Карбид кальция: хранение, получение, реакция

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:

Грануляция, мм	25-80	15-25	8-15	2-8	до 2
Выход, %	66-80	8-10	6-14	4,5-6,5	1,5-3,0

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:

Содержание СаС₂ в техническом карбиде, %	80	75	70	65	60	55
Удельный вес технического карбида	2,32	2,37	2,41	2.45	2,49	2,53

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:

Компонент	Содержание, % (по массе)
Карбид кальция (СаС₂)	72,5
Известь (СаО)	17,3
Окись магния (MgO)	0,4
Окись железа (Fe₂O₃) и окись алюминия (Al₂O₃)	2,5
Окись кремния (SiO₂)	2,0
Сера (S)	0,3
Углерод (С)	1,0
Другие примеси	4,0

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.

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

Где взять карбид?

Поместите посуду над спиртовкой или газовой горелкой. Выпаривайте раствор на медленном огне до получения кристаллического нитрата кальция. Будьте осторожны при работе с кислотой. Работайте в перчатках и защитных очках. Используйте только достаточно разбавленную азотную кислоту, чтобы исключить слишком быстрое прохождение реакции. Храните нитрат кальция в герметично закрытых емкостях. Он очень гигроскопичен и быстро набирает влагу из воздуха. Ацетилен – самый простой представитель класса алкинов, имеет химическую формулу С2Н2. Бесцветный газ, горюч, в смеси с воздухом взрывоопасен. Благодаря наличию тройной связи в своей молекуле, весьма активен с химической точки зрения, легко вступает в реакции присоединения. При сгорании выделяет большое количество тепла, что может быть использовано, например, многим известная «ацетиленовая горелка». Как же его синтезировать? При хранении ацетилена следует учитывать его особенности. Например, его нельзя держать в баллонах, имеющих бронзовый вентиль, поскольку газ реагирует с медью, входящей в состав бронзы, образуя чрезвычайно взрывоопасное вещество – ацетиленид меди. Самый старый, проверенный временем метод получения ацетилена – реакция карбида кальция с водой. Наверное, многие мальчишки в детстве развлекались, бросая кусочки карбида в лужу, тут же начиналось яростное шипение, карбид буквально «бурлил», исчезая на глазах, и в воздухе отчетливо пахло чем-то резким, «острым». Эта реакция протекает таким образом: СаС2 + 2Н2О = С2Н2 + Са(ОН)2 Для того чтобы она протекала не слишком бурно, можно использовать не простую воду, а насыщенный раствор хлорида натрия, например. Если этот опыт планируется показать на уроке химии, следует подобрать реакционную колбу подходящего размера. Если она будет слишком маленькой, то образующая при растворении карбида пена может быть «выброшена» давлением ацетилена в отводную трубку, и дальше – в приемный сосуд. В случае же с чересчур большой колбой, придется долго ждать, пока образующийся ацетилен не вытеснит весь воздух из прибора. Воду, а лучше насыщенный раствор хлорида натрия, следует добавлять в колбу с кусочками карбида медленно, по каплям, регулируя скорость реакции, не допуская, чтобы она протекала чересчур бурно. Используется ацетилен в самых разных областях. Например, как сырье для получения целого ряда химических веществ (уксусной кислоты, пластмасс, некоторых ароматических углеводородов, некоторых видов синтетического каучука, этилового спирта и т.д.). На его основе синтезируют некоторые очень сильные взрывчатые вещества, используемые в качестве инициаторов, т.е. для детонации. Повсеместно применяется при резке и сварке металлов, при получении яркого света в автономных светильниках. Электрическая дуга – явление очень яркое, поэтому используйте темные очки, берегите глаза. При приготовлении смеси не обязательно считать молярную массу, просто старайтесь брать кокс в избытке, дело в том, что в процессе лишний углерод выгорит на воздухе. Чем больше ток, тем лучше, но без фанатизма. Как получить карбид кальция

