[科普中国]-硅钙

概述

碱土金属 、 、 、 和 是位于门捷列夫元素周期表小第Ⅱ族元素。原子中电子配置的特点是 、 、 、 和 ，这就决定了这些元素与氧有很大的亲和力和在铁中很低的溶解度。碱土金属的溶解度(at%)与温度的关系如下：

1600℃下的液态铁溶解(at%) 、 、 和 。由于碱土金属在纯态时有很高的蒸气压，因而它若以纯态形式用于炼钢和铸造是困难的，同时纯态的碱土金属很昂贵也很短缺。随着冶金工业需求的增加，导致需要以合金形式生产。虽然碱土金属实际上不与铁相互作用，但是它们可以与硅生成热力学稳定的硅化物。因而可以通过冶炼含硅的碱土金属铁合金来解决。

碱土金属的某些热力学性质如右图所示。

大量生产的是硅钙合金，含有其它碱土金属的含硅铁合金生产量较小。

金属钙及其与硅和其它元素的合金(复合铁合金)广泛用作炼钢的脱氧剂。用钙使铁液脱氧按下式反应：

1600℃ 当 时， 。钙的相互作用系数(1600℃) 。

除了镁和稀土金属以外，钙也可以降低阻碍球化石墨生成的氧含量和硫含量，促进铸件中石墨的球化。钙广泛地用作炼钢和合金的变性剂。用纯钙或它的合金处理金属熔体可以改善金属的物理化学性质，有利于改善成品钢材和铸件中氧化物和硫化物夹杂的形态。

钙存在两种变体：低温下稳定的面心立方晶格 ，在737K转变为六方晶格的 。如同其它碱土金属一样，钙有很高的蒸气压。蒸气压 与温度关系的表达式为 ，计算结果如下：

|| ||

可以利用钙易气化的性质来生产纯钙。由氧化钙和铝组成的炉料在 真空下加热到1200℃，在耐热罐中进行还原反应， 将钙蒸气从反应区抽出，在罐的冷凝区凝聚。

用碳还原氧化钙(石灰)和硅石的方法来生产硅钙。含钙低( 、 )的硅钙合金采用硅热法。2

硅钙板硅钙板(纤维增强硅酸钙板)是以硅质材料、钙质材料为基材，以纤维为增强材料，经过成型、蒸压养护而成的纤维增强硅酸钙板制品。该种板材具有轻质、高强、不燃、十湿变形小等良好的综合性能，特别适用于复合墙体的墙画内、外面板，还可以用作吊顶板，是一种很有发展前途的建筑用薄板材。

世界上发达国家的纤维增强硅酸钙板产量很大，以口个为例，其年产量约6000万平方米。而且日本、英国、丹麦等国几乎全部以纤维素纤维、抗碱玻璃纤维等来代替石棉制成无石棉硅酸钙板。

我国从20世纪70年代开始研制和开发纤维增强硅酸钙板，80年代开始从国外引进先进的技术和设备，从而提高丁陔种制品的产量和质量。

特性及构成纤维增强硅酸钙板具有轻质、高强、不燃、隔热、干湿变形小和良好的可加工性能(可钉，可锯、可刨、可钻和可粘接等)，可作为各种条件下的复合墙体的墙面板。

纤维增强硅酸钙板是从硅质材料(主要为石英砂，也寸掺少量粉煤灰)，钙质材料(主要为石灰、消石灰、电石渣或硅酸盐水泥等)为基材，以纤维材料(主要为石棉、耐碱玻璃纤维、纤维素纤维、有机合成纤维或云母等)为增强材料，以水玻璃、碳酸钠、氢氧化钠等碱性材料(主要是促进氢氧化钙和二氧化硅的化学反应)为助剂，并加水，经搅拌、成型、蒸压养护而成。

纤维增强硅酸钙板的土产工艺主要有两种：抄取成型法和模压成型法，

抄取成型法是使用圆网抄取机，将搅拌后的料浆抄取成薄片．并缠绕在成型筒上制成板，此种方法与石棉增强水泥板相同，

此种成型方法适合制作厚度为6~12mm，密度为600~1200 的大尺寸板材。

模压成型法将经搅拌的料浆注入模具，平整后加压成型成板坯，然后送人蒸压釜养护而成。此种成型方法适合制作厚度为19~32mm，密度为750~900 的板材。

品种纤维增强硅酸钙板按其增强材料来分，可分为三种：云母型(Y)增强硅酸钙板、石棉型(S)增强硅酸钙板和其他纤维型(Q)增强硅酸钙板。

纤维增强硅酸钙板按其密度宋分，可分为三种：

纤维增强硅酸钙板、纤维增强硅酸钙板和纤维增强硅酸钙板。

规格(1)规格尺寸。纤维增强硅酸钙板的规格尺寸，见右图。

(2)标记方法。

标记顺序：产品名称、分类、密度、等级、规格尺寸和标准号。

标记示例：云母型硅酸钙板，类板，优等品，2400mm×1200mm×10mm。3

硅钙合金硅钙合金主要用于炼钢和铸铁生产上。

钙和硅与氧的亲和力都很大，并且脱氧产物易于上浮，易于排出，所以用硅钙合金脱氧的钢液比较纯净，在炼优质钢和特种合金时，常用硅钙合金作脱氧剂。

硅钙合金中的钙与硫形成稳定的化合物CaS，而CaS不溶于钢水中，因此，硅钙合金脱氧时，还有脱硫的作用。

在铸铁生产中，硅钙比硅铁更能有效地改善铸铁的性能。硅钙合金不仅是一个有效的孕育剂促进球状石墨的形成，而且还能起到脱氧、脱硫、脱氮和增硅的效果。4

用途钙和硅与氧都有很强的亲和力。特别是钙，不仅与氧有很强的亲和力，而且与硫、氮都有很强的亲和力。所以硅钙合金是一种较理想的复合脱氧剂、脱硫剂。硅合金不仅脱氧能力强，脱氧产物易于上浮，易于排出，而且还能改善钢的性能，提高钢的塑性、冲击韧性和流动性。硅钙合金可以代替铝进行终脱氧。被应用于优质钢。特殊钢和特殊合金生产中。例如钢轨钢、低碳钢、不锈钢等钢种和镍基合金、钛基合金等特殊合金,均可用硅钙合金作脱氧剂。硅钙合金也适合作转炉练钢车间用的增温剂，硅钙合金还可用作铸铁的孕育剂和球墨铸铁生产中的添加剂。