proatom.ru - сайт агентства ПРоАтом
Журналы Атомная стратегия 2021 год
  Агентство  ПРоАтом. 24 года с атомной отраслью!              
Навигация
· Главная
· Все темы сайта
· Каталог поставщиков
· Контакты
· Наш архив
· Обратная связь
· Опросы
· Поиск по сайту
· Продукты и расценки
· Самое популярное
· Ссылки
· Форум
Журнал
Журнал Атомная стратегия
Подписка на электронную версию
Журнал Атомная стратегия
Атомные Блоги





Подписка
Подписку остановить невозможно! Подробнее...
Задать вопрос
Наши партнеры
PRo-движение
АНОНС
Вышло в свет второе издание двухтомника Б.И.Нигматулина. Подробнее
PRo Погоду

Сотрудничество
Редакция приглашает региональных представителей журнала «Атомная стратегия» и сайта proatom.ru. Информация: (812) 438-32-77, E-mail: pr@proatom.ru Савичев Владимир.
Время и Судьбы

[01/12/2005]     Из него строили Великую китайскую стену

Эвелина Цегельник, инженер, г.Глазов, Удмуртия

Металлический кальций, как известно, производят из извести, которую в свою очередь получают при обжиге известняка. Известняк, или по-другому мягкий камень, из-за легкости обработки с древности применялся в строительном деле. Состоит он преимущественно из кальцита (CaCO3) и в изобилии встречается во всех частях света. В древности египетские строители использовали его в пирамидах Гизы. Из него же получали и обезвоженный гипс, который применяли при штукатурке гробниц фараонов. А особый гидравлический гипс использовали в качестве вяжущего материала (при строительстве ирригационных сооружений). Римляне «мягкий камень» использовали для сооружения зданий, китайцы из него выстроили Великую китайскую стену.

Кальций – самый энергичный восстановитель металлов

Напластованный давлением слоев земной коры в монолитную каменную глыбу, известняк со временем превращался в мрамор, соединяя в себе вечность и безграничную фантазию природы. Из мрамора строили дворцы, ваяли статуи, вырезали чаши. И все-таки, по широте применения мрамор значительно отставал от известняка, который долгие тысячелетия оставался самым популярным строительным материалом. В настоящее время из известняка строят мало. Он используется, в основном, как облицовочный и декоративный камень. На смену известняку пришел кирпич, вяжущим материалом стал цемент.

В память об историческом прошлом, элемент двадцатой клетки периодической таблицы Дмитрия Менделеева получил название «мягкий камень» – calx (калькс). А дал металлу такое имя химик Гемфри Дэви, выделивший металлический кальций электролитическим методом в 1808 году. В ходе опыта Дэви смешивал оксид кальция с оксидом ртути на платиновой пластине, которая служила анодом. Катодом в этом процессе являлась платиновая проволока, погруженная в жидкую ртуть. В результате электролиза Дэви получил амальгаму металла, который затем выделил в чистом виде, испарив ртуть. Так был получен первый металлический кальций. Но еще за двадцать лет до открытия Гемфри Дэви, другой ученый Антуаи Лоран Лавуазье отнес известковую землю – оксид кальция – к числу элементов. До него химики считали известь простым телом. Так что, с открытием кальция тесно связаны имена обоих выдающихся ученых. В 1885 году химик Маттгейзен получил металлический кальций электролизом смеси хлоридов кальция, стронция и аммония. Полученный продукт был сильно загрязнен хлоридами. В 1904 году способ получения кальция был усовершенствован другим химиком – Ратенау, который получил металлический кальций электролизом расплавленного хлорида кальция при температуре порядка 800°C.