Физические свойства, особенности

Карбидные материалы обладают рядом характерных свойств, особенностей. Перечислим их:

Высокая твердость. Атомы углерода и металлов образуют твердую кристаллическую решётку, для разрушения которой потребуется большое механическое усилие. Поэтому с помощью ударов разрушить карбидные вещества будет крайне сложно. Благодаря высокой твердости материалы нашли широкое распространение в различных технических сферах (от военного машиностроения до строительства).
Высокая температура плавления. Плотная кристаллическая решетка обеспечивает устойчивость вещества при сильном нагреве или охлаждении. Средняя температура плавления карбидов находится в пределах от 1500 до 2000 градусов. Поэтому такой материал без проблем выдержит длительное воздействие экстремальных температур (скажем, его можно использовать в печах, металлургических ковшах для расплавления других материалов).
Устойчивость к химическим веществам и коррозии. Внешние электронные оболочки веществ-карбидов являются полностью заполненными. Поэтому такой материал будет редко вступать в химические реакции с другими веществами (он устойчив к воздействию кислот, щелочей, солей). Вещества не вступают в реакцию с водой и атмосферным кислородом, поэтому они не покрываются ржавчиной, что обеспечивает их высокий срок годности.
Повышенная износоустойчивость. Изделия на основе карбидов долгое время сохраняют свою форму даже в случае удара, деформации или воздействия высоких температур. Поэтому они обладают повышенной износоустойчивостью, что делает их срок годности большим. Благодаря повышенной устойчивости материал часто применяют для изготовления абразивных и шлифовальных изделий, которыми можно пользоваться в течение большого срока.

Стоит обратить внимание, что далеко не все карбидные соединения обладают перечисленными свойствами. Скажем, карбид золота (I) чрезвычайно взрывоопасен (тогда как большинство других карбидов металлов — нет)

Он может взорваться даже в случае неаккуратного пересыпания вещества на бумажную поверхность. Поэтому при рассмотрении физических и химических свойства карбидов нужно по отдельности рассматривать каждое соединение, поскольку карбидные материалы могут обладать уникальными необычными свойствами.

https://youtube.com/watch?v=vV9JV2S0X7I

Область применения карбида кальция [ править | править код ]

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 .

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.

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.

Читать также: Как припаять светодиодную ленту в силиконе

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.

Разновидности карбидов

Различают несколько разновидностей карбидов в зависимости от конфигурации кристаллической решетки. Тип решетки определяет ряд физико-химических свойства материала, что нужно учитывать при их применении. Рассмотрим основные разновидности кристаллических решеток карбидов:

Материалы с ковалентной решеткой. Вещества с таким способом связи возможны только в том случае, если в качестве второго элемента выступает бром или кремний. На атомарном уровне соединение образуется за счет sp, sp-2 или sp-3 гибридизации. В веществе атомарный металл заменяет собой углерод, что позволяет формировать прочное устойчивое вещество, которое устойчиво к механическим ударам, высоким температурам, химическим веществам. С точки зрения электропроводности вещество является полупроводником (хотя использование карбидов в качестве полупроводниковых элементов невыгодно с практической точки зрения).
Металлоподобные материалы. В эту группу входят соединения, у которых металлических элемент является железом, кобальтом, никелем либо относится к переходной группе (IV-VII). У таких карбидных соединений металлические атомы располагаются не на месте атомов углерода, а в различных пустотах кристаллических решеток (поэтому часто такие вещества называют карбидами внедрения). Такое необычное расположение делает вещество устойчивым, крепким, надежным, оно не будет разрушаться под воздействием высоких температур или при воздействии химически активных веществ (кислоты, щелочи, соли и другие).
Материалы с ионной связью. В эту группу входит множество карбидов, у которых в качестве металлического элемента выступает алюминий, редкоземельные металлы либо элементы I или II группы периодической таблицы. По химической структуре вещества похожи на соединения с ковалентной решеткой с той лишь разницей, что здесь металлы обычно теряют один или несколько электронов на внешнем уровне, что приводит к образованию веществ-ионов. По химико-физическим свойствам ионные карбиды аналогичны стандартным соединениям — отличная прочность, высокая температура плавления. Единственное крупное отличие — вещества активно взаимодействуют с кислотами (обычно с образованием металла или подобных веществ).

