3 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Как из углерода получить карбид кальция

Содержание

Как из углерода получить карбид кальция

Ваша корзина пуста, для оформления заказа выберите товар в каталоге

Поиск по каталогу

Доставка продукции осуществляется компанией ХИМОПТТОРГ во все регионы Центральной России:

  • Белгородская область
  • Липецкая область
  • Курская область
  • Тамбовская область
  • Воронежская область

Карбид кальция: применение и меры безопасности

Определение

Карбиды – химические соединения которые получаеются в результате щелочных реакций углерода с металлами. В большинстве случаев получаются сверхтвердые сплавы, сравнимые по своим твердостным характеристикам с алмазом.

Наиболее широкую известность и распространение получил сплав, называемый карбид кальция — химическая формула соединения CaC2

Сейчас небольшой экскурс в историю возникновения этого химического соединения.

Коротко об истории

Технология

В производстве карбида кальция участвуют два элемента: оксид кальция (CaO) известный также как негашеная известь и углеродные соединения в виде кокса (антрацита, каменного угля):

CaO + 3C = CaC2 +CO
Оба компонента подвергаются измельчению и последующему обжигу и расплавлению посредством электродугового способа.

Готовый раствор доходит до твердого состояния в специальных формах, а впоследствии подвергается дроблению и сортировке.

Минимальный температурный порог образования карбида кальция 1619°С. Как правило, процесс производства ведется при 1900-1950°С. Температурный рост приведет к распаду карбида кальция на металл и углерод.

При наличии небольшой электродуговой печи и источника тока можно воспроизвести процесс образования карбида кальция:

  • Берем графитовый тигель или угольный электрод (перед этим сделав в нем углубление) &#8658 помещаем негашеную известь и равные по массе куски кокса
  • Подводим электрод к смеси создавая электрическую дугу. Уголь хорошо проводит ток в смеси &#8658 ждем примерно полчаса пока дуга будет гореть
  • После остывания смесь превращается в сплав, который, если опыт прошел успешно, содержит маленькие кусочки карбида. Чтобы проверить это, полученную массу поместим в воду и соберем образующиеся пузырьки газа в пробирке, перевернутой вверх дном и заполненной водой.

Можно выделить ряд факторов, влияющих на быстроту формирования и качественные характеристики конечного продукта:

  • размер, плотность, наличие примесей в первоначальном сырье
  • физические и технические параметры печи
  • соблюдение этапов технологического процесса

Несмотря на модернизацию промышленных процессов, производство карбида кальция остается трудозатратным, требующим больших площадей и финансовых вложений.

Особенности

Карбид кальция — прочный элемент с кристаллической структурой. От качества исходного сырья зависит конечный тон: может варьироваться от голубоватого до фиолетового, черного. А также возможно присутствие неприятного запаха с нотками чеснока. Процесс слияния с водой, растворами минеральных кислот, щелочей протекает с выделением большого количества тепла, имеет производственную важность.

CaC2 + 2H2O => Ca(OH)2 + C2H2 — формула взаимодействия карбида кальция с водой .
В результате этой реакции также образуется ацетилен — ненасыщенный углеводород с тройной связью.

С кислородом реакция разложения карбида кальция идет только под воздействием повышенных температур (700 — 900 °C):
2CaC2 + 5O2 → 2CaO + 4CO2 — в результате реакции образуется оксид кальция (CaO) и оксид углерода (IV) (CO2)

Складирование и перевозка

Карбид кальция нужно фасовать во влагозащищенных емкостях, резервуарах, чтобы исключить доступ влаги и не допустить процесса распада. Процедуре расфасовки и распаковки стоит уделить особое внимание

  • проявить аккуратность, не использовать инструмент, образующий искры при работе.
  • необходимо обеспечить участников процесса средствами защиты, так как попадание карбида в организм и на кожу человека является опасным.
  • перевозка производится только транспортными средствами с закрытым кузовом. Аэродоставка запрещена.
  • нужно обеспечить производственное помещение вентиляционной системой и не допускать совместного хранения с прочими товарами.

