Kaj je kalcijev karbid in kako je narejen
Kalcijev karbid (CaC2) je anorganska spojina, proizvedena v elektroobločni peči pri približno 2000 do 2200 stopinjah Celzija iz apna in vira ogljika, kot sta koks ali antracit, po celotni reakciji kalcijevega oksida in ogljika v kalcijev karbid in ogljikov monoksid. Staljeni proizvod se izčrpa, ohladi v bloke in nato zdrobi ter preseje v frakcije določene velikosti. Material tehnične kakovosti vsebuje kalcijev karbid kot glavno fazo skupaj z apnom in majhnimi količinami drugih ostankov iz peči, njegovo kakovost pa ocenjujemo predvsem po izkoristku plina, količini sproščenega acetilena na kilogram, ko material reagira z vodo.
Stopnje, velikostne frakcije in izkoristek plina
Kalcijev karbid se dobavlja glede na frakcijo velikosti in izkoristek plina. Grobe frakcije se uporabljajo v velikih generatorjih, kjer je mogoče upravljati reakcijsko toploto, medtem ko so fine frakcije prednostne za vbrizgavanje v metalurgiji lonca. Spodaj so prikazane tipične velikosti zalog in stopnje donosa; specifikacija, za katero se je treba strinjati, je običajno vzeta iz GB/T 10665.
| Velikost frakcije (mm) | Običajni izkoristek plina (litri acetilena na kg) | Glavna uporaba |
|---|---|---|
| 80 do 200 | Približno 290 do 300 | Veliki generatorji acetilena in kemične tovarne |
| 50 do 80 | Približno 285 do 300 | Srednji generatorji in oskrba z varilnim plinom |
| 25 do 50 | Približno 280 do 295 | Splošna proizvodnja acetilena |
| 15 do 25 | Približno 275 do 290 | Mali generatorji in prenosni kompleti |
| 4 do 15 | Približno 260 do 280 | Fina frakcija za vbrizgavanje in razžveplanje |
Pomembne so tudi nečistoče. Fosfin in vodikov sulfid, ki nastaneta iz fosforja in žvepla v karbidu, zastrupljata številne katalizatorje, zato ima acetilen, namenjen za kemično sintezo, veliko strožje omejitve glede teh elementov kot acetilen, ki se uporablja za varjenje ali rezanje.
Proizvodnja acetilena in kemikalije za proizvodnjo
Pri klasični reakciji kalcijevega karbida z vodo nastaneta plin acetilen in kalcijev hidroksid. Acetilen je čist brezbarven plin z rahlim vonjem, značilen vonj tehničnega plina pa izvira iz nečistoč. V preteklosti se je reakcija uporabljala v karbidnih žarnicah za rudniško in ulično razsvetljavo ter preživi v prenosnih svetilkah in v nekaterih napravah za razsvetljavo, vendar je današnji industrijski pomen kemična sinteza.
Vinil klorid monomer in PVCpredstavlja največjo posamezno trgovino za acetilen, pridobljen iz karbida, zlasti tam, kjer sta premog in apnenec cenejša od surovin na osnovi nafte.
Acetaldehidproizveden s hidratacijo acetilena je pot do ocetne kisline, acetona, umetnih smol in drugih organskih intermediatov.
Acetilenski alkoholi in dioliki se uporablja pri zaviralcih korozije, sintezi vitaminov in kemiji polimerov se začnejo z reakcijami dodajanja acetilena.
Oksi acetilensko varjenje in rezanjeostaja velik porabnik plina v jeklenkah zaradi zelo visoke temperature plamena.
Metalurške uporabe: razžveplanje in dezoksidacija
V metalurgiji je kalcijev karbid reaktiven dodatek in ne gorivo. Vbrizgano v staljeno železo ali jeklo z nosilnim plinom odstrani žveplo tako, da tvori kalcijev sulfid, ki se dvigne v žlindro; isti dodatek zmanjša raztopljeni kisik. Vbrizgavanje v lonec z nadzorovano fino frakcijo je običajna ureditev za razžveplanje vroče kovine pred izdelavo jekla, praksa pa se uporablja tudi pri obdelavi livarskega železa za nadzor končne ravni žvepla.