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Использование: в производстве сплавов углерода с окислами щелочноземельных металлов. Сущность изобретения: способ включает загрузку в печь шихты, состоящей из извести и углеродсодержащего материала, последующее их расплавление и выпуск готового продукта. Новым в способе является то, что углеродсодержащий материал присаживают в количестве, обеспечивающем получение массовой доли углерода в шихте, на 5.10% превышающей его стехиометрическое содержание, для связывания с окисью кальция, вносимой известью. Изобретение позволяет увеличить выход карбида кальция высшего сорта. 1 табл.

Изобретение относится к металлургии, в частности, к производству сплавов углерода с оксидами щелочноземельных металлов.

Известен способ производства карбида кальция в рудовосстановительных печах с круглой и прямоугольной ваннами единичной мощностью 60.80 МВА. Ванна печи укрыта водоохлаждаемыми элементами. Вокруг каждого электрода в укрытии ванны имеются воронки шириной 300 мм для подачи шихты. В качестве шихты используют смесь извести и углеродсодержащего материала (кокс, антрацит, штыб и т.п.). Жидкий карбид кальция выпускают через летку в водоохлаждаемые барабаны.

Недостаток способа низкий выход продукции высшего сорта.

В таблице приведены требования к качеству карбида кальция по ГОСТ 1460-81.

Низкий выход продукции высшего сорта обусловлен наличием примесей, CaO до 25; Al 2 O 3 и SiO 2 до 4; свободного углерода до 1, а 1 кг карбида кальция содержал 240.310 (ср. 275) л ацетилена.

Согласно способу по изобретению, включающему загрузку в печь шихты, состоящей из извести и углеродсодержащего материала, последующее ее расплавление и выпуск готового продукта, углеродсодержащий материал присаживают в количестве, обеспечивающем получение массовой доли углерода, на 5.10% превышающей его стехиометрическое содержание, для связывания с окисью кальция, вносимой известью.

Избыток массовой доли углерода над стехиометрическим приводит к уменьшению примесей, например свободной окиси кальция до 5.9% и повышению за счет этого массовой доли карбида кальция по реакции СаO + 3C CaC 2 + CO, в результате чего объем ацетилена увеличивается с 240.310 (ср. 275) л/кг в известном способе до 280.320 (ср. 300) л/кг карбида кальция в заявляемом способе.

Увеличение массовой доли углерода над стехиометрическим соотношением более 10% нецелесообразно, так как это приводит к увеличению свободного углерода более 1% и снижению за счет этого выхода карбида кальция высшего сорта. Увеличение массовой доли углерода над стехиометрическим соотношением менее 5% не дает желаемого результата по снижению свободной окиси кальция в карбиде, которая в ряде случаев превышает 17% что также снижает выход карбида кальция высшего сорта.

П р и м е р. В электропечь загружают смесь извести, содержащей 92.95% (ср. 93,5%) окиси кальция, и кокса, содержащего 85.89% (ср. 87%) углерода (в этом случае соотношение окиси кальция и углерода по стехиометрии составит 1,45: 1, а с учетом превышения массовой доли углерода над стехиометрическим на 5.10% соотношение окиси кальция и углерода составит (1,49.1,58):1. После расплавления смеси карбид кальция выпускают из печи в специальную емкость. Получаемый сплав содержит 85.95% карбида кальция (СаС 2), не более 1% углерода и 0,5% S, до 4% Al 2 O 3 и SiO 2 и 9 окиси кальция (СаO).

Выход карбида кальция высшего сорта составил 80% по заявляемому способу в сравнении с 60% по способу, взятому в качестве прототипа.

