Что такое карбид кальция и какой газ он выделяет?

Как выглядит карбид?

Чтобы определить, где найти карбид на улице, нужно знать его физические свойства. Физически вещество является твердым, его цвет может быть темным, имея сероватый или коричневый оттенок. Цвет зависит от количества углерода. Также имеется специфический запах, который характеризует данное вещество.

По консистенции он твердый, но легко крошится, превращаясь в порошок. Если поднести спичку, то начнется горение с выделением углерода и разложением кальция. Правда, этого можно достичь при высоких температурах, например охотничьей спичкой.

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.

Что такое карбид?

Самодельные бомбы. Вот, что приходит на ум первым делом, когда слышим слово карбид. И нет, занимались производством этих опасных игрушек не предприятия оборонной промышленности, а, как правило, мальчишки, лет так десяти.

Лет двадцать назад это было излюбленное развлечение у подростков. Это сейчас все сидят за своими планшетами, а тогда миром правил пытливый ум ребенка, который норовил все испробовать на практике.

Для того, чтобы почувствовать себя Рембо, требовалось раздобыть один чудо-камешек. Находили их дети чаще всего на стройках. А дальше все было просто: пластиковый сосуд, камень, вода, плотно закрученный колпачок. Все это рьяно трясли, и в лучшем случае, отбрасывали куда подальше. А в худшем «снаряд» разрывало прямо в руках, тогда травм было не избежать.

Карбид кальция

Были и более безопасные пути использовать находку, к примеру, просто бросить в лужицу, тогда можно было наблюдать нечто похожее на действие современных бомбочек для ванны. Так что это за популярная «игрушка». Большинство из нас считали, что таким, как мы его знаем, карбид произвела природа. Но на самом деле это не так. И сегодня Вы в этом убедитесь.

Итак, вещество это всегда очень твердое, плюс ко всему, чтобы его расплавить, нужно приложить недюжинные усилия. На вид это темные, светлые, зеленоватые камни, либо порошок, все зависит от состава. Срок его годности недолог, как правило это полгода. Уложить емкости в общий склад не получится, у таких потенциально опасных веществ должен быть свой отсек.

Как Вы уже знаете, карбид постоянно норовит взорваться. Причем, некоторым соединениям даже особых условий не надо. Достаточно просто пересыпать порошок из тары в тару, как он может неожиданно рвануть.

Свойства и состав

Чтобы получить этот камень, нужно, как минимум, два элемента. Во-первых, это углерод. Его наличие обязательно. А дальше уже есть выбор: металл, или неметалл. Главное, чтобы выполнялось правило: электроотрицательность (сила, с которой атомы элемента притягивают к себе чужие электроны) обязательного компонента выше, чем его «партнера». Иначе получатся совсем другие соединения.

Формула карбида кальция

Впервые об этом соединении заговорили в Англии еще в 19-м веке. Однако, слава первооткрывателя досталась французу, благодаря опытам которого вещество официально признали, случилось это лишь к концу столетия. А теперь от том, какие качества присущи этому соединению:

• Материал необычайно твердый. По этому показателю он почти догнал алмаз. Среди рекордсменов – карбид вольфрама (9 из 10 возможных баллов). Это открывает сотни путей его применения.
• Чтобы расплавить камень, нужно будет приложить немало усилий. Ведь для этого необходимо нагреть его до 2-х, или даже 3-х тысяч градусов Цельсия. Эта цифра будет выше значений, необходимых для того, чтобы изменить состояние металлических веществ, до того, как они оказались в составе карбида.
• Это очень «не контактное» соединение. Так, реакция карбида на очень многие вещества будет нулевой. Для этого нужны особые условия. Потому кислоты, и прочие вещества, способствующие коррозии, им не страшны.
• Но предыдущий пункт не касается воды. Как Вы уже поняли из рассказа выше, карбид и вода – часто идут рука об руку. В случае, к примеру, когда задействован карбид кальция, для этого подойдет абсолютно любая влага, не нужно никаких условностей. Если же в работе карбид кремния, то без нагрева никак – нужен раскаленный пар (1800 градусов).

Виды

Науке известны три разновидности таких соединений:

• Ковалентные

Что их отличает, так это очень прочные связи между атомами. Когда упоминается такой тип, то речь лишь о двух элементах, соседствующих с углеродом: первый – это бром, второй – кремний. Все вышеперечисленные свойства в этих соединениях «выставлены» на максимум. Это и небывалая твердость, и стойкость. Захотите растворить – не получится без участия едких кислот огромной концентрации. Тоже самое касается и взаимодействия с кислородом. Просто так не получится, нужен нагрев, и не хилый – до 1000 градусов.

• Солеобразные, либо ионные

Здесь в контакт с углеродом вступает либо алюминий, или металл, но не абы какой, а только из 1-2 групп хим. таблицы. Придать такому соединению жидкую форму все еще не очень просто, нужен предельный нагрев. А вот кислота незамеченной не останется, в результате такой «встречи» карбид распадется.

• Металлоподобные

Получаются они из металлов, относящихся к 4-8 группе, сюда же идут кобальт, а также никель, ну и, конечно, железо. Если рассматривать их химическое строение, увидим, что атомы углерода буквально разбросаны, между ними нет связей, они словно вкрапления в образовавшихся в металле пробелах. Потому то они весьма тугоплавкие, можно даже сказать, чемпионы в этом деле. Это позволяет применять их при изготовлении сверл (победитовые сверла).

Применение

Как уже упоминалось, чаще всего это вещество можно встретить на стройке. И там ему находят десятки способов применения. В шлифовке без этого материала трудно обойтись, из него производят спец. диски. Но хорош он не только в качестве абразива, но и в виде острых режущих кругов, ножей и тому подобного.

Генератор ацитиленовый для газосварки, внутрь которого засыпается карбид кальция

Машиностроение – еще одна возможность использовать это соединение. Из карбида получаются не только различные детали автомобилей, но и зап. части для радио приборов. А благодаря своей теплопроводности он отлично справится и с задачей нагревательного типа. Даже в ядерной промышленности без такого составляющего никак. Все это требует особой прочности, поэтому здесь речь чаще всего о ковалентных видах.

Те составы, что содержат карбид железа, позволяют получить сталь, и всем известный чугун. Кремниевые соединения так же ценят ювелиры и производители осветительных элементов. Искусственный каучук и смолы, и даже уксусная кислота – настолько широк круг применения карбидов.

Но этим дело не ограничивается. Этот искусственный минерал еще и для огородников важен. Ведь с его помощью получают особый вид удобрений. Они способны регулировать скорость роста различных культур.

Но, пожалуй, самый популярный из всех – карбид кальция. Ведь именно его в своей работе активно используют сварщики. Казалось бы, как этот темный камушек с чесночным ароматом может быть задействован в таком процессе?

Очень просто, ведь для газовой сварки, что логично, нужен горючий газ. В нашем случае дает карбид ацетилен. Как только он «встречается» с кислородом, мы получаем весьма интенсивное пламя, его температурные показатели переступают отметку в три тысячи градусов.

Если брать уже готовый летучий газ, то упаковкой ему служат спец. емкости, в них вещество доставляют к месту действия. Никакой тряски, или ударов во время такой поездки быть не должно – смертельно опасно.

Это сырье может вспыхнуть, даже без лишней «помощи», потому внимание всегда должно быть на пределе. Если же пожара избежать не удалось, никакой влаги при тушении. В ход должны идти только порошковые способы тушения.