Срок годности карбида кальция не превышает шесть месяцев

Полезные стороны

Карбид кальция — стартовый элемент для производства многих соединений.

Агрегация карбида кальция и азота используется в получении цианамида кальция.

Он относится к нитратным стимуляторам, активно используемым в агрономии. Эта соль становится исходным компонентом при синтезе мочевины, гуанидина.

В металлургии служит для раскисления металлов и десульфурации (понижение содержания кислорода и серы соответственно).

А какую забаву вызывало у детей похитить со стройки камушек карбида и бросать в лужи, любуясь шипением и бурлением. А особо смелые подносили спичку к исходившему газу, и загоралось голубое пламя.

Полезный газ

Изначально карбид кальция применялся исключительно для получения ацетилена. Это органическое соединение использовали для создания карбидных ламп, применяемых для освещения улиц. Такие источники света используют и сегодня в спелеологии, как походное снаряжение, на маяках.

Ацетилен – полупрозрачный, водорастворимый газ используется для получения таких органических соединений, как хлорэтан, поливинилхлорид, стирол.

Существует ряд синтетических продуктов, производных ацетилена. Например, комбинации с хлором дают продукты, превосходно растворяющие органические соединения, а также неорганические: серу, фосфор. Поскольку такие продукты являются негорючими, они успешно используются при вытяжке жиров. Ацетилениды кальция (соли ацетилена) с ионами серебра, меди и ртути используются в создании взрывчатых веществ. Особенно сильной разрушающей взрывной силой обладает соединение с золотом.

В функционировании реактивных двигателей участвует коктейль ацетилена и аммиака.

Ацетилен в соединении с H2O образует ацетальдегид, из которого изготавливается синтетическая уксусная кислота, ацетон, искусственные смолы и этиловый или водочный спирт

C2H2 + H2O → СH3-CHO

Всем известные клей ПВА, грампластинки, рекламные баннеры также являются производными этого газа.

Техника безопасности

Как уже отмечалось ранее, карбид кальций – это взрывоопасное вещество и для соблюдения безопасности в работе с ним нужно следовать нескольким обязательным условиям:

  • создать герметичное место хранения и обработки;
  • не допускать доступа источника огня;
  • мелкие частички (карбидная пыль) вызывают раздражения кожных покровов, органов дыхания, поэтому обязательна защитная одежда, респираторы;
  • генераторы ацетилена должны размещаться в строго изолированных местах;
  • по завершении сварочных работ обязательно нужно утилизировать неотработанные шлаки в специальных местах;
  • при транспортировке и хранении нужно исключить возможность столкновения баллонов, емкостей, так как это несет смертельную опасность.

Карбид кальция – источник производства многих органических и неорганических соединений, которые широко используются в разных сферах жизни человека. Многие из них не имеют аналогов. Но, наряду с неисчерпаемой пользой этого вещества, не стоит забывать и о вреде, который он может нанести человечеству и экологии, ведь он относится к первому классу опасности, обладает взрыво и пожароопасными действиями.

Как из углерода получить карбид кальция

Карбиды – это группа неорганических соединений углерода с металлами, а также с кремнием или бором (поскольку эти элементы проявляют металлические свойства). Карбид кальция – одно из наиболее востребованных веществ этой группы. О свойствах и применении соединения читайте ниже.

Читать еще:  Принцип действия электротеплового реле

История получения

Карбид кальция – соединение, получившее широкое применение в современной промышленности. В 1862 году немецкий химик Фридрих Велер впервые синтезировал молекулу этого вещества. Получение карбида кальция он осуществил следующим образом. Ученый приготовил расплав кальция с цинком, а затем нагрел его с углем. В результате получился карбид. Химическая формула соединения – CaC2. Промышленный способ получения карбида предложил ученый Муассан в 1892 году. Другие названия вещества – ацетиленид кальция, или углеродистый кальций. Кристаллическая решетка соединения выглядит следующим образом:

Физические свойства

По своим физическим свойствам карбид кальция является кристаллическим веществом с температурой плавления 2300 о С. Эта цифра является справедливой лишь для чистого соединения. Карбид, содержащий примеси, может иметь другие показатели температуры плавления. Основное агрегатное состояние вещества – твердое, а цвет варьирует от серого до коричневого.