Экономическая эффективность заявляемого способа обусловлена более высокой ценой карбида кальция высшей категории качества.

СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА КАРБИДА КАЛЬЦИЯ, включающий загрузку в рудовосстановительную электропечь шихты, состоящей из извести и углеродсодержащего материала, последующее ее плавление и выпуск готового продукта, отличающийся тем, что углеродсодержащий материал присаживают в количестве, обеспечивающем получение массовой доли углерода в шихте, на 5.10% превышающей его стехиометрическое содержание для связывания окиси кальция, вносимой известью.

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.

Карбид титана TiC

Карбид титана TiC представляет собой соединение светло-серого цвета с металлическим блеском. Он химически инертен при комнатной температуре: плохо растворяется в кислотах, их смесях и некоторых щелочах в холодном и нагретом состояниях.

При высоких температурах (выше 2500°С) начинает реагировать с азотом. При взаимодействии с водородом обезуглероживается. Кроме того, окисляется углекислым газом при температурах выше 1200°С. Температура активного окисления карбида титана составляет 1100…1200°С.

Область температурной устойчивости TiC достигает 3140°С, он высокостоек в расплавленных легкоплавких металлах и металлах типа меди, алюминия, латунях, чугунах и сталях. Степень черноты карбида титана равна 0,9 (при длине волны 0,655 мкм). Физические свойства карбида титана TiC

Молекулярная масса	59,9
Тип решетки	Кубическая
Плотность, кг/м3	4930
Температура плавления, °С	3147±50
Температура кипения, °С	4305
Твердость по шкале Мооса	8-9
Средний ТКЛР в интервале 20-2700°С, α·106, град-1	9,6
Молярная теплоемкость при 20°С, кДж/(кмоль·град)	33,7
Удельная массовая теплоемкость при 25°С, Дж/(кг·град)	842
Коэффициент теплопроводности при 20°С, Вт/(м·град)	34…39
Удельное электрическое сопротивление при 20°С, ρ·108, Ом·м	60

Карбид кальция в сварке

Для сварочных работ карбид является чуть ли не идеальным веществом, потому что при взаимодействии с водой выделяет в окружающее пространство летучий газ ацетилен, который служит основой металлизации, напайки, кислородной сварки и множества иных процессов, относящихся к обработке металлических сплавов.

Создается этот состав при очень высокой температуре (до 2400 градусов) посредством расплавления негашеной извести и кокса внутри электродуговой печки. Затем раскаленное жидкое вещество помещается в специальные формы (изложницы), где оно застывает и твердеет. Затем карбид раскалывают на кусочки размером не более 8 см. В итоге полученная субстанция будет состоять примерно на 78% из карбида кальция, а остальные 22% — это известковые окиси, примеси и иные вещества.

Так как при воздействии воды карбид выделяет большое количество ацетиленового газа и тепловой энергии, это существенно затрудняет его хранение. Чтобы избежать порчи вещества, его нередко укладывают в герметичные стальные резервуары. При открытии этих металлических сосудов необходимо избегать открытого пламени и искр, иначе могут быть печальные последствия.

https://youtube.com/watch?v=QXp3OIBnSzk

Карбидная пыль (частички до 2 мм) непригодна для применения, потому что растворяется в воде практически моментально. Кроме того, при хранении большого количества пыли увеличивается риск, что применение состава в итоге приведет к взрыву резервуара. Специалисты отмечают, что килограмм рассматриваемого вещества способен выделить при взаимодействии с водой более 260 кубических дюймов ацетилена.

Приложения [ править ]

Производство ацетилена править

Реакция карбида кальция с водой, производя ацетилен и гидроксидом кальция , была обнаружена Фридрихом Вёлером в 1862 году.

СаС _{2 ( с )} + 2Н ₂ O _{( водно )} → С ₂ Н ₂_{( г )} + Са (ОН) ₂_(водно)

Эта реакция легла в основу промышленного производства ацетилена и является основным промышленным применением карбида кальция.