Есть второй путь – произвести это «топливо» прямо на месте работ. Для этого нужно знать, что такое гидролиз карбидов. Говоря проще, это реакция соединения на контакт с водой. Причем, этот самую реакцию может вызвать даже одна капля.

Потому, если собрались осуществить сварочные работы, предельно аккуратно вскрываем герметичную тару с карбидом. Особо важно, чтобы никаких признаков огня по соседству, иначе ЧП гарантированно. О сигаретах и вовсе стоит забыть.

Еще следите за тем, чтобы даже самые мелкие крошки не оказались на Вашей коже, тем более на слизистых, иначе, в лучшем случае – раздражение, с худшем- ожоги и распухшие части тела. Так что вооружайтесь спец. обмундирование: защитить нужно все, с ног до головы, в том числе и дыхательные пути. Первая помощь, если контакта избежать не удалось: обильно поливаем водой пораженный участок, покрываем его плотным кремом. При необходимости вызвать врача.

Если говорить о расходе, если масса карбида один килограмм, то это дает возможность выработать до трехсот кубических дециметров газа. Это достаточно хорошие показатели. Так же на такое количество сырья потребуется примерно литров 20 воды, хотя производители и заявляют, что достаточно будет полулитра. То, сколько времени все это займет, зависит от величины фракций соединения, и их чистоты.

После того, как с работой закончили, оставшиеся отходы, а это шлак из извести, не оставляем где попало, а утилизируем. Для таких работ потребуется спец. генератор. Бывают они внушительных размеров, их устанавливают на одном месте, к примеру, когда планируются масштабные работы. Но существует и мини-версия, переносная.

Сначала отсек, в котором и должен образоваться газ, заливаем водой, потом уже добавляем туда карбид. Идет реакция, появившийся в результате ацетилен по мягкой трубке поступает непосредственно к газовой горелке. Этот путь должен быть достаточно длинным, шланг обязательно нужно выбрать не короче десяти метров.

Карбид бора

Идет в дело и карбид бора. Предметы на его основе дают надежную защиту от огня. И не только от огня, кстати, ведь такой товар активно используют изготовители бронежилетов. Во-первых, он «ловит» пули, а во-вторых, не даст прохода и радиации. Что касается такого союза, как карбид алюминия, то сверкающие искры во время фейерверков – его заслуга. А ведь на вид это ничем не примечательный желтый порошок.

Как получают карбид?

Сначала о карбиде кальция. Его производство – дело востребованное. И хотя такие заводы требуют больших трат, особенно когда речь заходит об электроэнергии, предприятия от привычного способа изготовления не отказываются. Потому как спрос на такую продукцию не спешит падать. Ведь без ацетилена вряд ли можно представить хоть одну стройку. Чтобы экономить на электричестве, подобные предприятия открывают в странах с большим количеством ГЭС, в Канаде, например.

Почему же не перейти на работу с метаном, ведь из него тоже можно получить такой летучий газ? Да потому, что карбид кальция дает практически чистый продукт, довести до ума 98-ми процентный газ несложно. И перевозить его гораздо проще, чем тот, что получен при участии метана.

Главным объектом на таких производствах выступают электрические печи. В них загружают твердый уголь, который еще зовут коксом, и оксид кальция (известь, причем абы какая не подойдет, нужна очищенная и однородная). Все это раскаляется до 2-х тысяч градусов. И вуаля, реакция пошла.

Как результат жидкая субстанция, которая и станет потом привычным нам соединением. Но сначала ей нужно охладится в формах. После того, как градус снижен, эти пласты дробят на более удобные в использовании куски.

Теперь о кремниевом варианте. Получили его абсолютно случайно, как это по обыкновению бывает. Американский ученый пытался создать искусственный алмаз. В результате экспериментов произошло получение карбидов кремния (они, кстати, на втором месте по твёрдости после не ограненного бриллианта).

Он его запатентовал и открыл первый завод по производству материала. Сказать, что технология с тех пор сильно изменилась – нельзя. Разве что из нее исключили песок и соль, остался углерод и кремнезём, которые все так же накаляют до максимальных температур в печах.

Способ получения карбида кальция

Изобретение предназначено для химической промышленности и может быть использовано при получении ацетилена и выплавке стали. Коксозольный остаток термической переработки окисленных бурых углей состава, маc.%: CaO — 47,5, C — 35,4, Fe2O3 — 6,6, SiO2 — 5,0, Mg — 3,3, Al2O3 — 1,6, S — 0,1, остальное — 0,5 смешивают с 12,9 — 28,3% от массы смеси карбоната кальция в виде известняка, подвергают высокотемпературной плавке при 2000-2100oС, охлаждают, разделяют CaC2 и ферросилиций. Способ не требует дорогостоящих продуктов, литраж CaC2 275-285 л/кг, содержание ферросилиция 0,1-0,2 мас.%. 1 з.п.ф-лы.

Изобретение относится к химической технологии, в частности к получению карбида кальция.