Химические свойства

Карбид кальция хорошо впитывает воду. Этот процесс сопровождается химической реакцией разложения. Важно, что карбидная пыль обладает раздражающим действием на слизистые оболочки, кожу и органы дыхания. Поэтому во время работы с соединением необходимо использовать противогазы либо противопылевые респираторы. С кислородом карбид кальция взаимодействует при высокой температуре с образованием карбоната кальция. Реакция с азотом приводит к синтезу цианамида кальция. Также при высоких температурах карбид кальция вступает в реакции соединения с хлором, фосфором, мышьяком. Но все-таки одним из важнейших свойств соединения считается разложение водой.

Получение

Производство карбида кальция заключается в следующем. Негашеную известь и предварительно измельченный кокс смешивают. Полученную смесь подвергают расплавлению в электрических печах. Кокс и оксид кальция берутся в равных по массе частях. Процесс происходит при температуре 1900 о С. Расплав выходит из печи и в дальнейшем разливается по специальным формам. Затем уже затвердевший карбид кальция дробят и сортируют по размеру кусков. Гранулы вещества разделяются на четыре фракции в соответствии с их размерами: 25×80, 15×25, 8×15, 2×8, которые определяются ГОСТом 1460-56. По своему составу технический карбид кальция содержит 75-80% основного вещества. На долю примесей, таких, как углерод, известь и других, приходится до 25% от общей массы полученной смеси. Кроме того, содержащийся в техническом карбиде сульфид и фосфид кальция обусловливают довольно неприятный его запах. Представим реакцию получения СаС2: СаО + 3С → СаС2 + СО↑. Образование ацетиленида кальция сопровождается поглощением тепла. Поэтому логично предположить, что реакция его разложения, напротив, идет с выделением энергии.

Транспортировка и хранение

По причине того, что влага моментально разлагает карбид с выделением большого количества тепла и образованием взрывоопасного газа ацетилена, хранить вещество необходимо в герметично закупоренных барабанах или бидонах. Следует помнить, что ацетилен легче воздуха и способен скапливаться в верхних зонах помещения. Этот газ, помимо наркотического действия, обладает способностью к самовоспламенению. Поэтому использовать карбид кальция необходимо с большой осторожностью. Расфасовке на производстве уделяется особое внимание. Готовое вещество помещается в специальные барабаны (тара, напоминающая консервные банки). Такая упаковка требует аккуратного вскрытия. При этом должен использоваться инструмент, не приводящий к образованию искр (молоток или специальный нож). В случае попадания карбида на кожу или слизистые оболочки необходимо немедленно промыть пораженный участок водой и обработать место вазелином или жирным кремом. Транспортировка соединения осуществляется с использованием только крытых видов транспорта. Воздушная доставка карбида запрещена. Помещения, где хранится СаС2, должны быть хорошо проветриваемыми. Также не разрешается хранить карбид совместно с другими химическими веществами. Это может привести к нежелательным, а, возможно, и опасным, реакциям. Срок хранения карбида составляет полгода.

Применение

Область применения карбида кальция чрезвычайно широка. В первую очередь это промышленный синтез. Карбид кальция используется для производства синтетического каучука, уксусной кислоты, ацетона, этилена, винилхлорида, стирола. Также он находит применение в получении цианамида кальция. Это вещество ценно своим использованием в синтезе различных удобрений и цианистых веществ. В сельском хозяйстве любому агроному известно такое название, как карбидно-карбамидный регулятор. Он применяется для регуляции роста растений. А для его получения также используется карбид кальция. Кроме того, это соединение находит применение в процессе производства цианамида кальция. Эта реакция основана на нагревании карбида кальция с азотом. Восстановление щелочных металлов также не обходится без применения описываемого нами вещества. Карбид кальция применяется и в процессе газосварки. Например, широко используются карбидные лампы. Принцип их работы основан на взаимодействии в специальной емкости карбида с водой и сгорании на выходе из аппарата конечного вещества реакции – ацетилена. Посмотрите на фото карбидной лампы.

