Hva kalsiumkarbid er og hvordan det lages
Kalsiumkarbid (CaC2) er en uorganisk forbindelse produsert i en elektrisk lysbueovn ved omtrent 2000 til 2200 grader Celsius fra kalk og en karbonkilde som koks eller antrasitt, etter den generelle reaksjonen av kalsiumoksid og karbon til kalsiumkarbid og karbonmonoksid. Det smeltede produktet tappes, avkjøles til blokker og deretter knuses og siktes til definerte størrelsesfraksjoner. Materiale av teknisk kvalitet inneholder kalsiumkarbid som hovedfase sammen med kalk og små mengder andre ovnsrester, og kvaliteten bedømmes hovedsakelig av gassutbytte, volumet av acetylen som frigjøres per kilogram når materialet reagerer med vann.
Karakterer, størrelsesfraksjoner og gassutbytte
Kalsiumkarbid tilføres etter størrelsesfraksjon og etter gassutbytte. Grove fraksjoner brukes i store generatorer hvor reaksjonsvarmen kan håndteres, mens fine fraksjoner foretrekkes for injeksjon i øsemetallurgi. Typiske forsyningsstørrelser og utbyttenivåer er vist nedenfor; spesifikasjonen som skal godtas, er vanligvis hentet fra GB/T 10665.
| Størrelsesbrøk (mm) | Typisk gassutbytte (liter acetylen per kg) | Hovedbruk |
|---|---|---|
| 80 til 200 | Omtrent 290 til 300 | Store acetylengeneratorer og kjemiske anlegg |
| 50 til 80 | Omtrent 285 til 300 | Middels generatorer og sveisegassforsyning |
| 25 til 50 | Omtrent 280 til 295 | Generell acetylengenerering |
| 15 til 25 | Omtrent 275 til 290 | Små generatorer og bærbare sett |
| 4 til 15 | Omtrent 260 til 280 | Finfraksjon for øse-injeksjon og avsvovling |
Urenheter betyr også noe. Fosfin og hydrogensulfid generert fra fosfor og svovel i karbiden forgifter mange katalysatorer, så acetylen beregnet for kjemisk syntese har mye strammere grenser for disse elementene enn acetylen som brukes til sveising eller skjæring.
Acetylengenerering og nedstrømskjemikalier
Den klassiske reaksjonen av kalsiumkarbid med vann produserer acetylengass og kalsiumhydroksid. Acetylen er en fargeløs gass med en svak lukt når den er ren, og den karakteristiske lukten av gass av teknisk kvalitet kommer fra urenheter. Historisk sett ble reaksjonen brukt i karbidlamper for gruve- og gatebelysning, og den overlever i bærbare lamper og i noe belysningsutstyr, men den industrielle betydningen i dag ligger i kjemisk syntese.
Vinylkloridmonomer og PVCutgjør det største enkeltutsalget for karbidavledet acetylen, spesielt der kull og kalkstein er billigere enn oljebasert råstoff.
Acetaldehydprodusert ved å hydratisere acetylen er en vei til eddiksyre, aceton, kunstige harpikser og ytterligere organiske mellomprodukter.
Acetyleniske alkoholer og diolerbrukt i korrosjonshemmere, vitaminsyntese og polymerkjemi starter fra acetylenaddisjonsreaksjoner.
Oksyacetylen sveising og skjæringer fortsatt en stor bruker av sylindergass på grunn av den svært høye flammetemperaturen.
Metallurgisk bruk: Desulfurisering og deoksidering
I metallurgi er kalsiumkarbid et reaktivt tilsetningsstoff i stedet for et drivstoff. Injisert i smeltet jern eller stål med en bæregass, fjerner det svovel ved å danne kalsiumsulfid, som stiger opp i slagget; samme tilsetning reduserer oppløst oksygen. Injeksjon av øse med en kontrollert finfraksjon er det vanlige arrangementet for avsvovling av varmt metall i forkant av stålproduksjon, og praksisen brukes også i støpejernsbehandling for å kontrollere det endelige svovelnivået.