Известен способ получения карбида кальция /Кузнецов Л.А. Производство карбида кальция. М., 1954, с. 32, 33/, включающий плавление шихты, состоящей из извести и углерода, при этом к свежей извести добавляют до 30% термически переработанного отхода производства — шлама «сухих» ацетиленовых генераторов, являющегося источником оксида кальция, кремния и железа, что снижает себестоимость карбида кальция и улучшает экологическую обстановку, так как часть вредных отходов, идущих на свалки, перерабатывается.Недостатком известного способа является использование дорогостоящих продуктов /металлургического кокса, антрацита, обожженной извести/ в составе основной шихты /70%/, а также затраты антрацита, электроэнергии, пара при термопереработке шлама.Известен способ получения карбида кальция /авторское свидетельство СССР N 664476, C 01 B 31/32, кл. C 01 B, 1976/, путем электротермической плавки извести и углеродистого восстановителя с периодической подачей корректирующего материала, в качестве которого используют коксозольный остаток термической переработки карбонатсодержащих горючих сланцев в количестве до 10% от веса шихты, при этом коксозольный остаток является источником оксидов кальция /24,0 — 31,0%/, кремния /14 — 20%/, железа /2,3 — 3,5%/ и углеродистого восстановителя /16 — 18%/.Это снижает себестоимость карбида кальция, повышает содержание основного вещества в продукте и позволяет использовать отходы производства /коксозольный остаток/.Недостатком известного способа является расход дорогостоящих продуктов /электродного графита, обожженной извести/ в основной части шихты /90 — 99%/.Известен способ получения карбида кальция /авторское свидетельство СССР N 1168508, кл. C 01 B 31/32, 1983/, включающий плавление шихты, состоящей из извести и углерода, охлаждение плава и разделение продуктов реакции — карбида кальция и ферросилиция, при этом плавление шихты ведут в присутствии известняка или сланцевого кокса зольного в количестве 12,9 — 28,3% от массы шихты. Для корректировки соотношения кремния к железу в шихте вводят недостающее количество железа в виде стружки, обеспечивающее весовое соотношение кремния к железу 1: 2, получая при этом карбид кальция со знаком качества /литраж ацетилена — до 300 л/кг карбида/.Недостатком известного способа является использование дорогостоящих продуктов в основном составе шихты /извести и углеродистого материала/.В основу изобретения положена задача получения карбида кальция с использованием отходов угледобывающей промышленности в основном составе шихты, что снижает себестоимость карбида кальция и улучшает экологическую обстановку за счет переработки отвалов. Поставленная задача решается тем, что в способе получения карбида кальция, включающем плавление шихты из материала, содержащего оксиды кальция, кремния, железа и углерод, охлаждение плава и разделение продуктов реакции — карбида кальция и ферросилиция, при этом плавление шихты ведут в присутствии известняка в количестве 12,9 — 28,3% от массы шихты, согласно изобретению в качестве указанного материала используют отходы угледобычи, в частности коксозольный остаток термической переработки окисленных бурых углей состава, мас.%: окись кальция 47,5; углерод 35,4; окись железа 6,6; окись кремния 5,0; окись магния 3,3; окись алюминия 1,6; сера 0,1; фосфор — следы, остальное 0,5.Использование отходов угледобычи — коксозольного остатка термической переработки окисленных бурых углей с усредненным составом, приведенным выше, позволяет снизить себестоимость карбида кальция, так как эти отходы перевозят в отвалы, занимая при этом пахотные земли. В настоящее время под отвалами только в Канско-ачинском угольном бассейне находится 6000 га пахотных земель, дающих до этого урожай зерновых по 25 ц с гектара /Гаврилин К.В., А.Ю. Озерский. Канско-ачинский угольный бассейн. М.: Недра, 1996, с. 93, 152, 154/, при этом сырьевая база только по Березовскому разрезу Кабасса составляет 1 млрд. тонн забалансовых углей с высоким содержанием окиси кальция в коксозольном остатке /до 50%/.Получение карбида кальция из отходов угледобычи снижает его себестоимость на 30%, так как сырьевая составляющая себестоимости составляет до 1/3 стоимости карбида кальция (Производство карбида кальция в СССР и за рубежом. Серия «Производство фосфора и карбида кальция». -М.: НИИТЭХИМ, 1973).При этом термическая переработка отходов не требует дорогостоящих продуктов /антрацита, пара, электроэнергии/, так как коксозольный остаток термической переработки окисленных бурых углей является продуктом неполного их сгорания с использованием тепловой энергии этого процесса.Пример 1.Готовят шихту из коксозольного остатка термической переработки окисленных бурых углей состава, мас.%: окись кальция 47,5; углерод 35,4; окись железа 6,6; окись кремния 5,0; окись магния 3,3; окись алюминия 1,6; сера 0,1; остальное 0,5; /фосфора — следы/. Весовое соотношение кремния к железу в шихте равно 1:2. Средняя крупность частиц шихты 2 — 3 мм. Полученную шихту подвергают высокотемпературной плавке в графитовом тигле при 2000 — 2100oC в течение 15 мин, затем плав охлаждают до комнатной температуры. Образующийся плав состоит из 96,5 мас.ч. карбида кальция /содержащего 75% CaC2/ и 3,5 мас.ч. ферросилиция в виде самостоятельных несмешивающихся фаз. Литраж карбида кальция составляет 275 л/кг. Содержание ферросилиция в карбиде кальция составляет 3,4%.Пример 2.Готовят шихты из коксозольного остатка термической переработки окисленных бурых углей /такого же состава, как в примере 1/ и вводят карбонат кальция в виде известняка /содержащего 96 — 98% CaCO3/ в количестве 12,9% от массы шихты. Крупность частиц смешиваемых компонентов 2 — 3 мм. Полученную шихту подвергают высокотемпературной плавке при 2000 — 2100oC в течение 15 минут, затем плав охлаждают до комнатной температуры и разделяют продукты плавки. После разделения фаз образуется 93,3 мас.ч. карбида кальция и 6,7 мас. ч. ферросилиция. Литраж полученного карбида составляет 284 л/кг, при содержании в нем ферросилиция 0,2%.Пример 3.Готовят шихту из коксозольного остатка термической переработки окисленных бурых углей /такого же состава, как в примере 1/ и вводят карбонат кальция в виде известняка /содержащего CaCO3 96 — 98%/ в количестве 28,3% от массы шихты. Крупность частиц смешиваемых компонентов 2 — 3 мм. Полученную шихту подвергают высокотемпературной плавке при 2000 — 2100oC в течение 15 минут, затем плав охлаждают до комнатной температуры и разделяют продукты плавки. После разделения фаз образуется 93,2 мас.ч. карбида кальция и 6,8 мас. ч. ферросилиция. Литраж полученного карбида составляет 285 л/кг, при содержании в нем ферросилиция 0,1%.Применение предлагаемого способа позволяет получить карбид высокого качества из отходов угледобычи, идущих в отвал. Ферросилиций также используется для раскисления сталей в черной металлургии. Наличие незначительных количеств серы и следов фосфора позволяет использовать промышленные печи для получения карбида этим способом, а неограниченная сырьевая база /17% от всего добываемого открытым способом бурого угля/ предполагает возможность крупнотоннажного производства, что исключает рост отвалов, так как отходы угледобычи могут перерабатываться в ценный продукт, себестоимость которого в настоящее время оценивается в 500 долларов за тонну и его не хватает.

Формула изобретения
1. Способ получения карбида кальция, включающий плавление шихты из материала, содержащего оксиды кальция, кремния, железа и углерод, охлаждение плава и разделение продуктов реакции — карбида кальция и ферросилиция, при этом плавление ведут в присутствии карбоната кальция в виде известняка в количестве 12,9 — 28,3% от массы шихты, отличающийся тем, что в качестве указанного материала используют коксозольный остаток термической переработки окисленных бурых углей.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что коксозольный остаток термической переработки окисленных бурых углей имеет следующий состав, мас.%: Окись кальция — 47,5 Углерод — 35,4 Окись железа — 6,6 Окись кремния — 5,0 Окись магния — 3,3 Окись алюминия — 1,6 Сера — 0,1 Остальное — 0,5

Свойства

Физические свойства

• Бесцветные тетрагональные кристаллы.
• Плотность: 228 (+20 °C, г/см3).
• 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):

CaC2 + 2H2O → Ca(OH)2 + C2H2↑

Представленная выше реакция является экзотермической.

Температура плавления

2160 ºC

Точка кипения

ЦК2 кипит при 2300ºC с разложением. Точку кипения необходимо измерять в инертной атмосфере, то есть без кислорода и влаги.

Плотность

2,22 г / см3

Молекулярный вес

64,0992 г / моль

Физиологическое действие

• Среди всех неорганических производных кальция CaC2 очень ядовит.
• По степени воздействия на организм человека карбид кальция относится к 1-му классу опасности согласно ГОСТ 12.1.007.
• Попадание карбида кальция внутрь организма также является опасным.
• Пыль карбида кальция оказывает раздражающее действие на кожу, слизистые оболочки органов дыхания.
• Карбид кальция CaC2 чрезвычайно опасен для окружающей среды.

В сокращении выбросов CO2

Остатки, полученные от получения ацетилена из CaC2 (также называемый «осадок карбида кальция» или «остатки карбида кальция») используются для получения клинкера или бетона.

Грязь из карбида кальция имеет высокое содержание гидроксида кальция (Ca (OH)2) (около 90%), немного карбоната кальция (CaCO3) и имеет pH более 12.

По этим причинам он может реагировать с SiO.2 или Al2ИЛИ3 образуя продукт, аналогичный продукту, полученному в процессе гидратации цемента.

Один из видов деятельности человека, который производит больше выбросов CO2 это строительная отрасль. Сотрудничество2 он образуется на востоке, чтобы отделиться от карбоната кальция во время реакции с образованием бетона.

