Карбид кальция: применение и меры безопасности

Определение

Карбиды – химические соединения которые получаеются в результате щелочных реакций углерода с металлами. В большинстве случаев получаются сверхтвердые сплавы, сравнимые по своим твердостным характеристикам с алмазом.

Наиболее широкую известность и распространение получил сплав, называемый карбид кальция - химическая формула соединения CaC₂

Сейчас небольшой экскурс в историю возникновения этого химического соединения.

Коротко об истории

Карбид кальция был впервые синтезирован немецким химиком Фридрихом Велером в 1862 г. Ученый пытался отделить кальций от извести методом непрерывного нагревания смеси с углем. А в результате получил массу бледно-серого цвета без признаков металла. В начале двадцатого века карбид кальция являлся основным источником производства ацетилена в больших объемах, поэтому возникла острая необходимость в организации процесса массового производства.

Томас Уилсон и Фердинанд Муассан, действуя обособленно, практически единовременно разработали способ выпуска карбида кальция в электрической плавильной печи. Это открытие стало толчком для запуска индустрии получения технического карбида кальция.

Технология

В производстве карбида кальция участвуют два элемента: оксид кальция (CaO) известный также как негашеная известь и углеродные соединения в виде кокса (антрацита, каменного угля):

CaO + 3C = CaC2 +CO
Оба компонента подвергаются измельчению и последующему обжигу и расплавлению посредством электродугового способа.

Готовый раствор доходит до твердого состояния в специальных формах, а впоследствии подвергается дроблению и сортировке.

Зависимость удельного веса технического карбида кальция от содержания CaC2

Содержание СаС2 в техническом карбиде, %	78	74	69	63	60	56
Н/м³(Удельный вес) технического карбида	2,3	2,35	2,4	2,43	2,48	2,5/td>

Состав CaC2 (технического) используемого для сварочных работ

Элемент	Процентное содержание от массы
Карбид кальция	72
Известь	17
Углерод	1
Окись магния	0,3
Сера	0,3
Железо и аллюминий	2,6
Кремний	2
Другие компоненты	4

Минимальный температурный порог образования карбида кальция 1619°С. Как правило, процесс производства ведется при 1900-1950°С. Температурный рост приведет к распаду карбида кальция на металл и углерод.

При наличии небольшой электродуговой печи и источника тока можно воспроизвести процесс образования карбида кальция:

• Берем графитовый тигель или угольный электрод (перед этим сделав в нем углубление) ⇒ помещаем негашеную известь и равные по массе куски кокса
• Подводим электрод к смеси создавая электрическую дугу. Уголь хорошо проводит ток в смеси ⇒ ждем примерно полчаса пока дуга будет гореть
• После остывания смесь превращается в сплав, который, если опыт прошел успешно, содержит маленькие кусочки карбида. Чтобы проверить это, полученную массу поместим в воду и соберем образующиеся пузырьки газа в пробирке, перевернутой вверх дном и заполненной водой.

Можно выделить ряд факторов, влияющих на быстроту формирования и качественные характеристики конечного продукта:

• размер, плотность, наличие примесей в первоначальном сырье
• физические и технические параметры печи
• соблюдение этапов технологического процесса

Несмотря на модернизацию промышленных процессов, производство карбида кальция остается трудозатратным, требующим больших площадей и финансовых вложений.

Особенности

Карбид кальция - прочный элемент с кристаллической структурой. От качества исходного сырья зависит конечный тон: может варьироваться от голубоватого до фиолетового, черного. А также возможно присутствие неприятного запаха с нотками чеснока. Процесс слияния с водой, растворами минеральных кислот, щелочей протекает с выделением большого количества тепла, имеет производственную важность.

CaC2 + 2H2O => Ca(OH)2 + C2H2 - формула взаимодействия карбида кальция с водой.
В результате этой реакции также образуется ацетилен - ненасыщенный углеводород с тройной связью.