Fordi reaksjonen er sterkt eksoterm og avhenger av overflateareal, er pulverstørrelsesfordeling og injeksjonsdybde like viktig som den kjemiske analysen. Karbidbaserte avsvovlingsmidler blandes ofte med andre kalsiumholdige eller magnesiumholdige forbindelser for å balansere reaksjonshastighet mot kostnad, og det resulterende slagget må utformes slik at det kan fjernes rent.
Nitrogenfiksering og agrokjemiske mellomprodukter
En annen klassisk rute kombinerer kalsiumkarbid med nitrogen ved høy temperatur for å danne kalsiumcyanamid, en nitrogenholdig forbindelse som brukes som gjødsel med langsom frigjøring, som jordkalkingsmiddel og som mellomprodukt. Fra kalsiumcyanamid når industrien dicyandiamid, guanidinsalter og ytterligere nitrogenkjemi, og forbindelsen er en strukturell analog av nitratbaserte produkter som brukes i agronomien. Direkte ammoniakksyntese har fortrengt mye av denne ruten i storskala gjødselproduksjon, men cyanamidkjemi beholder en plass i spesial- og finkjemisk produksjon.
Håndtering, lagring og sikkerhet
Kalsiumkarbid reagerer kraftig med vann og fuktighet, frigjør acetylen og varme, så det oppbevares i tørre, ventilerte, værbestandige områder vekk fra enhver vannkilde, og tromler må holdes forseglet. Acetylen er brannfarlig på tvers av 2,5 til 82 volumprosent i luft, så planteområder må detekteres gass, jordes og fri for gnistkilder. Kontakt av acetylen med kobber, sølv, kvikksølv og deres legeringer danner acetylider som er følsomme for støt, så disse metallene må ikke brukes i gassveien og kobberlegeringsbeslag er utelukket fra acetylenservice. Knusings- og siktingsområder trenger støvkontroll fordi fint karbidstøv er alkalisk og irriterende, og kalsiumhydroksidrestene fra generatorer er sterkt alkaliske og krever nøytralisering før avhending.
Ofte stilte spørsmål
Spørsmål: Hvor mye acetylen produserer ett kilo kalsiumkarbid?
Gassutbytte er hovedkvalitetsindeksen og avhenger av størrelsesfraksjon, typisk ca. 260 til 300 liter acetylen per kilogram for kommersielt materiale.
Spørsmål: Hvorfor brukes kalsiumkarbid i stålproduksjon?
Injisert som et fint pulver reagerer det med svovel for å danne kalsiumsulfid og fjerner også oppløst oksygen, så det fungerer som både avsvovlingsmiddel og deoksideringsmiddel i øsebehandling.
Spørsmål: Hva er kalsiumcyanamid laget av?
Det dannes ved å reagere kalsiumkarbid med nitrogen ved høy temperatur, og det brukes som nitrogengjødsel, kalkingsmiddel og mellomprodukt for guanidin- og dicyandiamidkjemi.
Spørsmål: Hvilke metaller må unngås i acetylenutstyr?
Kobber, sølv, kvikksølv og deres legeringer, fordi acetylider dannet med dem er sjokkfølsomme; stål og godkjente ikke-kobberrør og rørdeler brukes i stedet.
Spørsmål: Hvordan bør kalsiumkarbid lagres?
I forseglede fat inne i tørre, ventilerte, værbestandige bygninger, vekk fra vann, dampledninger og tennkilder, med gassdeteksjon i håndteringsområdet.
Spørsmål: Er generatorrestene farlige?
Kalsiumhydroksidoppslemmingen som er igjen etter gassgenerering er sterkt alkalisk og må nøytraliseres og behandles før utslipp, med faste stoffer behandlet som et industrielt biprodukt.