Производство ацетилена

Одной из важнейших областей применения карбида кальция является его использование в получении ацетилена. Заслуга в открытии этого способа также принадлежит немецкому ученому-химику Фридриху Велеру. В основе этого промышленного процесса лежит реакция разложения карбида под воздействием воды. СаС2 + 2 Н2О → С2Н2 + Са(ОН)2↓. На выходе образуется газ ацетилен и гашеная известь, выпадающая в осадок. Процесс сопровождается выделением большого количества тепла. Объем газа на выходе зависит от того, насколько чистый используется для реакции карбид кальция. Ацетилен, образующийся в результате, может иметь различный объем – 1 кг исходного вещества может дать от 235 до 290 литров газа. Что касается скорости протекания реакции, то она зависит как от малого процента примесей в карбиде кальция, так и от температуры воды, а также ее чистоты. Если рассматривать теоретическую реакцию производства ацетилена из карбида, то в ней на 1 кг карбида достаточно 560 мл воды. Однако на практике объем воды для проведения реакции увеличивается. На 1 кг карбида кальция в условиях промышленного синтеза требуется от 5 до 20 литров воды. Такое количество необходимо для того, чтобы ацетилен лучше охлаждался, а также для обеспечения оптимальной безопасности при работе. Ниже изображен немецкий химик Фридрих Велер.

Лабораторный опыт получения ацетилена

Многим из школьных уроков химии знакома реакция взаимодействия карбида с водой. Обычно этот опыт позволяет продемонстрировать реакцию получения ацетилена, а также физические и химические его свойства. Процесс выделения газа при этом происходит достаточно бурно, поэтому трубка, отводящая ацетилен из колбы с действующими веществами, помещается в чашу с водой. Это обеспечивает менее активное и стремительное движение газа. Кроме того, в лабораторных условиях можно использовать и другой способ, чтобы сделать не слишком бурной реакцию разложения такого соединения, как карбид. Ацетилен при этом идет равномерно и спокойно. Для этого вместо воды необходимо взять насыщенный раствор поваренной соли. Также в лаборатории при проведении этой реакции следует осторожно добавлять воду в карбид, помещенный в объемную колбу, а не наоборот.

Карбид кальция и ацетилен — друзья не разлей вода!

Карбид кальция имеет резкий чесночный запах и сильно поглощает воду. Его плотность повышается с увеличением количества примесей и изменяется в пределах 2,22-2,8 г/см 3 . Молекулярная масса — 64,102. Технический карбид кальция выпускают по ГОСТ 1460.

Карбид кальция является основным сырьем для получения ацетилена — горючего газа применяемого при газовой сварке и газовой резке.

Карбид кальция был получен случайно в 1862 г. Немецкий химик Фридрих Вёлер (Friedrich Wöhler) при попытке выделения металлического кальция из извести (карбоната кальция СаСО3) путем длительного прокаливания смеси, состоящей из извести и угля получил массу сероватого цвета, в которой не обнаружил признаков металла. Как результат неудавшегося эксперимента он выбросил эту массу на свалку во дворе. Во время дождя лаборант заметил выделение какого-то газа из выброшенной массы. Это заинтересовало Фридриха Вёлера, он провел анализ газа и установил, что это ацетилен (С2Н2), ранее открытый Эдмундом Дэви (Edmund Davy), в 1836 г.

Читать еще:  Как уменьшить обороты двигателя от стиральной машины

Однако имя этому газу присвоил французский химик Пьер Эжен Марселен Бертло (Marcellin Berthelot), после того, как в 1863 году получил ацетилен, пропуская водород над раскалёнными электрической дугой графитовыми электродами.

