Получение щелочноземельных металлов

Из металлов главной подгруппы ІІ группы технически наиболее важным является магний. Обычно его получают электролизом чистого обезвоженного и расплавленного карналлита МgСl₂∙КС1 или смеси соответствувлцнх: солей при температуре, превышающей точку плавления магния, применяя анод из графита Ачесона и железпыи катод. Жидкий магний при электролизе поднимается на поверхность, откуда его извлекают черпаками.

Так как при электролизе расплава происходит разложение только хлорид магния МgС1₂, его необходимо непрерывно добавлять. МgCl₂ получают из магнезита вля жженого доломита по реакции:

МgО + СО + С1₂ = МgС1₂ + СО₂,

для которой используют хлор, выделяющийся на аноде.

В последнее время для производства магния технологическое значение приобрели так называемые термические методы. Важнейшие из них — восстановление Мg0 карбидом кальция или углем (карботермические методы) и восстановление МgO кремнием (силикотермические методы).

При производстве магния парботермичеакими методами ведут восстановление МgO углеродом в электродуговых пtчах. Реакция МgО + С = Мg + СО идет слева направо только при температуре выше 2000 °C. Чтобы в улетучивающейся смеси паров магния и СО вновь не образовалась МgО, их следует очень быстро охлаждать. Вначале это достигали добавлением водорода.

В США, где в основном применяют и арботермический метод, быстрое охлаждение реакционных газов осуществляется при введении природпых газов.

Более простым в технологическом отношении, чем восстановление МgО углеродом, является воcстановление карбидом кальция. Восстановление ведут в вакууме в реторте, нагреваемой снаружи почти до 1200 °C; реакция идет по уравнению

МgО + СаС₂ = Мg + СаО + 2С.

Этот метод (применяемый в основном в Англии и во Франции) экономически выгоден только при наличии дешевого карбида кальция.

Силикотермический метод основан на том, что сильно экзотермическая реакция

SiO₂ + 2Mg = 2MgO + Si

при повышении температуры может пойти в обратную сторону. При этом исходят обычно не из чистого оксида магния, а из жженого доломита. Последний в смеси с кремнием или ферросилицием нагревают до 1200-1300 °С в стальной реторте или в высоко-вакуумной печи, обогреваемой электричеством. При этом происходит следующая реакция:

2Мg0 + 2СаО + Si = Са₂SiO₄ + 2Mg.

Магний (с чистотой 98-99 %) Отгоняется и осаждается в приемниках, охлаждаемых воздухом.

Техническое получение кальция осуществляют электролизом расплавленного хлорида кальция в смеси с фторидом кальция и хлоридом калия. При этом оказалось целесообразным такое устройство катода, при котором последний едва касается поверхности расплавленной массы; по мере выделения кальция на катоде последний поднимают вверх. Нагревание расплава производит лишь в такой степени, чтобы он оставался жидким. Если вести электролиз при температуре более высокой, чем точка плавления кальция, то значительная часть расплавленного кальция переходит в результате диффузии в плав и теряется вследствие вторичного окисления. Если же электролиз вести ниже температуры плавления кальция, то металлическим кальций выделяется в виде губчатой, сильно загрязненной массы. При описанном устройстве катода на нем вследствие местного разогрева, вызываемого очень высокой плотностью тока, выделяется кальций, причем заметной диффузии его в более холодный плав уже по происходит. По мере подъема катода па нем застывает выделившийся кальций, так что образуется все более длинный стержень из чистого металла, поверхность которого защищена от окисления коркой из застывшей расплавленной массы.

Кальций высокой чистоты получают в технике по Хакшпиллю при нагревании хлорида кальция с металлическим алюминием. Образующийся при этом хлорид алюминия испаряется, а кальций можно подвергнуть дальнейшей очистке перегонкой в вакууме.

Стронций, так же как и кальций, можно получить электролитически, в то же время получение бария этим методом сопряжено с большими трудностями. Гораздо чучшее по методу Гувтца и Матиньона удается восстановление в вакууме оксида бария алюминием или кремнием при 1200 ºС, протекающее по реакциям:

3ВаО + 2А1 = А1₂О₃ + 3Ва;

3ВаО + Si = ВаSiO₃ + 2Ва.

Металлический бериллий, согласно Фихтеру , проще всего получать в лаборатории электролизом расплавленной смеси ВеF₂ и NаF в молярном отпошенпг 2:1. Расплавленную массу при этом помещают в никелевый тигель, служащий одновременно катодом, в то время как анод — толстый угольный стержень — погружают в плав. Во избежание образования сплава бериллия с никелем: не следует допускать слишком сильного нагревания.

Технический способ получения бериллия, разработанный Штоком и Гольдшминдтом (1925), основан на электролизе смеси NаВеF₃ и Ва(ВеF₃),. или других подходящих смесей, состав которых подбирают так, чтобы они отличались возможно более высокой электропроводностью наряду с возможно меньшей летучестью при температурах выше точки плавления бериллия. При этом, так же как прс получении кальция, применяют охлаждаемые контактные катоды, однако температуре расплава значительно выше (около 1400 ºC). Бериллий высокой чистоты получают про перегонке в вакууме. Для этого металл загружают в тигель из ВеО и нагревают током высокой частоты.

Для получения щелочноземельных металлов в очень небольших количествах используют разложение азидов.