stringtranslate.com

Карбид кальция

Карбид кальция , также известный как ацетиленид кальция , представляет собой химическое соединение с химической формулой Ca C2 . Его основное промышленное применение — производство ацетилена и цианамида кальция . [3]

Чистый материал бесцветен, в то время как куски технического карбида кальция имеют серый или коричневый цвет и состоят примерно на 80–85% из CaC2 ( остальное — CaO ( оксид кальция ), Ca3P2 ( фосфид кальция ), CaS ( сульфид кальция ), Ca3N2 ( нитрид кальция ), SiC ( карбид кремния ), C ( углерод ) и т. д.). В присутствии следов влаги технический карбид кальция испускает неприятный запах, напоминающий запах чеснока. [4]

Карбид кальция применяется в производстве ацетилена , получении ацетилена в карбидных лампах , производстве химикатов для удобрений и сталелитейной промышленности.

Производство

Карбид кальция производится промышленным способом в электродуговой печи из смеси извести и кокса при температуре около 2200 °C (3990 °F). [5] Это эндотермическая реакция , требующая 110 килокалорий (460 кДж) на моль [6] и высоких температур для удаления оксида углерода. Этот метод не менялся с момента его изобретения в 1892 году:

CaO + 3 C → CaC 2 + CO

Высокая температура, необходимая для этой реакции, практически не достижима при традиционном сжигании, поэтому реакция проводится в электродуговой печи с графитовыми электродами. Полученный карбидный продукт обычно содержит около 80% карбида кальция по весу. Карбид измельчается для получения небольших комков, которые могут варьироваться от нескольких мм до 50 мм. Примеси концентрируются в более мелких фракциях. Содержание CaC2 в продукте анализируется путем измерения количества ацетилена, полученного при гидролизе . Например, британские и немецкие стандарты содержания более крупных фракций составляют 295 л/кг и 300 л/кг соответственно (при давлении 101 кПа и температуре 20 °C (68 °F)). Примеси, присутствующие в карбиде, включают фосфид кальция , который при гидролизе производит фосфин . [7]

Эта реакция была важной частью промышленной революции в химии и стала возможной в Соединенных Штатах в результате огромного количества недорогой гидроэлектроэнергии, вырабатываемой на Ниагарском водопаде до начала 20-го века. [8] Метод электродуговой печи был открыт в 1892 году Т. Л. Уилсоном и независимо в том же году Х. Муассаном . [9] [10] [11] В Яйце , Босния и Герцеговина , австрийский промышленник Йозеф Кранц и его компания «Bosnische-Elektrizitäts AG» , преемницей которой впоследствии стала «Elektro-Bosna» , открыли в 1899 году крупнейший на тот момент химический завод по производству карбида кальция в Европе. Для снабжения завода электроэнергией была построена гидроэлектростанция на реке Плива с установленной мощностью 8 МВт, первая электростанция такого рода в Юго-Восточной Европе, которая начала работать 24 марта 1899 года. [12]

Кристаллическая структура

Чистый карбид кальция — бесцветное твердое вещество. Обычная кристаллическая форма при комнатной температуре — это искаженная структура каменной соли с параллельными единицами C 2 2− . [13] Существуют три различных полиморфа , которые появляются при комнатной температуре: тетрагональная структура и две различные моноклинные структуры. [1]

Приложения

Производство ацетилена

Реакция карбида кальция с водой, приводящая к образованию ацетилена и гидроксида кальция [5] , была открыта Фридрихом Вёлером в 1862 году.

CaC2 ( т ) + 2H2O ( ж ) → C2H2 ( г ) + Ca( OH ) 2 ( водн . )

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

Сегодня ацетилен в основном производится путем частичного сгорания метана или появляется как побочный продукт в потоке этилена при крекинге углеводородов. Ежегодно таким образом производится около 400 000 тонн (см. получение ацетилена ).