С кислородом реакция разложения карбида кальция идет только под воздействием повышенных температур (700 - 900 °C):
2CaC2 + 5O2 → 2CaO + 4CO2 - в результате реакции образуется оксид кальция (CaO) и оксид углерода (IV) (CO₂)

Складирование и перевозка

Карбид кальция нужно фасовать во влагозащищенных емкостях, резервуарах, чтобы исключить доступ влаги и не допустить процесса распада. Процедуре расфасовки и распаковки стоит уделить особое внимание

• проявить аккуратность, не использовать инструмент, образующий искры при работе.
• необходимо обеспечить участников процесса средствами защиты, так как попадание карбида в организм и на кожу человека является опасным.
• перевозка производится только транспортными средствами с закрытым кузовом. Аэродоставка запрещена.
• нужно обеспечить производственное помещение вентиляционной системой и не допускать совместного хранения с прочими товарами.

Срок годности карбида кальция не превышает шесть месяцев

Полезные стороны

Карбид кальция - стартовый элемент для производства многих соединений.

Агрегация карбида кальция и азота используется в получении цианамида кальция.

Он относится к нитратным стимуляторам, активно используемым в агрономии. Эта соль становится исходным компонентом при синтезе мочевины, гуанидина.

В металлургии служит для раскисления металлов и десульфурации (понижение содержания кислорода и серы соответственно).

А какую забаву вызывало у детей похитить со стройки камушек карбида и бросать в лужи, любуясь шипением и бурлением. А особо смелые подносили спичку к исходившему газу, и загоралось голубое пламя.

Полезный газ

Изначально карбид кальция применялся исключительно для получения ацетилена. Это органическое соединение использовали для создания карбидных ламп, применяемых для освещения улиц. Такие источники света используют и сегодня в спелеологии, как походное снаряжение, на маяках.

Ацетилен – полупрозрачный, водорастворимый газ используется для получения таких органических соединений, как хлорэтан, поливинилхлорид, стирол.

Существует ряд синтетических продуктов, производных ацетилена. Например, комбинации с хлором дают продукты, превосходно растворяющие органические соединения, а также неорганические: серу, фосфор. Поскольку такие продукты являются негорючими, они успешно используются при вытяжке жиров. Ацетилениды кальция (соли ацетилена) с ионами серебра, меди и ртути используются в создании взрывчатых веществ. Особенно сильной разрушающей взрывной силой обладает соединение с золотом.

В функционировании реактивных двигателей участвует коктейль ацетилена и аммиака.

Ацетилен в соединении с H2O образует ацетальдегид, из которого изготавливается синтетическая уксусная кислота, ацетон, искусственные смолы и этиловый или водочный спирт

.

C2H2 + H2O → СH3-CHO

Всем известные клей ПВА, грампластинки, рекламные баннеры также являются производными этого газа.

Техника безопасности

Как уже отмечалось ранее, карбид кальций – это взрывоопасное вещество и для соблюдения безопасности в работе с ним нужно следовать нескольким обязательным условиям:

• создать герметичное место хранения и обработки;
• не допускать доступа источника огня;
• мелкие частички (карбидная пыль) вызывают раздражения кожных покровов, органов дыхания, поэтому обязательна защитная одежда, респираторы;
• генераторы ацетилена должны размещаться в строго изолированных местах;
• по завершении сварочных работ обязательно нужно утилизировать неотработанные шлаки в специальных местах;
• при транспортировке и хранении нужно исключить возможность столкновения баллонов, емкостей, так как это несет смертельную опасность.

Карбид кальция – источник производства многих органических и неорганических соединений, которые широко используются в разных сферах жизни человека. Многие из них не имеют аналогов. Но, наряду с неисчерпаемой пользой этого вещества, не стоит забывать и о вреде, который он может нанести человечеству и экологии, ведь он относится к первому классу опасности, обладает взрыво и пожароопасными действиями.