Использование осадка карбида кальция для замены карбоната кальция (CaCO3) было обнаружено, что снижает выбросы CO2 на 39%.

Сварка, резка и пайка металлов

при взаимодействии его с водой. Другие методы получения ацетилена, например из нефти при обработке её дуговыми разрядами (инж . Татаринов, СССР), пока не вышли из стадии лабораторных исследований.

Технический карбид кальция представляет собой твёрдое кристаллическое вещество, весьма тугоплавкое, тёмносерого цвета с удельным весом 2,2 и характерным резким чесночным запахом, обусловленным взаимодействием карбида с парами воды в атмосферном воздухе. Карбид кальция бурно реагирует с водой, также и с парами воды, выделяя ацетилен и оставляя гидрат окиси кальция по уравнению

На воздухе карбид кальция разлагается, взаимодействуя с парами воды, всегда имеющимися в воздухе, выделяя ацетилен и издавая чесночный запах. Поэтому продолжительное хранение карбида кальция возможно лишь в герметически закрытых барабанах из листового железа. Карбид кальция получается сплавлением извести с углём при высокой температуре в специальных карбидных электрических печах по уравнению

Карбид кальция получается в расплавленном виде и периодически выпускается из печи в формы, где, затвердевая, образует слитки — блоки. Расход электроэнергии на 1 т карбида кальция равен от 3000 до 4000 квт-час для мощных промышленных печей. Карбид кальция производится в больших размерах на крупных карбидных заводах для сварки и резки металлов, химических производств и других целей. Блоки карбида по остывании дробятся и сортируются по величине кусков. Товарный карбид выпускается семи грануляций от 2—4 до 80—100 мм. Карбидная пыль, получающаяся при дроблении, является отходом и непригодна для нормальных ацетиленовых генераторов из-за слишком энергичного разложения водой, перегрева и опасности взрыва. Гранулированный карбид упаковывается в барабаны из тонкого листового железа, герметически закрывающиеся; барабан вмещает 100—120 кг карбида. Технический карбид содержит 10—15% примесей преимущественно непрореагировавших угля и извести.

даёт около 340 л ацетилена (15°

и 760 мм Hg ). Технический карбид по действующему стандарту должен давать при лабораторном испытании, в зависимости от сорта и грануляции, от 230 до 300 л ацетилена. Реакция получения ацетилена из карбида кальция экзотермична (выделяется около 400 ккал на 1 кг технического карбида), поэтому необходимо принимать меры к энергичному охлаждению зоны реакции, иначе возможны сильный перегрев, полимеризация и взрыв ацетилена.

Прекращенное использование

ЦК2 он использовался в так называемых карбидных лампах. Их действие заключается в капании воды на карбид кальция с образованием ацетилена, который воспламеняется и, таким образом, дает свет.

Эти лампы использовались на угольных шахтах, но их использование было прекращено из-за наличия метана CH4 в тех шахтах. Этот газ легко воспламеняется, и пламя карбидной лампы может воспламениться или взорваться.

Они широко использовались в сланцевых, медных и оловянных рудниках, а также в ранних автомобилях, мотоциклах и велосипедах в качестве фар или фар.

В настоящее время их заменяют электрические лампы или даже светодиодные лампы. Однако они по-прежнему используются в таких странах, как Боливия, на серебряных рудниках Потоси.

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.

Область применения

Карбид кальция (Calcium carbide) используется для получения цианамида кальция (методом реакции с азотом), из которого синтезируют цианистые соединения и удобрения, производства карбидно-карбамидных регуляторов роста растений и карбидного порошкового реагента.

Без этого вещества не обходится и проведение автогенных работ и освещения, изготовление ацетиленовой сажи и других материалов: синтетического каучука, алконитрила, стирола, винилхлорида, уксусной кислоты, хлорпроизводных ацетилена, искусственных смол, этилена, ацетона и др. Также оно применяется в процессе газосварки, производстве карбидных ламп.

Из специальной фракции calcium carbide (прошедшей переработку с применением отходов и некондиционного сырья) путем реакции с водой получают газ ацетилен и побочный продукт – гашеную известь. Эта процедура сопровождается выделением значительного количества тепла. Объем получаемого газа зависит от чистоты карбида кальция (чем чище материал, тем больше выйдет ацетилена) и варьируется в пределах 235-285 л от 1 кг карбида.

Теоретически для разложения 1 кг calcium carbide требуется 0,56 л воды, но на практике используют от 5 до 26 л жидкости, чтобы лучше охладить ацетилен и обеспечить безопасность процесса. Быстрота разложения будет зависеть от грануляции и чистоты исходного материала, а также от температуры и чистоты воды (чем чище и меньше размер, больше температура, тем выше скорость реакции).

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°С. Шихту, состоящую из смеси кокса или антрацита и извести в определенной пропорции, загружают в электропечь, шихта расплавляется, при этом происходит эндотермическая химическая реакция (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:

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

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

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

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.

Карбид кальция

Подробности Категория:

КАРБИД КАЛЬЦИЯ

, СаС2, твердое кристаллическое вещество удельного веса от 2,2 до 2,28; температура плавления точно не установлена и указывается в пределах 1850—2300°. Излом технического карбида кальция, в зависимости от условий получения, меняется от землистого до ярко выраженного кристаллического; различен бывает и цвет его, изменяющийся от серого до блестяще-черного, часто опалесцирующего; химически чистый продукт бесцветен.

Химические свойства. Строение молекулы карбида кальция выражается формулой

в отсутствии влаги при обыкновенных температурах металлы и кислород воздуха на него не действуют; при этих же условиях слабо действуют на него и крепкие кислоты. При высоких температурах химическая активность карбида кальция повышается, и при температуре около 1000° он вступает в химическое взаимодействие даже с азотом по уравнению:

CaC2 +
N2 = CaСN2 + С
При взаимодействии с водой карбид кальция даже на холоде разлагается с бурным выделением ацетилена, С2Н2; реакция сопровождается выделением большого количества тепла и выражается уравнением:

СаС2 + 2Н2О = C2H2 + Са(ОН)2 +414,6 Cal.

Указанная реакция идет даже под влиянием атмосферной влаги, причем куски карбида кальция покрываются слоем гашеной извести, которая сообщает им светло-серый цвет; в виду этого карбид кальция должен храниться только в герметичной упаковке. 1кг химически чистого карбида кальция дает 406,25 грамм ацетилена, который при 0° и 760 мм Hg занимает объем в 348,7 литров.

Впервые карбид кальция был получен Геру в 1840 г. при опытах с электрической печью; Вёлер, получивший более значительное количество карбида кальция в 1862 г. при сплавлении кальция с углем, имел возможность изучить его свойства. В 1890 г. Муассан получил карбид кальция при плавлении в электрической печи негашеной извести, которая давала упомянутый продукт, вступая во взаимодействие с углем электродов печи. В 1894 г. сотрудником Муассана, Бюлье, был заявлен во Франции первый патент на промышленный способ получения карбида кальция, который в основе и до сих пор остается тем же. В том же году была построена первая электрическая карбидная печь, и тем положено начало производству карбида кальция, которое в настоящее время выражается в млн. тонн.

Современное промышленное производство карбида кальция основано на восстановлении окиси кальция при высоких температурах углеродом и взаимодействии восстановленного кальция с углем. Этот процесс отвечает следующему уравнению:

2СаО + ЗС2 = 2СаС2 + 2СО –210700 Cal.