Томас Уилсон (Thomas Leopold «Carbide» Willson) в 1888 году и Фердинанд Фредерик Анри Муассан (Ferdinand Frederic Henri Moissan) в 1892 независимо друг от друга открыли метод получения карбида кальция в дуговой электропечи, что послужило толчком для дальнейшего развития промышленного получения технического карбида кальция.

В России первые заводы по изготовлению карбида кальция были построены акционерным обществом «Перун» в 1908 г. в Земковицах, а в 1910 г. в Петербурге. В 1914 г. на этом заводе работали две карбидные печи мощностью по 500 кВт и две печи по 900 кВт.

В 1917 г. при Макеевском металлургическом заводе была построена установка с электропечью мощностью 1800 кВт. Почти одновременно на заводе в Баку для нужд нефтепромышленности и на Аллавердском медеплавильном заводе также были пущены карбидные печи.

В 1930 г. был построен и пущен первый большой карбидный завод в Растяпино (ныне г. Дзержинск Нижегородской области). На этом заводе карбид кальция впервые стал выпускаться не только как товарный продукт, но и для получения цианамида кальция.

Получение карбида кальция

Технический карбид кальция получают в результате взаимодействия обожженной извести (СаО) с коксом (3С) или антрацитом в электрических печах при температуре 1900-2300 о С. Шихту, состоящую из смеси кокса или антрацита и извести в определенной пропорции, загружают в электропечь, шихта расплавляется, при этом происходит эндотермическая химическая реакция (т. е. с поглощением тепла) по формуле:

СаО+3С = СаС2+СО -108 ккал/моль

Таким образом, для получения 1 т карбида кальция требуется:

  • 4000 кг извести
  • 600 кг кокса
  • 1965 кВт·ч электроэнергии

Однако вследствие значительных потерь энергии в карбидных печах практически для получения 1 т технического карбида кальция расходуется от 2800 до 3700 кВт·ч в зависимости от мощности печи. Если мощность печи меньше 1000 кВт, то расход электроэнергии может достичь 4000 кВт·ч/т и более.

Расплавленный карбид кальция сливают из печи в специальные изложницы, в которых он остывает и затвердевает. После затвердевания его дробят в щековых дробилках и сортируют в решетчатых барабанах на куски различной величины от 2 до 80 мм.

Выход кусков различных размеров при дроблении приведен ниже:

Грануляция карбида кальция, мм

Товарным карбидом кальция считается грануляцией от 2 до 100 мм. Карбидная пыль, получающаяся при дроблении, непригодна для нормальных ацетиленовых генераторов из-за слишком энергичного разложения водой, перегрева и опасности взрыва.

Зависимость удельного веса технического карбида кальция от содержания в нем СаС2, приведена в таблице ниже:

Содержание СаС2 в техническом карбиде, %

Удельный вес технического карбида

Технический карбид кальция, получаемый в электропечах, содержит ряд примесей, попадающих в него из исходных материалов, которыми пользуются при его производстве. Средний химический состав технического карбида кальция применяемого для сварки:

Содержание, % (по массе)

Карбид кальция (СаС2)

Окись магния (MgO)

Окись кремния (SiO2)

Как видно из приведенного состава, основной примесью является известь.

Примеси, содержащиеся в исходных материалах, применяемых для производства, ухудшают его качество. Особенно вредными примесями являются фосфор и сера, которые переходят в карбид кальция в виде фосфористых и сернистых соединений кальция, а при разложении карбида попадают в ацетилен в виде фосфористого водорода и сероводорода.

При температуре 1000°С карбид кальция, взаимодействуя с азотом, образует цианамид кальция:

Эта реакция используется для промышленного производства цианамида кальция. Цианамид кальция применяется в качестве удобрения и как исходный продукт для получения цианидов.

С водородом карбид кальция вступает в реакцию при температуре выше 2200°С с образованием ацетилена и металлического кальция. При высокой температуре карбид кальция восстанавливает большинство окислов металлов.