Свойства кальция

Кальций (сalcium) – Ca – химический элемент II группы периодической системы Менделеева (относится к группе щелочноземельных металлов). Он один из самых распространенных элементов на Земле. Это легкий металл серебристо-белого цвета. Атомный номер его – 20, атомная масса – 40,08. Он имеет шесть стабильных изотопов, из которых наиболее распространен 40Ca. Кристаллическая решетка кальция гранецентрированная кубическая, атомный радиус 1,97, ионный радиус Ca2+ 1,04. Плотность кальция 1,55 г/см3 (при температуре 20°C), температура плавления сравнительно низкая и составляет 851°C, температура кипения 1487°C; температурный коэффициент линейного расширения 22x10-6 (в интервале температур от 0°C до 300°C); теплопроводность при 20°C составляет порядка 125,6 Вт/(м•К). Конфигурация внешней электронной оболочки атома кальция 4s2 (кальций в соединениях двухвалентен). Как уже упоминалось выше, химически кальций очень активен. При обычной температуре он легко взаимодействует с кислородом и влагой воздуха, при этом выделяется водород и большое количество тепла, и образуется взрывоопасная смесь. Поэтому кальций хранят в герметично закрытых сосудах или под минеральным маслом. На воздухе кальций быстро окисляется, тускнеет, а при небольшом нагреве сгорает ярко-красным пламенем. Среда окислов углерода (CO и CO2) для него также агрессивна. Как только кальций вступает в контакт с водой, он сразу образует гидроокись, которая, в свою очередь, на воздухе превращается в карбонат. Из горячей воды кальций бурно вытесняет водород, образуя гидрооксид. С кислотами, как и с горячей водой, кальций взаимодействует энергично, выделяя H2 (кроме концентрированной HNO3). С холодной водой кальций взаимодействует сначала быстро, затем реакция замедляется вследствие образования пленки Ca(OH)2. С водой активно взаимодействует и оксид кальция (процесс взаимодействия оксида кальция с водой называется гашением). Кальций также реагирует с фтором (на холоде) с образованием CaF2, а с хлором и бромом взаимодействует при температуре выше 400°C, с образованием соответственно CaCl2 и CaBr2. При нагревании кальция c серой получается сульфид кальция CaS, который, присоединяя серу, образует полисульфиды (CaS2, CaS4 и др.). С сухим водородом при 300–400°C кальций образует гидрид CaH2 – ионное соединение, в котором водород является анионом. С азотом кальций взаимодействует при температуре 500°C с образованием нитрида Ca3N2. С аммиаком образует комплексный аммиакат Ca[NH3]6. При нагревании кальция без доступа воздуха с графитом, кремнием или фосфором образуются соответственно: карбид кальция CaC2, силицид CaSi2 и фосфид Ca3P2. Кальций также образует интерметаллические соединения с Al, Ag, Au, Cu, Li, Mg, Pb, Sn и др. Кальций – металл вязкий. Твердость кальция возрастает после глубокой очистки (дистилляции). При этом он становится пластичным, хорошо куется, прессуется, прокатывается и поддается обработке резанием (твердость металлического кальция по Бринеллю порядка 13,7 кг/мм2).

Получение кальция

Исторически так сложилось, что производство кальция в нашей стране тесно связано с производством урана: металлический кальций высокой чистоты является компонентом металлотермического восстановления урана из тетрафторида урана (в США для восстановления урана используется магний). Качество металлического урана, извлекаемого из его тетрафторида на операции кальциетермического восстановления, напрямую зависит от химической чистоты восстановителя – металлического кальция. До 50-х годов в процессах восстановления урана в СССР использовался привозной кальций из Германии. Этот кальций был некондиционным, так как был получен методом «катода касания» и содержал примеси хлора. Такому металлу требовалась дополнительная очистка (дистилляция). Для этой цели на машиностроительном заводе в г.Электросталь (ныне ОАО «Элемаш») был создан опытный участок по дистилляционной очистке кальция. Учитывая всевозрастающие объемы производства урана, а также трудности по «доводке» привозного кальция до требуемой чистоты, Министерство среднего машиностроения приняло решение об организации крупномасштабного производства металлического кальция на Чепецком механическом заводе (ОАО ЧМЗ), г.Глазов, Удмуртия, где в те годы было сосредоточено производство металлического урана. С августа 1956 года кальциевое производство заработало на полную мощность. Завод стабильно выдавал по 2000 тонн кальция в год. Основная схема получения металлического кальция в те годы включала следующие операции: приготовление известкового молока и его хлорирование; электролиз полученного хлористого кальция и его выделение в сплав с медью, дистилляцию металлического кальция из этого сплава и приготовление стружки из полученных слитков дистиллята [4]. Получаемая кальциевая стружка далее шла на операцию восстановительной плавки урана. Прошли годы, но и сегодня в технологии получения отечественного металлического кальция лежит все тот же электролиз расплавленных солей (с получением медно-кальциевого сплава) и дистилляция (с получением чистого кальция).

Электролиз расплавленных солей кальция – сложный и энергоемкий процесс. По существующей в России технологии в электролизную ванну помещают сухую и очищенную соль хлорида кальция, а также хлористый калий (для понижения температуры плавления смеси). Над поверхностью помещают анод (графитовые блоки). Катодом выступает сама электролизная ванна (из чугуна или стали), в которой находится расплав медно-кальциевого сплава. В процессе электролиза кальций переходит в меднокальциевый сплав, существенно обогащая его, а хлор образует хлорвоздушную смесь (анодные газы), которая в последствии поступает на хлорирование известкового молока. Обогащенный медно-кальциевый сплав можно использовать непосредственно как сплав или направлять на дистилляцию, где отгонкой в вакууме из него получают металлический кальций ядерной чистоты. Данный способ получения кальция – электрометаллургический (или электролитический). В мире существует еще один способ получения особо чистого кальция – металлотермический – восстановление кальция из его оксидов в вакууме с применением металлического порошка (алюминия, кремния или ферросилиция). К примеру, алюминотермический способ (восстановление порошком алюминия) применяют во Франции, Китае и в ряде других стран. В каждом из этих двух способов есть свои положительные и отрицательные стороны. Так, схема электролитического получения кальция многооперационна, энергоемка и экологически не безопасна. Кроме того, она требует большого числа реагентов и материалов. При металлотермическом способе получения кальция минус в том, что необходимо осуществлять повторную дистилляцию, а плюс – в низком расходе электроэнергии, и в отсутствии газовых и жидких вредных выбросов. При электролитическом способе выход кальция составляет 70–80%, при металлотермическом – 50–60%.