Сегодня ацетилен в основном производится путем частичного сжигания метана или появляется как побочный продукт в потоке этилена при крекинге углеводородов. Таким образом ежегодно производится около 400 000 тонн (см. « ).

В Китае ацетилен, полученный из карбида кальция, остается сырьем для химической промышленности , в частности для производства поливинилхлорида . Ацетилен местного производства более экономичен, чем использование импортного масла. Производство карбида кальция в Китае увеличивается. В 2005 году добыча составила 8,94 миллиона тонн при мощности производства 17 миллионов тонн.

В США, Европе и Японии потребление карбида кальция в целом снижается. Уровень производства в США в 1990-е годы составлял 236 000 тонн в год.

Производство цианамида кальция править

Карбид кальция реагирует с азотом при высокой температуре с образованием цианамида кальция

CaC ₂ + N ₂ → CaCN ₂ + C

Цианамид кальция, широко известный как нитролим , используется в качестве удобрения. Гидролизуется до цианамида H ₂ NCN.

Производство стали править

Карбид кальция используется:

при обессеривании чугуна ( чугун , чугун и сталь)
в качестве топлива в сталеплавильном производстве для увеличения доли брака в жидком чугуне, в зависимости от экономических соображений.
как мощный раскислитель на ковшовых очистных сооружениях.

Карбидные лампы править

Горит карбидная лампа

Карбид кальция используется в карбидных лампах . При попадании капель воды на карбид образуется газ ацетилен, который горит и дает свет. Хотя эти лампы давали более устойчивый и яркий свет, чем свечи, они были опасны в угольных шахтах, где горючий газ метан представлял серьезную опасность. Наличие горючих газов в угольных шахтах привело к появлению ламп безопасности шахтеров, таких как лампа Дэви , в которой проволочная сетка снижает риск воспламенения метана. Карбидные лампы по-прежнему широко использовались на сланцевых , медных и оловянных рудниках, где метан не представлял серьезной опасности. Большинство шахтерских ламп теперь заменено электрическими лампами .

Карбидные лампы все еще используются для добычи полезных ископаемых в некоторых менее богатых странах, например, на серебряных рудниках недалеко от Потоси , Боливия . Карбидные лампы все еще используются некоторыми спелеологами, исследующими пещеры и другие подземные области хотя их все чаще заменяют светодиодными .

Карбидные лампы также широко использовались в качестве фар в ранних автомобилях, мотоциклах и велосипедах, но были полностью заменены электрическими лампами.

Другое использование править

Карбид кальция иногда используется в качестве источника газообразного ацетилена, который является созревающим агентом, подобным этилену . Однако в некоторых странах это незаконно, поскольку при производстве ацетилена из карбида кальция загрязнение часто приводит к образованию следов фосфина и арсина

Эти примеси можно удалить, пропустив ацетиленовый газ через подкисленный раствор сульфата меди , но в развивающихся странах этой мерой предосторожности часто пренебрегают.

Карбид кальция используется в игрушечных пушках, таких как Big-Bang Cannon , а также в бамбуковых пушках . В Нидерландах карбид кальция используется в преддверии Нового года для стрельбы из бидонов .

Карбид кальция вместе с фосфидом кальция используется в плавающих самовоспламеняющихся морских сигнальных ракетах , таких как те, которые производятся Ассоциацией защиты морской флоры и фауны Холмса .

Карбид кальция используется для определения влажности почвы. Когда почва и карбид кальция смешиваются в закрытом цилиндре под давлением, содержащаяся в почве вода реагирует с карбидом кальция с выделением ацетилена, давление которого можно измерить для определения содержания влаги.

Карбид кальция продается в коммерческих целях как средство от кротов . При контакте с водой добываемый газ отгоняет кротов.

Сварка карбидом

Сварка карбида, сделанного на основе кремния, подразумевает его непосредственный контакт с водой, в ходе которого выделяется значительное количество ацетиленового газа и много тепла. Из-за данной эксплуатационной характеристики обеспечить безопасное хранение данного материала не так-то просто. Для того чтобы это сделать, карбид кладут в абсолютно герметичные баки, выполненные из кровельного металла. В них должно помещаться от 100 до 130 кг.