Гидролиз карбида кальция или карбид кальция плюс вода

Одним из промышленных способом получения ацетилена для газовой сварки и газовой резки является гидролиз карбида кальция т.е. разложение в воде.

При взаимодействии карбида кальция (CaC2) с водой (H2O) образовывается газ — ацетилен (C2H2) и гашеная известь (Ca(OH)2), являющуюся отходом. Химическая активность карбида кальция по отношению к воде столь велика, что он разлагается даже кристаллизационной водой, содержащейся в солях.

Экзотермическая реакция (т.е. с выделением тепла) взаимодействия карбида кальция с водой протекает бурно по уравнению:

Тепловой эффект разложения технического карбида кальция слагается из тепла, выделяемого при взаимодействии с водой карбида кальция и негашеной извести (содержащейся в карбиде кальция). Взаимодействие извести с водой протекает по уравнению:

Выход ацетилена объем ацетилена в литрах, выделяемый при разложении 1 кг карбида, приведенный к 20° и 760 мм рт. ст.

Для разложения 1 кг химически чистого карбида кальция теоретически необходимо 0,562 кг воды, при этом получается 0,406 кг ацетилена (285 л) и 1,156 кг гашеной извести.

Значительный тепловой эффект реакции разложения карбида кальция и опасность перегрева ацетилена заставляют вести процесс разложения карбида с большим избытком воды для охлаждения. Это делает процесс более безопасным. Температура выходящего из генератора ацетилена при этом превышает температуру окружающей среды всего на 10-15°С.

Минимальное количество воды, необходимое для охлаждения при разложении 1 кг карбида кальция, может быть рассчитано следующим образом.

При разложении 1 кг 70%-го карбида кальция образуется 0,284 кг ацетилена и 1,127 кг гидрата окиси кальци т.е. гашеной извести (принимая содержание окиси кальция в карбиде кальция равным 24%).

Принимаем, что начальная температура воды равна 15° С, а температура в генераторе во время работы равна 60° С. Уравнение теплового баланса для 1 кг карбида кальция выражается следующим образом:

где q — количество тепла, выделяющееся при разложении 1 кг 70%-го карбида кальция, равное 397 ккал/кг
q1 — количество тепла, затрачиваемое на нагревание получаемой гашеной извести с 15 до 60°С:
q1= 1,127×(60-15)-0,23= 11,7 ккал
0,23 — средняя теплоемкость гидрата окиси кальция в ккал/кг

q2 — количество тепла, затрачиваемое на нагревание получаемого ацетилена с 15 до 60° С:
q2=0,284×(60-15)-0,336 = 4,3 ккал
0,336 — средняя теплоемкость 1 кг ацетилена в ккал в указанном интервале температур

q3 — тепло, затрачиваемое на испарение воды в количестве 0,034 кг (при 60° С содержание водяных паров, насыщающих ацетилен, полученный из 1 кг карбида кальция, равно 34 г) скрытая теплота парообразования воды — 539 ккал/кг
q3 = 0,034×539+0,034×1×(60-15) -19,9 ккал

q4 — потеря тепла в окружающую среду и на нагревание стенок генератора, она составляет примерно 7% от общего количества выделяющегося тепла:
q4=397×7/100=27,8 ккал

q5 — количество тепла, расходуемое на нагревание воды до температуры 60° С:
q5=q×(q1+q2+q3+q4)=397×(11,7+4,3+19,9+27,8) = 336,3 ккал

Искомый минимальный безопасный объем воды равен:

Так как 1 м 3 ацетилена при абсолютном давлении 1 кгс/мм 2 и 20°С весит 1,09 кг, следовательно, из 1 кг химически чистого карбида кальция теоретически можно получить 0,406/1,09 = 0,3725 м 3 , или 372,5 л ацетилена.

Читать еще:  Из чего состоит бензопила

Как уже говорилось выше, технический карбид кальция обычно содержит не более 70-80% CaC2. Поэтому из 1 кг технического карбида кальция можно получить от 230 до 280 л ацетилена.