В Китае ацетилен, полученный из карбида кальция, остается сырьем для химической промышленности , в частности для производства поливинилхлорида . Местное производство ацетилена более экономично, чем использование импортной нефти. [14] Производство карбида кальция в Китае увеличивается. В 2005 году объем производства составил 8,94 млн тонн, при мощности по производству 17 млн ​​тонн. [15]

В США, Европе и Японии потребление карбида кальция в целом снижается. [16] Уровень производства в США в 1990-х годах составлял 236 000 тонн в год. [13]

Производство цианамида кальция

Карбид кальция реагирует с азотом при высокой температуре, образуя цианамид кальция : [5]

CaC2 + N2 → CaCN2 + C

Цианамид кальция, обычно известный как нитролим , используется в качестве удобрения. Он гидролизуется до цианамида , H2NCN . [ 5]

Сталеплавильное производство

Карбид кальция используется:

Карбидные лампы

Светильник с карбидной лампой

Карбид кальция используется в карбидных лампах . Капающая на карбид вода производит ацетиленовый газ, который горит и производит свет. Хотя эти лампы давали более устойчивый и яркий свет, чем свечи, они были опасны в угольных шахтах, где легковоспламеняющийся метановый газ делал их серьезной опасностью. Наличие легковоспламеняющихся газов в угольных шахтах привело к появлению шахтерских ламп безопасности , таких как лампа Дэви , в которой проволочная сетка снижает риск возгорания метана. Карбидные лампы по-прежнему широко использовались в сланцевых , медных и оловянных шахтах, где метан не представляет серьезной опасности. Большинство шахтерских ламп теперь заменены электрическими лампами .

Карбидные лампы все еще используются для добычи полезных ископаемых в некоторых менее богатых странах, например, в серебряных рудниках около Потоси , Боливия . Карбидные лампы также все еще используются некоторыми спелеологами, исследующими пещеры и другие подземные области, [17] хотя их все чаще заменяют в этом использовании светодиодными лампами.

Карбидные лампы также широко использовались в качестве фар в ранних автомобилях, мотоциклах и велосипедах, но были полностью заменены электрическими лампами. [18]

Другие применения

Карбид кальция иногда используется в качестве источника ацетилена, который, как и этиленовый газ, является агентом созревания . [19] Однако в некоторых странах это незаконно, поскольку при производстве ацетилена из карбида кальция загрязнение часто приводит к образованию следов фосфина и арсина . [20] [21] Эти примеси можно удалить, пропуская 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 около Нового года для стрельбы из молочных бидонов. [22]

Карбид кальция вместе с фосфидом кальция используется в плавучих самовоспламеняющихся морских сигнальных ракетах , например, тех, которые производит Ассоциация защиты морской жизни Холмса .

Карбид кальция используется для определения влажности почвы. Когда почва и карбид кальция смешиваются в закрытом цилиндре под давлением, вода, содержащаяся в почве, реагирует с карбидом кальция, выделяя ацетилен, давление которого можно измерить для определения влажности. [23] [24]

Карбид кальция продается в коммерческих целях как средство отпугивания кротов . [25] При контакте с водой выделяемый газ отпугивает кротов. [26]

