鈣元素

1789年，拉瓦錫發表的元素表中就列有鈣元素。

1808年，英國的戴維、瑞典的貝採利烏斯、法國的蓬丁，用電解石灰與氧化汞的混合物，得到鈣汞合金，將合金中的汞蒸餾後，就獲得了銀白色的金屬鈣。至此鈣才被確定為元素，並根據拉丁文生石灰Calx, 命名鈣為Calcium, 元素符號Ca。

鈣的製備主要有還原法、電解法和鈣精煉。由於金屬鈣的活潑性非常強，過去主要用電解熔融氯化鈣或氫氧化鈣才能製成，近幾年還原法逐漸成為生產金屬鈣的主要方法。

還原法：還原法是使用金屬鋁在真空和高温下還原石灰，再經精餾而得鈣。

還原法通常用石灰石為原料，經燒成氧化鈣，以鋁粉作還原劑，將粉碎的氧化鈣與鋁粉按一定比例混合均勻，壓制成塊，在0.01真空和1050-1200℃温度下反應，生成鈣蒸氣和鋁酸鈣。其反應式是：6CaO+2Al==3Ca+3CaO·Al₂O₃

還原出來的鈣蒸氣在750-400℃下結晶。結晶鈣再在氬氣保護下熔融鑄錠，得到緻密的鈣錠。還原法生產鈣的回收率一般在60%左右，工藝流程見下圖：

由於其工藝過程也比較簡單，近幾年還原法是生產金屬鈣的主要方法。正常狀態下的燃燒很容易達到金屬鈣的熔點，所以會引起金屬鈣的燃燒。

較早的電解是接觸法，後來改進為液體陰極法電解。

接觸法電解是拉特瑙(W.Rathenau)於1904年首先應用的。所用的電解質為CaCl2和CaF₂的混合物。電解槽陽極用碳素如石墨等作內襯，陰極用鋼製成。電解析出的鈣漂浮在電解質表面，同鋼製陰極接觸而冷凝在陰極上。隨着電解的進行，陰極相應提升，鈣在陰極形成一個胡蘿蔔形的棒狀物。

接觸法生產鈣的缺點是：原料消耗大，金屬鈣在電解質中的溶解度高，電流效率低，產品質量差(含氯1%左右)等。

液體陰極法是以銅鈣合金(含鈣10%-15%)作為液體陰極，石墨電極作陽極。電解析出的鈣沉積在陰極上。電解槽槽殼用鑄鐵製作。電解質是CaCl₂和KCI的混合物。選擇銅作液體陰極的合金成分是因為銅鈣相圖中在高鈣含量區域內，存在着非常廣泛的低熔點區域，可以在低於700℃製取含鈣60%-65%的銅鈣合金。同時由於銅的蒸氣壓小，在蒸餾時容易分離。此外，含鈣60%-65%的銅鈣合金的密度較大(2.1-2.2g/cm³)，能保證與電解質很好地分層。陰極合金中鈣含量不超過62%-65%。電流效率約為70%。每公斤鈣消耗CaCl2為3.4-3.5公斤。

電解生產的銅鈣合金在0.01託真空和750-800℃温度條件下進行每一次蒸餾，以除去易揮發的鉀、鈉等雜質。然後在1050-1100℃下進行第二次真空蒸餾，鈣在蒸餾罐上部冷凝、結晶，而殘銅(含鈣10%-15%)留在罐底，返回電解槽使用。取出的結晶鈣即為工業鈣，品位為98%-99%。如果原料CaCl₂中鈉、鎂總含量<0.15%，則銅鈣合金經過一次蒸餾，即可得到含量≥99%的金屬鈣。

工業鈣再經高真空蒸留處理可得到高純度鈣。一般控制蒸餾温度為780-820℃，真空度1×10^-4。蒸餾處理對淨化鈣中氯化物效果較差，可在低於蒸餾温度時，添加氮化物，使形成CanCloNp形式的複鹽。這種複鹽蒸氣壓小，不易揮發而殘留在蒸餾殘渣中。通過添中氮化物和真空蒸餾淨化，鈣中雜質元素氯、錳、銅、鐵、硅、鋁、鎳的總和可降到1000-100ppm，即可得到99.9%-99.99%的高純度鈣，再經擠壓或軋製成棒和板，或切成小片，分裝在密閉容器中。