Если учесть потери ацетилена на растворение в воде и продувку ацетиленового генератора, то для получения 1 м 3 (1000 дм 3 ) ацетилена практически приходится расходовать 4,3-4,5 кг карбида кальция. Более точные данные о фактическом выходе ацетилена из технического карбида кальция в зависимости от количества примесей (сорта) и размеров «кусков» (грануляции) указаны в ГОСТ 1460.

Для Получение ацетилена из карбида кальция осуществляется в аппаратах, называемых ацетиленовыми генераторами.

Чем меньше размеры кусков карбида кальция, тем быстрее происходит его разложение.

Например: Карбид кальция размером 50×80 мм разлагается полностью в течение 13 мин, а размером 8×15 мм — в течение 6,5 мин.

При величине кусков менее 2 мм карбид кальция считается отходом и называется карбидной пылью. Карбидная пыль разлагается практически мгновенно. При взаимодействии с водой разложение карбидной пыли происходит на поверхности воды и выделяемое тепло не может быть быстро отведено. Это приводит к повышению температуры в зоне реакции и перегреву частиц карбида и выделяющегося ацетилена. При этом особенно опасно присутствие воздуха, так как быстро достигается температура воспламенения ацетилено-воздушной смеси. Поэтому карбидную пыль нельзя применять в обычных ацетиленовых генераторах, рассчитанных для работы на кусковом карбиде кальция, так как это может вызвать взрыв ацетилена в генераторе. Для разложения карбидной пыли применяют генераторы специальной конструкции.

Чем выше температура воды, тем быстрее идет разложение карбида кальция. Если вода сильно загрязнена гашеной известью, образующейся при разложении карбида кальция, то реакция разложения замедляется.

При разложении неподвижного карбида кальция в недостаточном количестве воды куски его могут покрываться коркой гашеной извести и сильно перегреваться, при этом может иметь место реакция:

В этом случае разложение карбида кальция происходит за счет отнятия влаги, содержащейся в гашеной извести. В результате повышается плотность корки, что приводит к еще большему перегреву. Поэтому непрерывное удаление извести из зоны реакции имеет большое значение, так как перегрев карбида кальция может привести к взрыву ацетилено-воздушной смеси или вызвать взрывчатый распад ацетилена.

Если производить разложение одинаковых количеств карбида кальция различными постепенно уменьшающимися количествами воды, то температура получаемой смеси ацетилен — водяной пар будет соответственно повышаться. При температуре около 90°С почти все тепло (за исключением тепла, затрачиваемого на нагревание ацетилена и карбидного ила) расходуется на образование водяного пара. Эти условия разложения соответствуют процессу, при котором получается сухой гидрат окиси кальция, поскольку вся вводимая в реакцию вода расходуется на разложение карбида и образование водяного пара.

При погружении карбида кальция в воду процесс разложения протекает также весьма неравномерно: вначале реакция идет очень активно с бурным выделением ацетилена, а затем скорость реакции уменьшается. Это объясняется уменьшением поверхности кусков и тем, что они покрываются коркой извести, препятствующей свободному доступу воды.

При перемешивании воды с находящимся в ней карбидом кальция разложение происходит быстрее и равномернее.

Скорость разложения карбида кальция в воде зависит от чистоты карбида кальция и поверхности соприкосновения кусков карбида кальция с водой.

Скорость разложения карбида кальция в воде является весьма важным элементом, характеризующим качество карбида кальция. Для практических целей пользуются понятием продолжительности разложения.

Продолжительностью разложения карбида кальция считают время, в течение которого выделяется 98% от всего количества ацетилена, который может быть выделенным из карбида кальция, так как остаток разлагается очень медленно и не характеризует процесс разложения применительно к условиям работы ацетиленовых генераторов.

В таблице ниже приведены экспериментальные данные о продолжительности разложения карбида кальция в зависимости от размеров его кусков.

Карбид кальция

Карбид кальция (углеродистый кальций, ацетиленид кальция) — CaC2 — в чистом виде белое кристаллическое вещество. Бинарное неорганическое соединение кальция с углеродом.