В промышленных масштабах металлотермический способ получения кальция первыми применили США в годы второй мировой войны. Советские НИИ разрабатывали оба способа получения кальция: и электролитический, и металлотермический. Работы по металлотермическому способу получения кальция из его оксида в вакууме проводились в середине тридцатых годов в лабораториях Всесоюзного алюминиево-магниевого института (ВАМИ), под руководством А.И.Войницкого. Но к промышленному внедрению была рекомендована электролитическая схема (в связи с большим выходом металлического кальция).

Уже в те далекие 60-е годы СССР производил самый чистый от примесей и самый дешевый кальций в мире в виде стружки (для восстановления урана и плутония), а также фтористый кальций (для производства плавиковой кислоты) и фторид кальция (для разделения изотопов). С 70-х годов СССР стал поставлять кальций на экспорт – в виде монолитных слитков.

В начале 80-х годов советскими учеными была успешно разработана и внедрена технология получения монолитного кальция высокой чистоты для кальциетермического восстановления циркония. Для этих целей были созданы уникальные индукционные печи и разработана технология кальциетермического восстановления тетрафторидов циркония и гафния с получением слитков.

С 80-х годов СССР начал осуществлять поставки кальциевой стружки на экспорт. В этот же период в нашей стране и в мире с успехом было освоено производство двойных и тройных сплавов кальция с другими металлами (магний, алюминий, свинец и т.п.). В Японии был запатентован способ получения кальциево-алюминиевого сплава, основанный на экструзии шихты кальция и алюминия при температуре около 400°C с последующим обертыванием полученной проволоки в металлическую ленту. А в СССР – запатентован способ получения кальциево-алюминиевой проволоки и освоена технология изготовления кальциево-алюминиевого сплава в виде стружки.

Кальций в виде сплавов и лигатуры был востребован металлургической отраслью страны в значительных объемах (для десульфурации, раскисления сталей и чугунов, легирования сплавов цветных металлов). Нужно было только найти эффективный способ ввода кальция в расплав (неизбежные «потери» кальция обусловлены его низкой плотностью, низкой температурой кипения; а также высокой упругостью пара и высоким сродством к кислороду). Способов ввода кальция в расплав было опробовано немало: сначала кальций вводили в расплавленный металл в виде кусков, затем в виде брикетов, позднее в виде порошка (путем вдувания через фурмы), пробовали вводить даже в виде пуль определенного размера и формы (порошок кальция упаковывался в алюминиевую капсулу, формировался в виде пули и выстреливался в расплав) и т.п. Но это применение кальция не было экономически оправданным. Для эффективного ввода кальция в расплав была разработана порошковая проволока, представляющая собой непрерывную тонкостенную стальную оболочку, заполненную наполнителем – порошком или гранулами кальция (или сплавов кальция с алюминием, железом, кремнием, магнием, редкоземельными металлами). Стальная оболочка порошковой проволоки тормозила взаимодействие компонентов наполнителя с расплавленным металлом, надежно защищала наполнитель от окисления при прохождении через шлак, ограждала от воздействия атмосферы и влаги при хранении и транспортировке. Технология изготовления порошковой проволоки предусматривала непрерывное профилирование исходной ленты в роликовых калибрах с одновременным заполнением ее порошком-наполнителем. Кромка стальной непрерывной оболочки формировалась в герметичный плотный замок по всей длине, что исключало ее раскрытие при вводе в расплавленный металл. После формирования герметичного замка и редуцирования проволока сматывалась в бунты. Для подачи порошковой проволоки в расплав был параллельно разработан трайб-аппарат. В металлургии необходимым условием для оптимального усвоения кальция из проволоки является минимальное время от момента ввода проволоки до начала разливки металла, поэтому в конструкцию трайб-аппарата была заложена регулировка скорости ввода проволоки. Изменяя скорость подачи проволоки в расплав и толщину ее оболочки, стало возможно регулировать глубину ее погружения в расплавленный металл и тем самым – расход наполнителя в процессе обработки чугуна и стали. Размотка проволоки из бунта – внутренняя (методом выдергивания). Проволока поступает в ковш через направляющую трубу. При вводе порошковой проволоки в расплав оболочка расплавляется, и наполнитель сразу вступает в реакцию с жидким металлом.

Модели современных трайб-аппаратов различаются по конструкции, по способам подачи и прижима проволоки, по исполнению системы управления, обеспечивая ввод проволоки в металл со скоростью 0,1–10 м/с.