根據以上三種製備方式，可以看出還原法工藝流程簡單，耗能、耗時少，多方考慮更適於工業上生產金屬鈣，因此，近幾年還原法是生產金屬鈣的主要方法。

鈣在工業領域具體應用如下：

脱氧劑：冶煉錫青銅、鎳、鋼時，鈣用作脱氧劑。

脱水劑：鈣是有機溶劑的脱水劑。

脱硫與脱碳劑：鈣是鐵和鐵合金的脱硫和脱碳劑。

吸氣劑：電子管制作中，鈣用作吸氣劑。

除氮劑：鈣是純制惰性氣體的除氮劑，分解具有惡臭的的噻吩和硫醇。

助熔劑：氟化鈣用作光學玻璃、光導纖維、搪瓷的原料，用作助熔劑。

氧化劑、漂白藥劑、快乾劑：過氧化鈣是緩和的氧化劑，用作殺菌、防腐、漂白藥劑；也用作封閉膠泥的快乾劑。

還原劑：鈣是高温下冶金的還原劑——從氧化物、鹵化物中製取金屬鉻、釷、鈾、稀土元素、鋯，以及磁性材料釤鈷合金、吸氫材料鑭鎳合金和鈦鎳合金等。

含鈣0.04%的鉛鈣合金有較高硬度和耐蝕性能，用作電纜線外皮和蓄電池鉛板；鋁合金中加入鈣，可增強塑性。

眾所周知，鈣對人體健康至關重要。

鈣主要分佈在人體骨骼和血漿中，隨着人們對健康的日趨關注，鈣在醫學領域的應用也越加廣泛。

鈣是人體必需的常量元素，也是人體中含量最多的無機元素，成年人身體中的鈣含量約佔體重的1.5%-2.0%，人體總鈣含量達1200-1400g，其中99%存在於骨骼和牙齒中，組成人體支架，成為機體內鈣的儲存庫；另外1％存在於軟組織、細胞間隙和血液中，統稱為混溶鈣池，與骨鈣保持着動態平衡。骨鈣主要以非晶體的磷酸氫鈣(CaHPO₄)和晶體的羥磷灰石(3Ca₃PO₄·Ca(OH)₂)形式存在，骨骼通過不斷的成骨和溶骨作用使骨鈣與血鈣保持動態平衡。

鈣對人體所有細胞功能的發揮起着重要的生理調節作用。鈣是人體內200多種酶的激活劑，使人體各器官能夠正常運作，由於鈣元素參與人體的新陳代謝，因此每天必須補充鈣，鈣在人體內含量不足或是過剩都會影響人體生長髮育和健康。

含鈣礦物有很多種包括方解石(主要成分碳酸鈣-CaCO₃)，石灰岩(主要成分碳酸鈣)，石灰石(主要成分碳酸鈣)，大理石(主要成分碳酸鈣)，漢白玉(主要成分碳酸鈣)，白雲石(主要成分-CaMg(CO₃)₂)，螢石(主要成分氟化鈣-CaF₂)，石灰(主要成分氧化鈣-CaO)等。其中碳酸鈣是重要的建築材料。如潔白純淨的碳酸鈣岩石叫做漢白玉，可直接用來做裝飾性的石柱或工藝品；因含雜質而有美麗花紋的碳酸鈣叫做大理石，用來做建築物外牆和內壁的貼面或鋪設地面（如故宮園林中的大理石石雕，唐山市下轄的遷安市境的獨有的兩段用大理石建造的長城）；質地緻密的碳酸鈣岩石(石灰石)也可直接用於建房，但石灰石的主要用途是生產水泥。螢石也廣泛應用於玻璃、陶瓷、水泥等建材工業中。石灰，由於原料分佈廣泛，也廣泛應用於土木工程及各種建築中。

鈣的化合物在建築領域應用也較為廣泛，如上面提到的碳酸鈣以各種礦石形式被應用到了裝飾建築行業。除碳酸鈣CaCO₃外，氧化鈣CaO，氫氧化鈣Ca(OH)₂，氟化鈣CaF₂，硫酸鈣CaSO₄也在建築領域有着廣泛的應用，如氧化鈣(生石灰)可用作建築材料，水泥速溶劑；氫氧化鈣(熟石灰、消石灰)可以與沙子混合來砌磚；氟化鈣(氟石、螢石)用在玻璃、陶瓷、水泥等建材工業中；硫酸鈣(硬石膏)可以用作水泥、油漆膩子及其他建築材料。