Содержание

  • 1 История получения
  • 2 Получение
  • 3 Физические свойства
  • 4 Химические свойства
  • 5 Внешний вид и характеристики технического карбида кальция
  • 6 Область применения карбида кальция
  • 7 Физиологическое действие

История получения

Впервые получен в 1861 году Фридрихом Вёлером нагреванием сплава цинка и кальция с углём.

Получение

В настоящее время получают прокаливанием в электрических печах (температура 1900—1950 °C) смеси оксида кальция с коксом.

CaO + 3C → CaC2 + CO

Полученный таким образом технический продукт имеет чисто-черный цвет вследствие загрязнения углём и другими красящими примесями. Он содержит также примеси фосфида и сульфида кальция, вследствие чего такой карбид кальция и полученный из него ацетилен имеют неприятный запах.

Физические свойства

  • Бесцветные тетрагональные кристаллы.
  • Плотность: 228 (+20 °C, г/см 3 ).
  • Удельная теплоёмкость при постоянном давлении (в Дж/г·K): 0,92 (+20—325 °C).
  • Стандартная энтальпия образования ΔfH (298 К, кДж/моль): −62,8 (т).
  • Стандартная энергия Гиббса образования ΔfG (298 К, кДж/моль): −67,8 (т).
  • Стандартная энтропия образования S (298 К, Дж/моль·K): 70,3 (т).
  • Стандартная мольная теплоёмкость Cp (298 К, Дж/моль·K): 62,34 (т).
  • Энтальпия плавления ΔHпл (кДж/моль): 32,2.
  • Карбид кальция имеет резкий чесночный запах.

Химические свойства

При взаимодействии c водой карбид кальция гидролизуется с образованием ацетилена и гидроксида кальция (гашёной извести):

Представленная выше реакция является экзотермической.

Внешний вид и характеристики технического карбида кальция

Карбид кальция получают сплавлением в электрических печах кокса и негашеной извести. Расплавленный карбид кальция выпускается из печи в специальные формы — изложницы, в которых он затвердевает. Застывший карбид кальция дробится и сортируется на куски определённых размеров.

Технический карбид кальция представляет собой твёрдое кристаллическое вещество. По внешнему виду карбид кальция представляет собой твёрдое вещество тёмно-серого или коричневого цвета. Он даёт кристаллический излом серого цвета с различными оттенками в зависимости от чистоты. Карбид кальция жадно поглощает воду. При взаимодействии с водой даже на холоде карбид кальция разлагается с бурным выделением ацетилена и большого количества тепла. Разложение карбида кальция происходит и под влиянием атмосферной влаги.

По ГОСТ 1460-56 установлены следующие размеры (грануляция) кусков карбида кальция: 2×8; 8×15; 15×25; 25×80. Технический карбид кальция содержит до 80 % химически чистого карбида кальция, остальное составляют примеси — негашеная известь, углерод, кремнекислота и другое.

Область применения карбида кальция

Карбид кальция используют при проведении автогенных работ и освещения, а также в производстве ацетиленовой сажи и продуктов органического синтеза, из которых главным является синтетический каучук.

Карбид кальция применяют в производстве цианамида кальция, из которого получают удобрения, цианистые соединения. Карбид кальция используют для получения карбидно-карбамидного регулятора роста растений, изготовления порошкового карбидного реагента.

Из 1 кг технического карбида получается от 235 до 285 л ацетилена в зависимости от его сорта и грануляции: чем чище и крупнее карбид кальция, тем большее количество ацетилена он даёт при разложении.

Для разложения 1 кг карбида кальция теоретически требуется 0,56 л воды. Практически берут от 5 до 20 л воды с целью лучшего охлаждения ацетилена и обеспечения безопасности при работе. Скорость разложения карбида кальция водой зависит от его чистоты, грануляции, температуры и чистоты воды. Чем чище карбид кальция, меньше размер его кусков, выше температура и чище вода, тем больше скорость.

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:

Adblock
detector