Порошковую проволоку с различными наполнителями для внепечной обработки чугунов и сталей в России выпускают многие предприятия. Порошковая проволока в основном выполняется трех типоразмеров: диаметром 11, 13 и 16 мм. В качестве наполнителей (порошки фракцией до 2 мм) служат: силикокальций, металлический кальций, кальций в смеси с алюминием, редкими металлами и т.д. Готовая проволока поставляется в бунтах с внутренним диаметром 560 мм, наружным – до 1200 мм и массой 500-1000 кг. Технология производства порошковых проволок и сами трайб-аппараты постоянно совершенствуются.

В настоящее время крупнейший российский и мировой производитель металлического кальция и продуктов на его основе – концерн «ТВЭЛ». Он производит: кальций металлический дистиллированный в виде слитков, стержней, фольги, стружки, крупки, гранул, порошковой проволоки с различными наполнителями; а также выпускает широкую номенклатуру сплавов на основе кальция (+ хлористый кальций). Слиток кальция металлического монолитного достигает в высоту порядка 800 мм, а в диаметре составляет до 300 мм. Масса такого слитка доходит до 90 кг. Слиток кальция металлического дистиллированного примерно такого же размера (диаметр 300-365 мм, высота 750 мм), а масса порядка 80 кг. Кальций металлический в стружке в России получают путем фрезерования слитка, крупку получают посредством дробления стружки и последующего рассева по фракциям через сито. Гранулы получают способом центробежного распыления струи расплава кальция в среде гелия. Как уже упоминалось, кальций – активный металл, поэтому слитки, стружка, куски, крупка и гранулы упаковываются в герметичные барабаны или бочки с полиэтиленовым вкладышем и с заполнением аргоном, которые хранятся в упакованном виде в закрытых помещениях. Слитки магниево-кальциевых сплавов упаковывают в полиэтиленовую пленку и помещают в деревянный ящик, а слитки кальциево-алюминиевых сплавов упаковывают в металлические барабаны. Особые требования по упаковке, транспортировке и хранению предъявляются так же и к соединениям кальция. Например, карбид кальция упаковывается в герметичные стальные барабаны (вес допускается от 50 до 130 кг), боковая поверхность барабана должна быть гофрированной. Снаружи барабаны покрывают олифой, черным лаком или масляной краской и хранят в сухих закрытых помещениях.



Новые технологии изготовления кальция позволяют сегодня получать продукцию высочайшего качества и чистоты. Так, в частности, на предприятиях концерна ОАО «ТВЭЛ» запущены в эксплуатацию французские линии дробления кальция с получением механических гранул кальция крупностью до 2 мм, что позволяет значительно расширить рынки сбыта гранулированного кальция. МИСиС проводит совместные с предприятиями-производителями работы по переходу на алюмотермический способ получения кальция высокой чистоты, в связи с мировой тенденцией перевода производств на более экологически безопасные и безотходные схемы (шлаки алюминотермического процесса далее можно использовать в строительном деле, в производстве глинозема, в технологии очистки воды и т.п.).

Применение

Металлический кальций и его соединения широко применяются в металлургии (60% всего потребляемого кальция), в металлообработке, в электронной, химической, резинотехнической, целлюлозно-бумажной, нефтехимической и нефтегазовой промышленности; в строительстве, в пищевой промышленности и сельском хозяйстве, в оптике, фармакологии и медицине.



Складирование бунтов порошковой проволоки

В черной металлургии кальций востребован как раскислитель, связывающий одновременно углерод, серу, фосфор, азот. Обработка стали кальцием или силикокальцием – одно из требований, предъявляемых рядом стандартов США, Великобритании и стран Европейского содружества [1], что объясняется комплексным влиянием кальция на улучшение свойств стали. С разработкой и внедрением технологии внепечной обработки металла порошковыми проволоками были решены не только производственные проблемы, но и улучшены экологические условия труда (кальций исключает пироэффект и разбрызгивание расплава при выпуске металла из плавильного агрегата). Да и прибыль налицо – обрабатывать ковши с чугуном и сталью стало возможно при заполнении их металлом на 95–98%, ввиду чего экономились энергоресурсы, а расход ферросплавов и раскислителей снижался в 1,5–2 раза. Использование порошковой проволоки для внепечной обработки позволило производить доводку расплава в узких пределах по химическому составу и качеству по неметаллическим включениям, при этом достигать более высокой степени усвоения элементов, снижать удельный расход раскисляющих и легирующих элементов на 10–50%.

