钙是银白色的轻金属,质软,密度1.54,熔点839℃,沸点1484℃。钙的化学性质活泼,能与水、酸反应,有氢气产生。在空气中其表面会形成一层氧化物和氮化物薄膜,以防止继续受到腐蚀。加热时,几乎能还原所有的金属氧化物。
钙在自然界中分布广泛,资源十分丰富。主要含钙矿物有石灰石、白云石、石膏、萤石、磷灰石、石棉等。矿物成分是CaCO3,除石灰石外,还包括白垩、方解石和冰洲石。中国的石灰石、白云石、石膏和萤石资源丰富,分布广泛。在23个省、自治区,已探明石膏储量的矿点有169处,其中大型矿79处,中型矿34处,小型矿56处。山东省的石膏储量最大,其次是内蒙古、青海、湖南、湖北、宁夏、西藏、安徽、江苏和四川省。我国萤石储量主要集中在内蒙古、浙江、福建、江西、湖南、广东、广西、云南等八个省份。这些省份的萤石矿床(点)数量占全国萤石矿床(点)总数的70%,而储量占全国萤石矿总储量的90%。
钙的制备方法有还原法和电解法。还原法是生产金属钙的主要方法。通常以石灰石为原料,煅烧成氧化钙,铝粉作为还原剂。将粉碎的氧化钙和铝粉按一定比例混合均匀,压制成块,在0.01托空和1050-1200℃下反应,生成钙蒸气和铝酸钙。还原的钙蒸气在750-400℃结晶。钙结晶后在氩气保护下熔化成锭,得到致密的钙锭。还原法生产的钙回收率一般在60%左右。
电解分为接触法和液体阴极法。在接触法中,石墨用作阳极,铁管用作阴极,氯化钙和氟化钙的熔融混合物被电解产生金属钙。之后,慢慢提起铁管,铁管内形成棒状金属。接触法消耗大量原材料,金属钙在电解液中溶解度高,电流效率低,产品质量差(约1%氯)。液体阴极法使用石墨作为阳极,铜钙合金作为液体阴极。熔融氯化钙和氯化钾的混合物被电解,产生的金属钙在铜钙合金中积累。蒸馏后,钙在蒸馏罐的上部冷凝。
工业钙经过高纯空蒸馏可以得到高纯钙。一般蒸馏温度控制在780-820℃。蒸馏在净化钙中的氯化物方面是无效的。当低于蒸馏温度时,可以加入氮化物形成复盐。通过添加氮化物和真空空蒸馏提纯,可以降低氯、锰、铜、铁、硅、铝、镍等杂质元素的含量,得到99.9%-99.99%的高纯钙。
钙可用作钢铁和生铁冶炼中的脱氧、脱硫和脱磷剂。在铸铁中加入少量的锂钙合金,可以增加其流动性,明显提高其强度。在有色金属冶金中,钙用于从铝和锡中除去饥饿和锑。钙是许多元素的方便有效的还原剂。它用于制备钍、钒、锆、铍、铌、铀、钽和其他难熔金属。钙用于冶炼铜、镍、特殊钢和青铜。它可以结合硫、磷和过量的碳杂质。钙分别与硅、锂、钠、硼和铝形成合金。在铅中加入钙可以增加铅的硬度。制造轴承时可以使用钙铅合金。钙具有结合氧和氮的性质,因此可用于净化惰性气体,也可用作true 空无线电设备的脱气剂。此外,在石油工业中,钙用作脱硫剂和脱碳剂。近年来,由无机钙盐制成的钙塑广泛应用于建筑、包装和日用品中。这种材料化学性质稳定,耐高低温,隔热性好,耐水,耐溶剂,粘结性优异,可以像木材一样切割层压。钙的其他优点是燃烧速度慢,烟雾少,不容易引起火灾,没有公害。此外,在制药工业中,钙化合物是制造维生素和其他药物的原料。