即有固体或液体时才能冷凝。为此，必须将钙蒸气冷凝时析出的热量通过外壁导向周围空间，使冷凝器内的温度降低到钙蒸气能冷凝的温度；并在冷凝器留有一定数量的固体或液体钙。

钙铜合金蒸馏通常采用蒸馏罐式真空电炉。炉子呈井式圆柱型，外壳由铜板制成，内衬耐火层并设有加热器，功率约45kw。蒸馏罐用8～10mm耐热钢板焊成，受热带的外壁设有补偿板，罐的上部配备水冷却套，蒸馏罐盖用普通钢板焊成，盖上有连接真空系统的连接管。罐内上部装有圆筒形冷凝器，用来冷却从蒸馏罐进入的钙蒸气。罐内装有能容纳75～95kg合金的加料桶，桶内盛装有含钙62％～65％的钙铜合金。

蒸馏的炉温控制在1273～1353K，罐内压力为1.3～2.0KPA，水套出水口水温度保持在298K。在此蒸馏条件下，钙铜合金熔体表面的钙转变成蒸气，进入冷凝器，与冷凝器表面接触，失去热量冷凝成晶体，并不断增长成结晶钙环。调整冷凝温度，可以使钙生长成树枝状结晶或致密的条状结晶。罐内真空度低时，钙晶体呈小粒状。因为在低真空度下，钙晶体表面容易与氧和氮形成氧化物膜或氮化物膜，这些氧化膜或氮化膜阻碍着钙生成致密结晶。钙晶体的杂质分布不均匀，靠近罐盖端的含钾、钠和镁量高，因为这些杂质的蒸气压比钙高，在冷凝器的较冷区冷凝。一个蒸馏周期为4～4.5h。蒸馏结束停止供电。待蒸馏罐冷却后，慢慢充入空气，然后取出钙晶体及残留合金。金属钙的回收率为91.7％～92％，电能效率72％，成品含钙98％，残留的铜钙合金含钙30％～35％以下。这些残留合金返回熔盐电解法生产钙。