Кальций, как известно, благоприятно действует на сталь: снижает водородное охрупчивание стали, повышает коррозионную стойкость при работе в агрессивных сероводородных средах и в морской воде, улучшает обрабатываемость резанием. Для разных металлов и сплавов порошковая проволока своя. Для обработки чугуна подходит порошковая проволока с магний-кальциевым наполнителем (обеспечивает десульфурацию и получение шаровидной формы графита). Для обработки стали – порошковая проволока с силикокальцием – изменяет морфологию включений, увеличивает степень десульфурации, улучшает разливаемость стали, а кальций в смеси с алюминием изменяет морфологию включений и повышает величину ударной вязкости стали в два раза. Усовершенствование технологии ввода кальция в расплав имеет и оборотную сторону: снижается потребление кальция в количественном выражении, для получения лучшего результата требуется меньшее количество кальция (ранее в ванну с расплавом погружали целые куски или брикеты кальция).

Соединения кальция (известь) востребованы в черной металлургии в качестве флюса. Чистый кристаллический дифторид кальция помогает отделять металлы от пустой породы.

В цветной металлургии кальций используется для металлотермического восстановления при производстве чистых металлов и как легирующий элемент при производстве сплавов (легирующая добавка к медным, алюминиевым, марганцевым и другим сплавам). Сплавы на основе кальция применяются для получения ферросилиция высокой чистоты, для производства металлизированных стекол и коллекторов солнечного излучения, как средство точного контроля включений в расплавах, кроме того, эти сплавы востребованы в производстве свинца (для удаления примесей висмута из свинцовых слитков), в производстве свинцовых аккумуляторов (решетки свинцово-кислотных аккумуляторных батарей). Кальций уменьшает способность к саморазряду аккумуляторных батарей, придает им легкость и увеличивает срок их службы. Пластины, легированные сплавом на основе кальция, имеют улучшенные литейные и механические свойства, а также более высокую химическую стойкость в кислотном электролите. Добавление всего 0,025–0,09% кальция (в зависимости от типа батарей) улучшает механические свойства свинца (благодаря достижению более быстрого дисперсионного твердения). Объем потребления кальциево-алюминиевого сплава для производства свинцово-кислотных аккумуляторных батарей на сегодня составляет 1500–2000 тонн в год. Еще кальций востребован в производстве подшипников на основе свинца, а также при изготовлении свинцовой оболочки кабелей. Широко применяются сплавы кальция и в самолетостроении.



Кальциевая продукция в виде кусков и стружки

В металлообработке соединения кальция востребованы в качестве составляющей смазочных материалов (например, при волочении проволоки), в качестве присадок к маслам, ингибиторов коррозии, детергентов, подавителей пены.

Электронная промышленность использует геттерные свойства кальция для поглощения газов и создания глубокого вакуума в электронных приборах (кальций в качестве газопоглотителя удаляет следы газов из вакуумных трубок и электронных ламп).

В химической промышленности соединения кальция участвуют в органическом синтезе (вместо каучука), они востребованы в производстве цемента, карбида кальция, соды, белильных растворов, цианамида кальция, известковой воды и т.п. Кальций входит в состав почти всех известковых стекол (эти стекла пропускают только видимый свет и инфракрасные лучи, а ультрафиолетовые задерживают). Благодаря способности нейтрализовать кислоты и кислые производственные побочные продукты, соединения кальция благоприятно влияют на экологию химических производств. Карбид кальция востребован в производстве синтетического каучука, винилхлорида, акрилонитрила, уксусной кислоты, этилена, хлорпроизводных ацетилена, искусственной смолы, ацетона, стирола. Кроме того, соединения кальция в виде карбоната кальция незаменимы в производстве линолеума, клея, лаков и красок.

В резинотехнической промышленности соединения кальция позволяют улучшать износостойкость резины, повышать ее эластичность и способность к истиранию при различных температурах.

В целлюлозно-бумажной промышленности соединения кальция используют для изготовления и отбеливания бумаги (например, высококачественная бумага может содержать от 5 до 50% (по массе) осажденного карбоната кальция). Гипохлорит кальция придает бумаге яркость, непрозрачность, восприимчивость к чернилам, гладкость.

В нефтегазовой промышленности кальций служит для очистки нефти (для удаления серы из нефтепродуктов) и газа. Хлористый кальций в виде сухого порошка используют для устройства гидрозатворов скважин на предприятиях нефтедобычи. В газовой промышленности – кальций разделитель аргона и азота при производстве этих газов. Кальций также служит для очистки аргона от примеси азота.

В строительстве соединения кальция используются для изготовления бетона, кирпича, кровельных материалов, керамической плитки, корпусов ванн, извести. Известняк в виде щебенки идет для укрепления дорог. Строительный материал арболит, в состав которого входят отходы древесины, цемент, хлористый кальций и вода – сегодня самый востребованный материал для малоэтажного строительства. Такой материал не горит, не гниет, легко пилится пилой, обрабатывается на станке. Мрамор в строительстве используется для облицовки зданий. Из низкосортного мрамора делают распределительные щиты и панели в электротехнике. Доломит – прекрасный огнеупорный материал, его используют также в качестве сырья для производства цемента. Мел применяют для побелки.