При сварке карбидом выделяется большое количество ацетилена — газа, отличающегося быстрой воспламеняемостью, поэтому при открытии таких бидонов следует позаботиться, чтобы поблизости не было искр и открытого пламени.

Сварочные работы с использованием карбидной пыли с размером частиц 2 мм и менее производиться не будут, так как такая пыль практически моментально растворяется в воде. Если же добавить в воду слишком большое количество такой пыли, то существует реальная вероятность взрыва. Между прочим, килограмм карбида может привести к выделению почти целого кубометра чистого ацетилена.

Карбид весьма широко используется для сварки газового типа, а также для резки металлов. Когда ацетилен начинает гореть вместе с кислородом, температура пламени может достигать свыше 3000 градусов по Цельсию. Это позволяет применять данный материал даже при работе с тугоплавкими материалами.

Какие меры безопасности нужны при работе с карбидом?

Выше говорилось, что карбид является взрывоопасным веществом, поэтому следует соблюдать определенные правила, которые помогут не допустить получения травм:

Это вещество практически моментально вступает во взаимодействие с воздухом и водой, причем результатом данной химической реакции будет горючий ацетилен. Вследствие такого свойства карбида для сварки его следует хранить в абсолютно сухой и герметичной таре.
Взрывоопасен не только выделяющийся газ, но и сам карбид, поэтому поблизости него не должно находиться искр или открытого пламени.
Карбидная пыль с размером частиц менее 2 мм при попадании на кожу и глаза может вызвать раздражение, поэтому работать с материалом следует в защитных перчатках и в очках.
Постоянная сварка с использованием карбида производится только в специальном помещении, где отсутствуют горючие вещества, а все предметы, находящиеся там, должны быть абсолютно несгораемыми. Хранить оборудование следует в полностью изолированных отсеках помещения. В нем должна быть оборудована система принудительной вентиляции.
Генераторы ацетилена, использующие в своей работе карбид, категорически запрещено размещать в подвальных помещениях.
Когда работы, связанные с проведением сварки, будут завершены, все загруженное вещество нужно будет выработать. Отработанные шлаки (они, как правило, представляют собой известковый налет) удаляются в бункер или в иное специально отведенное под это место.
Нельзя курить поблизости от проведения работ, рядом с самим карбидом — использование открытого огня разрешено на расстоянии не менее 10 метров.
Когда осуществляется транспортировка или хранение баллонов с ацетиленом, на клапаны в обязательном порядке надеваются защитные колпачки, также во время перевозки нельзя допускать соударения баллонов или тем более их падения. Производить транспортировку вместе с другими веществами также запрещено.

Как правильно применять карбид для проведения сварных работ?

Технология использования этого материала представляет собой следующую последовательность действий:

Его куски укладывают в корзину, причем их величина не должна превышать 8 см в диаметре, так как такой размер позволяет обеспечить выделение наибольшего количества ацетилена. Всю карбидную пыль предварительно удаляют, чтобы не допустить детонации материала во время работ.
В аппарат, заполненный водой, устанавливают эту корзину, тщательно закрывая ее специальной крышкой, оснащенной винтом поперечной подачи.
Начинают аккуратно вращать маховик винта, чтобы корзина постепенно опустилась в воду. Резкого погружения не допускают, так как это может привести к воспламенению газа и последующему взрыву. Карбид начнет постепенно реагировать с водой, выделяя значительные объемы ацетилена.

С того момента, как началось выделение ацетилена, можно приступать к проведению сварочных работ. Используют карбид для сварки стали, нержавеющих материалов, цветных металлов, а также разного рода заготовок, отличающихся достаточно высокой температурой плавления. В разобранном виде установка для ацетиленовой сварки является абсолютно безопасной. electrod.biz

Карбид кальция