Реакция эта сильно эндотермична, а потому может идти только в присутствии интенсивного источника тепла, каким является вольтова дуга электрической печи. Реакция представляет собою обратимый процесс. Система моновариантна: каждой при равновесии соответствует определенная упругость СО. Какова минимальная температура, при которой начинается образование карбида кальция с точностью не установлено; большинство исследователей считают, что она лежит между 1800 и 1900°. При температуре около 2500° плавится известь; в расплавленном состоянии последняя служит растворителем для карбида, что значительно облегчает дальнейший ход реакции. Сам карбид кальция в условиях его образования в печи имеет тестообразную консистенцию и только при дальнейшем повышении температуры становится жидким. При очень сильном перегреве образовавшийся карбид кальция разлагается по уравнению:

CaC2 = Сa + 2С.

Особенностью производства карбида кальция является отсутствие побочных продуктов, т. к. примеси, содержащиеся в исходных материалах (если количество их не превосходит известной границы), растворяются в образовавшемся карбиде, не вредя его техническим качествам и лишь несколько понижая процентное содержание СаС2, а вследствие этого и выход ацетилена.

Теоретически для получения карбида кальция может служить и углекислый кальций, но на практике он не применяется из-за излишнего расхода электродов и энергии, вызываемого следующими эндотермическими реакциями:

СаСО3 = СаО + СО2 и СО2 + С = 2СО.

Для производства карбида кальция служит исключительно негашеная известь, которая в большинстве случаев получается тут же на карбидных заводах, разрабатывающих близлежащие залежи известняков. Известняк, идущий в обжиг, д. б. относительно чистым и содержать, во всяком случае, не меньше 97 % СаСО3 с тем, чтобы в полученной из него жженой извести заключалось не более 4—5% примесей в виде SiО2, Аl2О3 и Fe2О3. Наиболее неприятной является примесь MgO, присутствие которой в количестве 3—4% может заметно уменьшить производительность печей и даже вызвать их остановку, т. к. магнезия не образует карбида с углеродистыми материалами и затрудняет растворение карбида кальция в извести; содержание MgO в известняке не должно превышать 0,5%. Фосфаты и сульфаты могут содержаться только в виде следов; максимально допустимым считается: 0,01% для фосфатов и 0,3% для сульфатов. Эти примеси известняка целиком переходят в карбид в виде фосфористого и сернистого кальция — примесей, чрезвычайно нежелательных при использовании карбида кальция. Обожженная известь, идущая в производство, д. б. в виде достаточно плотных, не легко выветривающихся кусков; лучше всего употреблять ее в дело сейчас же по выходе из печи, раздробив на куски размером 50—60 мм с возможно меньшим содержанием пыли.

Углеродистый материал для карбидного производства должен быть также очень чистым, что способствует правильному ходу печи и повышению КПД. Применяют или малозольный антрацит или газовый кокс с минимальным содержанием золы. До войны 1914—18 гг. максимальной нормой содержания золы считалось 9%; в настоящее время допускают некоторое превышение этой нормы, но по возможности оно д. б. минимальным.

Кокс, прибывающий с газовых заводов очень сырым, предварительно тщательно просушивают до содержания влаги в нем ниже 1%; на крупных заводах просушивание кокса производят во вращающихся сушилках. Газовый кокс очень электропроводен и порист, что позволяет ему легко реагировать с известью. Древесный уголь, особенно твердых пород, также является превосходным сырьем для карбидного производства, т. к. он порист, содержит мало золы и вредных примесей; он увеличивает КПД карбидной печи и дает продукт высокого качества, но по экономическим причинам применение его ограничено. Антрацит очень плотен, трудно реагирует и пригоден только при работе на мощных печах. При небольшом содержании золы (иногда около 5%) он имеет преимущество перед коксом.

Фосфор и сера в углеродистом материале менее вредны, чем в извести, т. к. значительная часть их при процессе улетучивается; поэтому в углеродистом материале допустимо содержание фосфора до 0,01—0,02%, а серы — до 1,25%. Чем чище известь, тем больше примесей можно допустить в углеродистом материале.

Карбидные печи. Во избежание явлений электролиза в карбидных печах применяют переменный ток. В зависимости от рода установки питают печи либо однофазным, либо трехфазным током. По принципу работы карбидные печи делятся на: а) печи периодического действия, из которых карбид кальция извлекают в твердом состоянии, после остывания, б) печи непрерывного действия, из которых продукт выпускают в расплавленном виде через особое выпускное отверстие. Периодически работа с образованием в печи застывшего блока карбида кальция характерна для первоначального периода карбидной промышленности и в настоящее время почти не применяется. Первые карбидные печи строились мощностью в 100—300 kW и имели вид небольших четырехугольных железных тиглей, установленных на вагонетках. Довольно часто применявшийся тип печи представлен на фиг. 1.

Дно печи имеет угольную футеровку А и является одним из электродов, второй электрод Б входит сверху; В — канал для отвода СО. Способ работы в таких печах основан на электропроводности нагретого карбида. Несколько печей включаются в цепь последовательно, причем на каждую приходится напряжение в 35—40 V. При опускании верхнего электрода между ним и подом печи образуется вольтова дуга, и тогда производят засыпание приготовленной шихты: после расплавления значительной части шихты снова засыпают дугу. Для поддержания постоянной силы тока верхний электрод делается подвижным. Работа в периодических печах продолжается до тех пор, пока карбид не заполнит тигля на всю высоту. В виду того что теплоемкость и скрытая теплота плавления карбида незначительны, он довольно быстро застывает, после чего печь выключают, увозят и заменяют новой. Карбид легко отделяется от пода печи; блок вынимают при помощи крана и оставляют на 12—24 часа для полного остывания, после чего уже приступают к отделению непрореагировавшей шихты и дроблению карбида.

Значительным прогрессом явилось введение печей большей мощности, до 450—500 kW, без нижнего контакта, но с двумя отдельными подвесными электродами с самостоятельной регулировкой каждого. Устройство такой печи представлено на фиг. 2; в ней образуются две последовательно включенные дуги.

Преимуществом такого устройства печи является высокое напряжение в сети и низкое напряжение на поду печи; карбид здесь по мере своего образования выходит из сферы действия тока, который проходит только через верхний слой. В начале работы образуются два отдельных блока, которые затем сливаются в один большой, до 1 тонны весом. Эти печи работают значительно экономичнее малых и по своей конструкции представляют собою переход к современным большим многоподовым печам.

Способ периодической работы несовершенен с технической стороны и неэкономичен. Здесь неминуемы значительные потери шихты, т. к. в готовом блоке годного карбида кальция иногда содержится только около 50% по весу; кроме того, периодическая работа связана с неэкономичным использованием энергии и электродов, а обслуживание печи, ее чистка, дробление и сортировка блоков требуют значительного количества рабочих рук. Устранение этих неудобств было связано с разрешением проблемы непрерывного процесса, с периодическим выпуском готового продукта из печи в расплавленном виде.