Карбонат кальция добавляют в шихту при изготовлении стекла для понижения температуры плавления шихты и экономии электроэнергии, а также для придания стеклу прозрачности и термоустойчивости. Раствором хлорида кальция пропитывают древесину для придания огнестойкости. При добавлении хлорида кальция в бетонные смеси – ускоряется процесс схватывания и повышается конечная прочность бетона.

В фармакологии и медицине соединения кальция используются для изготовления витаминов, таблеток, пилюль, инъекций, антибиотиков, а также для изготовления ампул, медицинской посуды. Кальция в организме взрослого человека 1,3–1,5 кг. Как известно, он один из биогенных элементов, необходимых для нормального протекания жизненных процессов, присутствует во всех тканях и жидкостях, составляет основу костной ткани, хрящей и зубов. Усваивается и доставляется кальций в костную ткань с помощью магния. Кальций в плазме крови влияет на ее свертываемость, управляет очищением кровотока, регулирует поток крови в сосудах. Он же передает команду мышцам расслабляться или сокращаться, он же активизирует деятельность важнейших ферментов в поджелудочной железе. В сердечно-сосудистой системе он управляет биением сердца, в нервной – передает сигналы от мозга в каждую конкретную точку тела, в иммунной системе – стабилизирует защитные механизмы, повышает устойчивость организма к болезням и действию неблагоприятных внешних факторов. Без кальция все жиры, липиды и холестерин осели бы на стенках сосудов. Он способствует выделению из организма солей тяжелых металлов и радионуклидов, выполняет антиоксидантные функции.

Молодым семьям, планирующим детей важно помнить, что кальций влияет на систему воспроизводства (спереди у сперматозоида имеется образование в виде стрелки, которое состоит из кальция, при достаточном количестве кальция сперматозоид способен преодолеть оболочку и оплодотворить яйцеклетку, при недостаточном наступает бесплодие). Еще кальций оказывает антистрессорный эффект и обладает антиаллергическим действием. Другими словами, кальций – царь минералов. Человеку ежедневно (для нормальной жизнедеятельности организма) необходимо потреблять 800–1200 мг кальция. Этот кальций содержится в молочных продуктах, сыре, капусте, чесноке, рыбных продуктах, крупе, сельдерее, салате, петрушке, яйцах (особенно в скорлупе), крыжовнике, смородине, клубнике, черешне, бобовых и т.п. Если кальция в организм поступает недостаточно, он начинает «выкачивать» его из костей и крови. А избыточное накопление кальция ведет к образованию камней в организме, а также к артритам, катарактам, артериальным нарушениям и т.п.

В быту кальций используется в качестве наполнителя чистящих средств, зубной пасты, гуталина, косметики (кремы, губная помада, пудра), для обработки питьевой воды.

Кальций нашел достойное применение в пищевой и сельскохозяйственной промышленности. Например, при получении сахара используют реакцию сырого сахарного сиропа с известью (тростниковый сахар требует около пяти кг извести на тонну, а свекловичный сахар – во сто раз больше (полтонны извести на тонну сахара)). При обработке раствором цианамида кальция, растения сбрасывают листья, что позволяет использовать на полях машины (например, во время уборки хлопка). А кальциевая селитра – прекрасное азотное удобрение.

В молочной промышленности соединения кальция добавляют к сливкам (в виде известковой воды) для отделения их от цельного молока. В холодильной технике хлорид кальция используется в качестве компонента рассолов для холодильных установок.

Помимо перечисленного, соединения кальция используют в автомобильной промышленности для заполнения шин транспорта. Хлоридом кальция посыпают трассы и взлетные полосы (от обледенения), он также защищает руды и уголь от замерзания при транспортировке и хранении. А если полить раствором хлористого кальция дорогу, то она останется влажной намного дольше, чем после поливки водой (так как упругость пара над раствором хлористого кальция очень мала и раствор поглощает влагу из воздуха и долго не сохнет).

Нашли свое применение в жизни и изотопы кальция. Изотоп 45Са, который получают путем облучения металлического кальция или его соединений нейтронами в урановом реакторе, широко используют в биологии и медицине в качестве изотопного индикатора при изучении процессов минерального обмена в организме. В металлургии – с помощью изотопов кальция можно обнаружить источники загрязнения стали и сверхчистого железа соединениями кальция в процессе плавки.