Ссылки

  1. ^ аб Конар, Сумит; Нилен, Йоханна; Свенссон, Гуннар; Бернин, Диана; Эден, Маттиас; Рушевиц, Уве; Хойссерманн, Ульрих (2016). «Множество фаз CaC2». Журнал химии твердого тела . 239 . Эльзевир Б.В.: 204–213. Бибкод : 2016JSSCh.239..204K. дои : 10.1016/j.jssc.2016.04.030 . ISSN  0022-4596.
  2. ^ Информация о рейтинге опасности NFPA для обычных химикатов. Северо-Восточный университет
  3. ^ Патнаик, Прадьот (2003). Справочник по неорганическим химическим соединениям. McGraw-Hill. ISBN 0-07-049439-8.
  4. ^ Винколи, Джеффри Уэйн (25 ноября 1996 г.). Управление рисками для опасных химических веществ. CRC Press. стр. 429. ISBN 978-1-56670-200-3.
  5. ^ abcd Гринвуд, Норман Н .; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн . стр. 298. ISBN 978-0-08-037941-8.
  6. ^ Рассчитано на основе данных Справочника по химии и физике CRC .
  7. ^ ab Карбид кальция [ постоянная неработающая ссылка ] , Бернхард Лангхаммер, Энциклопедия промышленной химии Ульмана, Wiley Interscience. (Требуется подписка)
  8. ^ Фримен, Хорас (1919). «Производство цианамида». The Chemical News и Journal of Physical Science . 117 : 232.
  9. ^ Morehead, JT и de Chalmot, G. (1896). «Производство карбида кальция». Журнал Американского химического общества . 18 (4): 311–331. doi :10.1021/ja02090a001.{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  10. ^ Муассан, Х. (1892). «Chimie Minérale – Описание d'un nouveau four électrique». Comptes rendus hebdomadaires des séances de l'Académie des Sciences . 115 :1031.
  11. ^ Ренуф, Эдвард (1899). «Использование ацетилена». Popular Science Monthly : 335–347.
  12. ^ "Зграда Прве гидроцентрале на Балкану - Комиссия по оказанию национальных услуг" . old.kons.gov.ba (на сербско-хорватском языке). КОНС . Проверено 15 марта 2019 г.
  13. ^ ab Гринвуд, Норман Н .; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн . ISBN 978-0-08-037941-8.
  14. ^ Дун, Я (2006-01-23). ​​«Проблемы в отрасли ПВХ». Совет по развитию торговли Гонконга. Архивировано из оригинала 2007-12-28.{{cite web}}: CS1 maint: бот: исходный статус URL неизвестен ( ссылка )
  15. ^ "Правительство принимает меры по сдерживанию развития сектора карбида кальция". China Daily через BusyTrade.com. 2007-05-16. Архивировано из оригинала 2007-02-11.{{cite news}}: CS1 maint: бот: исходный статус URL неизвестен ( ссылка )
  16. ^ Лаксон, Джейми; Шлаг, Стефан; Токи, Горо (декабрь 2004 г.). «Карбид кальция». SRI Consulting.
  17. ^ «Спелеологическое оборудование и культура (из новозеландской энциклопедии Те Ара)».
  18. ^ Клеммер, Грегг (1987). Американские шахтерские карбидные лампы: руководство для коллекционеров по американскому карбидному шахтерскому освещению . Westernlore Publications.
  19. ^ Абелес, Ф. Б. и Гахаган, Х. Э. III (1968). «Опадение: роль этилена, аналогов этилена, углекислого газа и кислорода». Plant Physiol. 43 (8): 1255–1258. doi :10.1104/pp.43.8.1255. PMC 1087003 . PMID  16656908.  {{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  20. ^ "Ставьте на это. Ваше манго созрело с использованием карбида". ДНК . 2013-05-18 . Получено 2018-08-25 .
  21. ^ «Употребление искусственно созревших фруктов вредно».
  22. ^ "Carbidschieten wordt Feest" (на голландском языке). Альгемин Дагблад . 2016-12-24.
  23. ^ Сингх, Рандхир (17 декабря 2008 г.). «Определение содержания воды в почве — метод карбида кальция». Портал гражданского строительства . Получено 7 сентября 2020 г.
  24. ^ ASTM International. "ASTM D4944-18, Стандартный метод испытаний для полевого определения содержания воды (влаги) в почве с помощью газоанализатора с карбидом кальция". ASTM International . Получено 7 сентября 2020 г. .
  25. ^ du Bois, TME (20 февраля 2014 г.). "Molehill Mayhem". стр. 21. hdl :1874/290102. Архивировано из оригинала 25 марта 2022 г. Получено 15 января 2021 г.
  26. ^ «Как избавиться от кротов во дворе с помощью карбида». mysunnylawn.com .

Внешние ссылки