Ker je reakcija močno eksotermna in je odvisna od površine, sta porazdelitev velikosti prahu in globina vbrizgavanja enako pomembni kot kemijski test. Sredstva za razžveplanje na osnovi karbida se pogosto zmešajo z drugimi spojinami, ki vsebujejo kalcij ali magnezij, da uravnotežijo hitrost reakcije in stroške, nastala žlindra pa mora biti zasnovana tako, da jo je mogoče čisto odstraniti.
Fiksacija dušika in agrokemični intermediati
Druga klasična pot združuje kalcijev karbid z dušikom pri visoki temperaturi, da nastane kalcijev cianamid, dušik vsebujoča spojina, ki se uporablja kot gnojilo s počasnim sproščanjem, kot sredstvo za apnenje tal in kot intermediat. Iz kalcijevega cianamida industrija doseže diciandiamid, gvanidinske soli in nadaljnjo kemijo dušika, spojina pa je strukturni analog izdelkov na osnovi nitratov, ki se uporabljajo v agronomiji. Neposredna sinteza amoniaka je večino te poti izpodrinila v obsežni proizvodnji gnojil, vendar kemija cianamida ohranja mesto v specializirani in fini kemični proizvodnji.
Ravnanje, shranjevanje in varnost
Kalcijev karbid močno reagira z vodo in vlago, pri čemer sprošča acetilen in toploto, zato ga shranjujte v suhih, prezračevanih in vremensko odpornih prostorih, stran od vodnih virov, sodi pa morajo biti zaprti. Acetilen je vnetljiv v približno 2,5 % do 82 % prostornine v zraku, zato morajo biti območja obrata zaznana s plinom, ozemljena in brez virov isker. Stik acetilena z bakrom, srebrom, živim srebrom in njihovimi zlitinami tvori acetilide, ki so občutljivi na udarce, zato se te kovine ne smejo uporabljati v plinski poti, fitingi iz bakrovih zlitin pa so izključeni iz uporabe acetilena. Območja drobljenja in presejanja potrebujejo nadzor nad prahom, ker je fin karbidni prah alkalen in dražeč, ostanek kalcijevega hidroksida iz generatorjev pa je močno alkalen in zahteva nevtralizacijo pred odlaganjem.
Pogosto zastavljena vprašanja
V: Koliko acetilena proizvede en kilogram kalcijevega karbida?
Izkoristek plina je glavni indeks kakovosti in je odvisen od velikosti frakcije, običajno približno 260 do 300 litrov acetilena na kilogram za komercialni material.
V: Zakaj se kalcijev karbid uporablja pri izdelavi jekla?
Vbrizgan kot fin prah reagira z žveplom, da nastane kalcijev sulfid in odstrani tudi raztopljeni kisik, tako da služi kot razžveplalnik in dezoksidator pri obdelavi lonca.
V: Iz česa je narejen kalcijev cianamid?
Nastane z reakcijo kalcijevega karbida z dušikom pri visoki temperaturi in se uporablja kot dušikovo gnojilo, sredstvo za apnenje in intermediat za kemijo gvanidina in diciandiamida.
V: Katerim kovinam se je treba izogibati v acetilenski opremi?
Baker, srebro, živo srebro in njihove zlitine, ker so z njimi nastali acetilidi občutljivi na udarce; Namesto tega se uporabljajo jekleni in odobreni nebakreni cevovodi in priključki.
V: Kako je treba hraniti kalcijev karbid?
V zatesnjenih sodih v suhih, prezračenih, vremensko odpornih zgradbah, stran od vode, parnih vodov in virov vžiga, z detektorjem plina v območju ravnanja.
V: Ali so ostanki generatorja nevarni?
Gošča kalcijevega hidroksida, ki ostane po nastajanju plina, je močno alkalna in jo je treba pred izpustom nevtralizirati in obdelati, z usedlimi trdnimi snovmi pa ravnati kot z industrijskim stranskim proizvodom.