Рынок сбыта

В начале ХХ века металлический кальций производился в малых количествах, так как почти не находил применения. Так, например, в США до второй мировой войны потребляли в год всего 10–25 тонн кальция, в Германии – порядка 5–10 тонн. Такое положение продолжалось вплоть до середины ХХ века, пока не выяснилось, что кальций активный восстановитель многих редких и тугоплавких металлов, что привело к увеличению цены на него. В начале 60-х гг. мировое потребление кальция составляло уже около 100 тонн в год (этот металлический кальций использовался, в основном, как восстановитель при производстве металлов и сплавов). Постепенно к 80-м годам спрос на кальций (особенно в атомной промышленности) возрос до 2000 тонн в год. Основными производителями кальция в этот период являлись компании: «Timinco Metals» (Канада), «Pechiney Electrometallurgie» (Франция), «Nava Bharat Ferro Alloys Ltd» (Индия), «Pfizer Inc» и «Elkem Metals Company» (США) и «Чепецкий механический завод» (Россия). Сегодня основными странами-производителями металлического кальция выступают: Франция, Канада, Китай, Россия. Производимый ими кальций экспортируется в США, Австралию, Мексику (стальная индустрия), Южную Африку, Швейцарию, Великобританию, Японию, Ирландию, Германию.

До начала 80-х годов Канада являлась для США единственным источником кальция. Теперь место Канады прочно занял Китай (причина – в значительной разнице цен между китайским и канадским кальцием). Перепроизводство кальция в Китае сегодня вызывает недовольство остальных производителей кальция, так как является причиной появления излишков металлического кальция и падения цен. СССР в 1979 году экспортировал 192 тонны металлического кальция в США (на сумму 400 000 долларов США) и 30 тонн в Японию (при этом советский кальций был на 50% дешевле французского или канадского). Затем экспорт резко снизился и в 1985 году СССР экспортировал в США только 46,1 тонн кальция. В 2002 году стоимостной объем экспорта кальциевой продукции российской корпорации «ТВЭЛ» – крупнейшего производителя кальция в России – составил 11,2 млн долларов США. Российский кальций различной номенклатуры (стружка, стержни, слитки, фольга) экспортируется в настоящее время в страны Северной и Центральной Европы, Канаду и Америку.



Слиток кальция

Мировые цены на металлический кальций на протяжении с 1952 по 1956 гг. оставались неизменными и составляли 2,05 долларов США за 1 фунт (1 фунт = 0,45 кг), с 1970 по 1975 гг. цены колебались от 1 до 5 долл. США за фунт, с 1984–1987 гг. цены варьировались от 3,25 до 3,85 долл. США за фунт, а цены на смешанную стружку кальция достигали уровня 3,84–4,11 долл. США за 1 фунт. К началу 90-х годов для мировой кальциевой промышленности характерными признаками стали избыточные производственные мощности и перепроизводство. Мировое потребление кальция в 90-х годах находилось на уровне 5000 тонн в год, а производилось значительно больше. В 1995–1996 гг. цены на металлический кальций находились на уровне 4,0–4,2 долларов за килограмм, в 2001–2002 гг. цены на кальций снизились до 3,4–3,9 долларов [2] за килограмм (снижение цены на металл было обусловлено избыточными поставками на мировой рынок кальция из Китая и России, которые и сегодня своими производственными мощностями по производству металлического кальция оказывают влияние на колебание цен на мировом рынке кальция.

Уровень цен на сплавы кальция находится сегодня в диапазоне 4–6 долл. США за килограмм (в зависимости от качества). Традиционными производителями сплавов на основе кальция являются компании США, Канады, Франции, Китая и России. Потребителями «типичного» кальциево-алюминиевого сплава (70% Ca + 30% Al) являются мировые производители свинцово-кислотных аккумуляторов (фирмы «Bosh», «Varta», «American» и др.).

Спрос на кальций напрямую связан с объемами производства металлического урана. Многие эксперты отмечают увеличение спроса на урановую продукцию в перспективе. Это связано с развитием национальных ядерных программ отдельных государств, в которых возрастает роль ядерной энергетики. По прогнозу МАГАТЭ, число энергоблоков АЭС к 2020 году превысит 500, наибольший рост их числа предполагается в Азии. В ближайшие десять лет Китай, Индия, Иран планируют у себя строительство ряда АЭС. Кроме того, МАГАТЭ объявило о так называемых «мегапроектах» – расширении добычи на крупнейших в мире уранодобывающих центрах в Австралии (Олимпик-Дам) и в Канаде (провинция Саскачеван). А это означает, что кальций будет востребован, как компонент металлотермического восстановления урана. Кроме того, кальций в промышленном масштабе будет востребован и в технологии кальциетермического восстановления редких металлов (например, тетрафторидов циркония и гафния).

В настоящее время в производство редких металлов внедряются новые технологии. Одна из них – получение слитков циркония и гафния (300–400 кг) через холодные тигли, расположенные в вакуумных камерах. В России в 2004 году были разработаны технологии металлотермического восстановления редких и редкоземельных металлов в индукционных вакуумных печах с секционированными металлическими охлаждаемыми («холодными») тиглями, и внедрена вакуумная промышленная установка с «холодным» тиглем диаметром 200 мм и высотой 2 м [3]. Эксперты оценивают мировой спрос на редкие земли в 2005 г. в 750 млн долл., в 2006–2007 гг. этот показатель будет расти, а это значит, что у металлического кальция отличные перспективы.