Главным затруднением на этом пути являлось быстрое застывание карбида кальция в печи: высокая электропроводность расплавленного карбида заставляет поднимать верхний электрод, т. е. удалять вольтову дугу от пода, вследствие чего нижняя часть блока затвердевает; открытие выпускного отверстия (очка) становится крайне затруднительным, а при застывшем слое в 15—20 см — и совершенно невозможным. Поэтому, во избежание закупорки очка, карбиду не дают застывать в канале, для чего утолщенным концом лома проталкивают загустевший карбид внутрь печи, так что сам канал остается свободным. Кроме того, при печах большой мощности (600 kW и выше) прибегают к периодическому проплавлению корки при помощи вольтовой дуги, для чего соединенный с верхним электродом железный лом (иногда угольный стержень) вводится в выпускное отверстие и дает вольтову дугу, которая и расплавляет застывший карбид. Окончательно задача получения карбида кальция непрерывным процессом была разрешена в 1904—07 гг. постройкой печей очень большой мощности, измеряемой тысячами kW. Конструкции таких печей чрезвычайно разнообразны: иногда нижняя часть печи служит одним из электродов; другой же электрод подвешивают подвижно в верхней части печи

(фиг. 3, где А — верхний электрод, В — огнеупорная футеровка); иногда оба электрода А располагают горизонтально (фиг. 4, шведская трехфазная печь).

В последнее время получили широкое распространение трехфазные печи, имеющие три электрода, расположенных в верхней части; ток проходит от одного электрода к другому через раскаленную смесь, которая образует сопротивление. На фиг. 5 показана такая трехфазная печь с тремя вертикальными электродами А и гибкими голыми медными шинами С.

Современные печи для карбида кальция работают почти всегда сопротивлением, т. е. рассчитаны т. о., что во время работы печи смесь исходных материалов образует источник сопротивления; карбид кальция в расплавленном виде стекает на под печи, а вновь засыпаемая шихта замещает прореагировавшую и постепенно поступает в реакционную зону. Конец электрода погружают в смесь на десятки сантиметров; вся работа обслуживающего персонала, помимо засыпки шихты, заключается в том, чтобы не давать белому огню вольтовой дуги прорываться наружу, что достигается путем скучивания шихты вокруг верхнего электрода и путем пробивания образующихся сводов из спекшейся шихты. Это пробивание предупреждает образование корок, которые могут в процессе охлаждения печи образоваться по всему периметру печной шахты и уменьшить КПД вследствие возникновения частичных коротких замыканий тока.

Печи с открытой вольтовой дугой в течение последних 15—20 лет для производства карбида кальция не применяются, т. к. их работа сопровождается образованием местных перегревов, ведущих к диссоциации образуемого карбида, что в свою очередь вызывает излишнюю потерю энергии и материалов, нерегулярную работу, усиленное выделение пыли и горячих газов, которые затрудняют работу обслуживающего персонала, и значительный расход электродов при уменьшенной отдаче печи.

Мощность печей, при начале развития карбидного производства не превышавшая 350—500 kW, в настоящее время доходит до 1500, 3000, 6000 и даже 12000 kW (последнее исключительно для трехфазных печей). Круглые печи на 1000 kW имеют диаметр 2,25—2,5 м, квадратные печи той же мощности имеют сечение от 2,25×2,25 до 2,75×2,75 м. Современная трехфазная печь на 4000—4500 kW имеет следующие примерные размеры: длина 9 м, ширина 3 м и высота 2,5 м. При агрегатах большей мощности работа, вследствие высокой температуры и испарений из печи, в высшей степени затруднительна. На каждую тонну получаемого карбида кальция выделяется из печи около 0,44 тонны окиси углерода, СО, которая в печах с открытой шахтой по выходе из слоя шихты сгорает в углекислый газ, СО2.

Для улучшения условий работы и использования СО, что может возвратить около 30% энергии, полезно затрачиваемой на выработку карбида, современная техническая мысль работает над конструкцией закрытой печи. Примером такой печи может служить изображенная на фиг. 6 печь, предложенная А. Гельфенштейном.

Практическое осуществление закрытых печей встречает большие затруднения вследствие того, что СО с воздухом образует взрывчатую смесь. Так как весьма трудно при высоких температурах, господствующих в печи, достигнуть полной герметичности и избежать подсоса воздуха, работа с такими печами становится опасной и как следствие часто случаются взрывы. В виду этого ни одна из существующих конструкций закрытых карбидных печей не получила широкого распространения в технике, и разработка таких печей носит пока экспериментальный характер.

Для получения в печи температуры около 3000°, требующейся для хода непрерывного процесса, необходимо установить надлежащую плотность тока на электродах. Низшей границей плотности тока считается 2 А/см2, верхний предел зависит от свойств материала электродов; при нагрузке 8—9 А/см2 угольные электроды накаляются докрасна по всей длине до зажимов. Для смешанного нагревания (вольтовой дугой и сопротивлением), применяемого в современных печах Гельфенштейна, установлено следующее правило: чем выше рабочее напряжение, тем больше д. б. взята плотность тока. При наиболее распространенных в настоящее время рабочих напряжениях в 50—90 V плотность тока, должна находиться в пределах 3—6 А/см2 в зависимости от характера электродов. В карбидных печах применяются гл. обр. твердые обожженные электроды, изготовляемые из смеси малозольного антрацита, ретортного угля и нефтяного кокса с каменноугольной смолой и пеком. Хорошие электроды должны обладать однородной структурой, высокой механической прочностью и высокой электропроводностью. В практике применяются электроды в форме цилиндров или брусков прямоугольного сечения. Наибольшие размеры электродов в американской промышленности достигают 5 метров длины при квадратном сечении до 95 х 95 см; в Западной Европе электроды готовят длиной до 3 метров при сечении до 60 х 60 см. Однако, чаще применяются электроды меньших размеров (25 x 25 x 200 см; 40 х 40 x 250 см; и т. п.). При больших амперных нагрузках современных печей такие электроды собирают в пакеты. Весьма важную роль в конструкции печи играют зажимы для электродов, соединяющие медный проводник, подводящий ток к печи с электродом. В зависимости от размера печи, формы электродов и от того, применяется или не применяется водяное охлаждение, типы зажимов бывают крайне разнообразны. Во всякого рода зажимах части, служащие для подвода тока, изготовляют из меди или бронзы; те же части, которые непосредственно прилегают к поверхности электродов, готовят из железа, стали или литой стали. Плотность тока для зажимов с водяным охлаждением допускается в 7—8 А на см2 поверхности контакта; при отсутствии охлаждения она не должна превышать 3—4 А на см2 контактной поверхности. В последнее время в карбидной промышленности начали получать широкое распространение т. н. «непрерывные мягкие электроды» Зедерберга; они достигают нескольких метров высоты, благодаря чему верхняя часть электрода находится на значительном расстоянии от раскаленной части печи в специально устроенной кабине А (фиг. 7).

Электрод имеет рубашку из тонкого котельного железа с отверстиями на боковой поверхности для выхода газов; внутри рубашки располагается несколько железных ребер, придающих ей некоторую жесткость. Внутренняя полость рубашки заполняется специальной сильно спекающейся угольной массой. Работа по набивке и утрамбовке массы производится в упомянутой кабине, что дает возможность наращивать электрод сверху, не прерывая работы печи. Электроды Зедерберга значительно дешевле твердых угольных электродов, хотя, с другой стороны, расход их на 1 тонну карбида кальция примерно в два раза больше, чем обычных твердых, и они должны иметь большие размеры, так как амперная нагрузка их не должна превышать 3—4 А/см2.

Наиболее дорогостоящей частью печей большой мощности являются медные шины, связывающие электроды с трансформаторами. Эти шины на некотором протяжении д. б. обязательно гибкими, чтобы по мере израсходования электродов последние можно было опускать; вместе с тем шины должны допускать и передвижение электродов в стороны. Б. ч. они состоят из серии медных кабелей малого диаметра, примыкающих к жесткой части держателей электродов, состоящих из медных пластин. Нормальная плотность тока в шинах — до 1,5 А/мм2.

Амперная нагрузка печи регулируется перемещением подвижных электродов при помощи лебедок. На малых печах такие лебедки имеют ручной привод, а на больших печах с электродными пакетами они работают от моторов. В новейших установках часто пользуются автоматическими регуляторами Тьюри (Thury), изготовляемыми фирмой Гено (Н. Guenod) близ Женевы, или регуляторами фирмы Сименс-Шуккерт.

Ход производства. Для получения 1 тонны карбида кальция, согласно теоретическим подсчетам, требуется 900 кг негашеной извести, СаО, и 560 кг углерода. Практический же расход материалов, в зависимости от конструкции печи, ее мощности и условий работы, показан в табл. 1.

Дозировка исходных материалов производится путем взвешивания каждого из продуктов, причем количество извести м. б. незначительно изменено в зависимости от того, какого качества желательно получить продукт. Некоторый избыток извести благоприятствует реакции. Выгорание углерода шихты в открытых печах, происходящее от соприкосновения с воздухом, компенсируется углеродом электродов.

3аводы, эксплуатирующие одновременно несколько печей, устанавливают их обычно в одну линию в просторных помещениях с хорошей вентиляцией. Углеродистый материал и известь, предварительно раздробленные и смешанные в аппаратах, снабженных автоматическими весами, подвозят к верхней части печи транспортером, снабжённым специальными ковшами для засыпки. На крупных заводах материалы подвозят в железнодорожных вагонах прямо в заводские склады с сильно покатым полом, по которому они самотеком направляются к дробилкам типа Блека. После дробления эти материалы механическими элеваторами поднимают в специальные закромы, откуда они стекают в двое автоматических весов. С весов материалы одновременно передают на транспортеры, которые сбрасывают их в один общий сток. Таким образом, приготовленная смесь подается при помощи вагонеток к электрическим печам в загрузочные ковши. При такой механизации один человек в течение 8 часов может подготовить 20 тонн смеси.

В печах, работающих по принципу непрерывного процесса, можно получить до 3 выпусков в час. От глубины погружения верхнего электрода в смесь существенно зависят как количество загружаемой шихты, так и потери извести от испарения при перегреве. При правильной работе печи шихта, постепенно подогреваясь, опускается вдоль электрода к реакционной зоне. Зона плавления, измеряемая расстоянием от центра электрода до внешней границы жидкого карбида, зависит от количества теплоты, излучаемой единицею поверхности электрода. Для осуществления вполне правильной работы печи надо точно установить выгоднейшую плотность тока, соответствующую плавлению данной шихты и образованию жидкого карбида; при недостаточной плотности тока не достигается полное восстановление извести, а при слишком повышенной — диссоциирует и частично испаряется получаемый карбид.

Современные карбидные печи дают около 6 кг карбида кальция на kW-сутки; исследования показывают, что больший КПД м. б. получен только в печах мощностью не менее 3000 kW. На некоторых иностранных заводах установлены трехфазные карбидные печи в 4000, 8000 и даже 15000 kW, которые работают вполне удовлетворительно. С другой стороны, делаются попытки использовать для предварительного нагрева шихты энергию окиси углерода, образующейся при реакции получения карбида. Практическое значение утилизации СО видно из следующего приближенного подсчета: 1кг СаО и 0,7 кг С дают 0,8 кг чистого СаС2 или 1 кг коммерческого карбида кальция. Считая температуру реакции в 3000° и принимая теплоемкость СаО равной 0,2, а теплоемкость углеродистого материала 0,45, получаем количество тепла q, необходимое для нагрева первичных материалов до 3000°:

q = (0,2· 1·3000) + (0,45·0,7·3000) = 1545 Cal.

По Форкранду, количество тепла, необходимое для образования 0,8 кг СаС2 из СаО и С, q’ = 1316 Cal; следовательно, количество тепла Q, необходимое для получения 1 кг коммерческого карбида кальция (0,8 кг чистого СаС2):

Q = q+q’ = 1545 + 1316 = 2861 Cal;

1 kW-сутки = 20650 Cal, следовательно, отдача печи теоретически д. б. 20650:2861 = 7,21 кг карбида на kW-сутки. Если использовать в этом процессе теплоту сгорания окиси углерода, то при одном и том же расходе энергии КПД печи значительно возрастет. Действительно, при получении 0,8 кг СаС2 (1 кг коммерческого карбида кальция) выделяется 350 грамм СО, дающей при сгорании 850 Cal. Следовательно, количество тепла, необходимое для образования 1 кг коммерческого карбида кальция, будет 2861—850=2011 Cal, и теоретическая производительность печи возрастет до 20650:2011 = 10,5 кг карбида кальция на kW-сутки. Как указано выше, практический выход в современных печах выражается 6 кг на kW-сутки, следовательно, КПД достигает 85% без использования калорической мощности СО; если же рассматривать это использование как возможное, то КПД современной печи выражается только 57% теоретически исчисленной отдачи. Из этого подсчета видно, что тепловые потери при неиспользовании окиси углерода очень велики, и удачное разрешение вопроса хотя бы частичной ликвидации этих потерь имеет большое практическое значение.

Из печей, работающих по принципу непрерывного процесса, карбид кальция от 1 до 3 раз в час выпускается в огненно-жидком состоянии в чугунные изложницы соответствующей емкости, в которых он довольно быстро переходит в твердое состояние. Затвердевший карбид еще в горячем состоянии в виде слитков, достигающих веса 250 кг, перевозят при помощи механических транспортерных приспособлений в специальные сухие помещения для остывания. По прошествии 10—12 часов остывший карбид подвергают дроблению на механических дробилках типа Блека. Раздробленный карбид кальция, в зависимости от требований рынка, поступает в упаковку либо в кусках без отсортировки (разномерный), либо рассортированный на куски определенных размеров. Карбид-разномерка имеет размеры кусков от 15 до 100 мм при среднем размере 125—40 мм; в таком продукте допускаются куски и менее 15 мм в количестве до 5% от общего веса. Сортированный карбид кальция делится на 3 или 4 сорта со следующими размерами кусков в мм:

Кроме того, на рынок выпускается карбид кальция в более мелких кусках, размерами 1—2 мм, 2—4 мм, 4—8 мм и 8—15 мм. Такой карбид в продаже часто обозначается как «гранулированный». Сортировка дробленого карбида кальция по размерам кусков производится во вращающихся сетчатых стальных барабанах или же на сотрясательных плоских ситах. Среднее соотношение между весом и объемом продажного карбида кальция, в зависимости от размера кусков, видно из табл. 2.