Из кальцийсодержащих продуктов на рынке можно выделить хлорид кальция, спрос на который постоянно меняется. В последнее время, в связи с появлением новых областей применения хлорида кальция (для повышения активности бурения, ускорения застывания бетона, осушения продуктов нефтепереработки, снижения запыленности шахт, реминерализации воды в пивоварении и т.д.), наметился рост спроса на данный продукт. По оценкам аналитиков, рост спроса на хлорид кальция в 2005 году составит 1,5%. Высок спрос на хлорид кальция в Японии, США, Канаде, многих странах ЕЭС (в связи с требованиями экологов по замене мочевины на кальцийхлористые антиобледенители), в Западной Африке и на Ближнем Востоке (обслуживание нефтяной промышленности).

В России крупнейшие производители хлористого кальция: ОАО «Кирово-Чепецкий химический комбинат» (г.Кирово-Чепецк, Кировская обл.), ОАО «Соликамский магниевый завод» (г.Соликамск, Пермская обл.) и ОАО «Химический завод им.Карпова» (г.Менделеевск, Республика Татарстан). Основные предприятия-потребители хлористого кальция в России – это ОАО «Синтез» (г.Москва) и ОАО «ЛУКОЙЛ» (г.Москва). Главные отрасли-потребители хлористого кальция в России: дорожно-эксплуатационная, нефтегазовая промышленность, химическая и нефтехимическая промышленность. Мировое потребление другого соединения кальция – осажденного карбоната кальция, по оценкам экспертов, составляет порядка 6 млн тонн в год, треть из которых относится на отгрузки североамериканским потребителям.

Крупнейшие региональные рынки сбыта осажденного карбоната кальция – западная Европа и Азия. В целом, крупнейшие покупатели данного продукта – компании США, Японии, Финляндии, Китая и Франции. Основная отрасль потребления – бумажная промышленность, на которую приходится 2/3 мирового потребления данного продукта. По прогнозу экспертов, производство писчей и печатной бумаги в мире в ближайшей перспективе будет расти в среднем на 4,5% в год, что повлечет за собой соответствующее расширение мощностей по выпуску осажденного карбоната кальция. Его среднегодовой рост в ближайшие 5 лет составит около 4%. Кальций в значительных объемах востребован и в производстве аккумуляторов. Емкость российского рынка аккумуляторов оценивается в настоящее время в 15 млн аккумуляторов в год. В России на сегодняшний день порядка десяти аккумуляторных заводов: Подольский аккумуляторный завод, Тюменский аккумуляторный завод, завод «Катод» в Санкт-Петербурге, «Аком» в Жигулевске Самарской области, и др. Кальций здесь востребован в производстве свинцовых пластин. Некоторые производители аккумуляторов сегодня работают по новым технологиям. Например, «Аком» использует передовую технологию «кальций-кальций», которая позволяет увеличивать срок службы аккумуляторной батареи в два раза, и на четверть снижать потребление свинца. Прогнозируемый объем производства компании «Аком» на уровне 2 млн аккумуляторов в год.

1. Д.Дюкин, В.Лесовой, С.Гринберг «Промышленное освоение технологии обработки чугуна и стали порошковыми проволоками», ж. «Рынок металлов», 2005 г. 2. БИКИ, 2002 г, .№ 24 (8370), с. 14. 3. Бюллетень по атомной энергии, 2004, № 9, с.37–38. 4. «№ 544». История создания и развития АО «Чепецкий механический завод», 1996 г.

Журнал «Атомная стратегия» № 19, ноябрь 2005 г.  

 
Связанные ссылки
· Больше про Материаловедение
· Новость от PRoAtom


Самая читаемая статья: Материаловедение:
Уран – главный металл атомной энергетики

Рейтинг статьи
Средняя оценка работы автора: 4.82
Ответов: 92


Проголосуйте, пожалуйста, за работу автора:

Отлично
Очень хорошо
Хорошо
Нормально
Плохо

опции

 Напечатать текущую страницу Напечатать текущую страницу

"Авторизация" | Создать Акаунт | 1 Комментарий | Поиск в дискуссии
Спасибо за проявленный интерес

Re: Из него строили Великую китайскую стену (Всего: 0)
от Гость на 26/01/2007
Сылка на Вашу статью говорит о новой технологии получения СаС2, а в статье об этом ничего не нашёлю
С ув. Владимир. 


[ Ответить на это ]






Информационное агентство «ПРоАтом», Санкт-Петербург. Тел.:+7(921)9589004
E-mail: info@proatom.ru, webmaster@proatom.ru. Разрешение на перепечатку.
За содержание публикуемых в журнале информационных и рекламных материалов ответственность несут авторы. Редакция предоставляет возможность высказаться по существу, однако имеет свое представление о проблемах, которое не всегда совпадает с мнением авторов Открытие страницы: 0.06 секунды
Рейтинг@Mail.ru