В виду того что от соприкосновения с влагой карбид кальция разлагается, для хранения его требуется прочная герметичная тара, для чего служат цилиндрические барабаны из кровельного 4—4,5-кг железа. Для большей герметичности продольные швы делают в двойной фальц или проваривают автогенным способом или электросваркой, а для придания жесткости боковую поверхность крупных барабанов гофрируют. Загрузочные отверстия барабанов закрывают жестяной крышкой, припаиваемой к донышку оловом, или же края крышки герметически закатывают на отогнутые края отверстия донышка. Во время транспортирования и хранения карбида кальция необходимо тщательно следить за герметичностью тары. Следует иметь в виду, что проникание внутрь барабана влаги даже через незначительные отверстия приводит, в конце концов, к нарушению целости барабана, т. к. образующаяся от разложения известь занимает больший объем, чем карбид, из которого она получилась. При исправной таре карбид кальция может храниться без изменения неопределенно долгое время, а потому вскрывают только такое количество барабанов, какое требуется для работы в течение дня. Вскрывание барабанов следует производить осторожно, пользуясь для этого клещами и стараясь отделить крышку загрузочного отверстия по линии спайки; необходимо избегать применения ударных инструментов типа зубил, молотков и т. п., т. к. при ударе могут получиться искры и, при наличии внутри барабана взрывчатой смеси ацетилена с воздухом, привести к взрыву. По той же причине при вскрытии барабанов не следует применять паяльных горелок и ламп. Выпускается карбид кальция обычно в барабанах весом по 100, 50, 30, 20, 10, 5 и 1 кг.

При отправке по железным дорогам и на пароходах, согласно правилам НКПС, железные барабаны с карбидом кальция должны быть упакованы в деревянные футляры для предохранения от пробивания; исключение делается только для крупных повагонных отправок. Указания относительно устройства складов и порядка хранения карбида кальция имеются в обязательном постановлении Наркомтруда СССР от 14 января 1926 г. (опубликованном в «Известиях НКТруда» от 8 февраля 1926 г., № 4—5).

Технический анализ карбида кальция. В виду того, что ценность карбида кальция определяется главным образом выходом ацетилена из его весовой единицы, технический контроль карбидного производства и определение качества продукта при приемках ограничиваются обычно определением выхода сырого (неочищенного) ацетилена из 1 кг карбида. Объем выделившегося ацетилена приводится к температуре 15° и давлению 760 мм Hg. Так как технический карбид кальция является неоднородным веществом, то отбор средних проб должен производиться особо тщательно. Для отбора пробы обычно существуют точные правила, излагаемые в описании стандартных норм, принятых в том или в ином государстве. Общепринятым прибором для технического анализа карбида кальция является прибор О. С. А. Устройство его показано на фиг. 8.

Он состоит из подвижного железного колокола со шкалой, железного бака и генератора ацетилена с принадлежностями. Генератор соединен с колоколом резиновой трубкой. Бак аппарата наполняется насыщенной ацетиленом водой. Колокол снабжен уравнивающим противовесом, который играет большую роль во всех операциях анализа.

Как указано выше, 1 кг химически чистого СаС2 дает 348,7 литров ацетилена (при 0° и 760 мм Hg). Технический карбид кальция считается доброкачественным, если 1 кг его дает от 280 до 300 литров С2Н2. Карбид кальция с выходом ацетилена более 300 литров на кг обычно готовят только по специальным заказам; объясняется это тем, что по мере приближения качества карбида к теоретическому он делается менее плавким, вследствие чего непропорционально увеличивается расход электроэнергии. Практически, количество и качество посторонних примесей в карбиде кальция имеет гораздо большее значение, чем высокий выход ацетилена из него. Постоянными примесями карбида кальция являются непрореагировавшие известь и уголь. Кроме того, в техническом продукте всегда присутствует ферросилиций, получающийся гл. обр. из зольных элементов углеродистого материала; количество ферросилиция в отдельных партиях доходит иногда до 3% от веса карбида.

В карбиде кальция всегда присутствуют также сернистый и фосфористый кальций. Уменьшения количества трех последних примесей можно добиться только улучшением качества исходных материалов.

Применение. Карбид кальция служит гл. обр. для получения ацетилена; кроме того, значительные количества карбида кальция расходуются в производстве цианамида кальция по способу Франка и Каро.

Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Том 9 — 1929 г.

• < Назад
• Вперёд >

Применение вещества

Кальция карбид активно применяется в промышленности. Он является катализатором в сфере синтеза органических соединений. С его помощью стало возможным синтезировать каучук за более низкую цену. Однако для этого вначале необходимо провести необходимые химические реакции для синтеза собственного карбида, а уже потом — каучука. Все больше химиков задаются вопросом о том, где найти карбид в природе, чтобы облегчить себе работу.

Карбид нашел свое применение в садоводстве. На его основе фермеры получают удобрение под названием цианид кальция. Применяется для улучшения роста корневой системы саженцев и взрослых растений.

Сколько стоит карбид?

Кальция карбид в РОССИИ от 50 руб./ед. Широко применяется в разных отраслях промышленности, но в основном для добычи полезных ископаемых. до 130 руб./шт.

Интересные материалы:

Какого слова произошло слово школа? Какого спряжение слово смотрят? Какого спряжения слово рассказывать? Какого то Разбор слова по составу? Какого времени слово принести? Какой антоним к слову бранить? Какой антоним к слову чистить? Какой антоним к слову далекий? Какой антоним к слову длинный? Какой антоним к слову хвалить?

Меры безопасности и хранение

Calcium carbide относится к 1 классу опасности по степени воздействия на организм. Его пыль раздражающе действует на кожные покровы, слизистые оболочки и дыхательные пути. Реагент очень опасен при вдыхании (симптомы: прерывистое дыхание, кашель, насморк, чувство удушья, отек легких), попадании на кожные покровы (получение ожогов, язв) и в глаза (резь, слезотечение, отек век).

При применении материала необходимо использовать специальную защитную одежду, противогаз, перчатки и специальную обувь. Работать только в хорошо проветриваемых помещениях. В случае попадания на кожу промыть пораженное место большим количеством воды, смазать жирным кремом и вызвать врача.

Хранить в герметичных тарах в вертикальном положении (не более, чем в 3 ряда) в несгораемых, хорошо вентилируемых складах или на открытых площадках под навесом, защищающих от воздействия влаги. Не допускается совместное хранение с другими веществами. Срок годности – 6 месяцев с даты производства.

Можно ли тушить водой карбид кальция?

Calcium carbide является негорючим продуктом, но выделяющийся при его разложении ацетилен взрыво- и пожароопасен. Он легко воспламеняется даже при кратковременном контакте с воздухом и обладает способностью самовоспламеняться даже в чистом виде. Он также легко вступает в реакцию с солями меди, серебра и ртути с образованием нестойких взрывчатых ацетеленидов. Обладает наркотическим действием, обусловленным фосфористым водородом в его составе.

Реагент ни в коем случае не разрешается тушить водой! При попадании жидкости в емкости с веществом возможны взрывы. Для тушения следует применять сухие порошковые огнетушители, сухой песок, углекислоту, асбестовое полотно.

Ацетилен легче воздуха, поэтому возможно его накопление в высших точках слабовентилируемых помещений.

Источники

• https://pressadv.ru/metally-svarka/gde-vzyat-karbid.html
• https://stpoyka.ru/chto-takoe-karbid-opisanie-osobennosti-primenenie-i-cena-karbida/
• https://charchem.org/ru/subst-ref/?id=2004
• https://chem.ru/karbid-kalcija.html
• https://ru.warbletoncouncil.org/carburo-de-calcio-9133
• https://www.syl.ru/article/150446/mod_karbid-kaltsiya-svoystva-i-primenenie-poluchenie-atsetilena
• https://weldering.com/karbid-kalciya-acetilen-druzya-razley-voda
• https://him-kazan.ru/stati/karbid-kalcziya