Wat calciumcarbide is en hoe het wordt gemaakt
Calciumcarbide (CaC2) is een anorganische verbinding die wordt geproduceerd in een vlamboogoven bij ongeveer 2000 tot 2200 graden Celsius uit kalk en een koolstofbron zoals cokes of antraciet, na de algehele reactie van calciumoxide en koolstof tot calciumcarbide en koolmonoxide. Het gesmolten product wordt afgetapt, tot blokken gekoeld en vervolgens vermalen en gezeefd in gedefinieerde groottefracties. Materiaal van technische kwaliteit bevat calciumcarbide als hoofdfase, samen met kalk en kleine hoeveelheden andere ovenresten, en de kwaliteit ervan wordt voornamelijk beoordeeld aan de hand van de gasopbrengst, het volume acetyleen dat vrijkomt per kilogram wanneer het materiaal reageert met water.
Kwaliteiten, groottefracties en gasopbrengst
Calciumcarbide wordt geleverd op basis van de groottefractie en de gasopbrengst. Grove fracties worden gebruikt in grote generatoren waar de reactiewarmte kan worden beheerd, terwijl fijne fracties de voorkeur hebben voor injectie in de gietlepelmetallurgie. Typische aanbodgroottes en opbrengstniveaus worden hieronder weergegeven; de specificatie waarmee overeenstemming moet worden bereikt, is normaal gesproken ontleend aan GB/T 10665.
| Groottefractie (mm) | Typische gasopbrengst (liter acetyleen per kg) | Belangrijkste gebruik |
|---|---|---|
| 80 tot 200 | Ongeveer 290 tot 300 | Grote acetyleengeneratoren en chemische fabrieken |
| 50 tot 80 | Ongeveer 285 tot 300 | Middelgrote generatoren en lasgastoevoer |
| 25 tot 50 | Ongeveer 280 tot 295 | Algemene acetyleengeneratie |
| 15 tot 25 | Ongeveer 275 tot 290 | Kleine generatoren en draagbare sets |
| 4 tot 15 | Ongeveer 260 tot 280 | Fijne fractie voor pollepelinjectie en ontzwaveling |
Onzuiverheden zijn ook van belang. Fosfine en waterstofsulfide, gegenereerd uit fosfor en zwavel in het carbide, vergiftigen veel katalysatoren, dus acetyleen dat bestemd is voor chemische synthese stelt veel strengere grenzen aan deze elementen dan acetyleen dat wordt gebruikt voor lassen of snijden.
Acetyleenproductie en downstream-chemicaliën
De klassieke reactie van calciumcarbide met water produceert acetyleengas en calciumhydroxide. Acetyleen is een kleurloos gas met een zwakke geur als het zuiver is, en de karakteristieke geur van technisch gas is afkomstig van onzuiverheden. Historisch gezien werd de reactie gebruikt in carbidelampen voor mijn- en straatverlichting, en deze overleeft ook in draagbare lampen en in sommige verlichtingsapparatuur, maar het industriële belang ligt tegenwoordig in de chemische synthese.
Vinylchloridemonomeer en PVCvormen de grootste afzetmarkt voor van carbide afgeleid acetyleen, vooral waar steenkool en kalksteen goedkoper zijn dan op olie gebaseerde grondstoffen.
Aceetaldehydegeproduceerd door het hydrateren van acetyleen is een route naar azijnzuur, aceton, kunstmatige harsen en verdere organische tussenproducten.
Acetyleenalcoholen en diolengebruikt in corrosieremmers, vitaminesynthese en polymeerchemie vertrekken van acetyleenadditiereacties.
Oxy-acetyleenlassen en snijdenblijft een grootverbruiker van cilindergas vanwege de zeer hoge vlamtemperatuur.
Metallurgisch gebruik: ontzwaveling en deoxidatie
In de metallurgie is calciumcarbide eerder een reactief additief dan een brandstof. Het wordt met een draaggas in gesmolten ijzer of staal geïnjecteerd en verwijdert zwavel door calciumsulfide te vormen, dat in de slak opstijgt; dezelfde toevoeging vermindert de opgeloste zuurstof. Gietlepelinjectie met een gecontroleerde fijne fractie is de gebruikelijke regeling voor ontzwaveling van ruwijzer voorafgaand aan de staalproductie, en de praktijk wordt ook toegepast bij de behandeling van gieterijijzer om het uiteindelijke zwavelgehalte onder controle te houden.
Omdat de reactie sterk exotherm is en afhangt van het oppervlak, zijn de poedergrootteverdeling en injectiediepte net zo belangrijk als de chemische test. Op carbide gebaseerde ontzwavelingsmiddelen worden vaak gemengd met andere calciumhoudende of magnesiumhoudende verbindingen om de reactiesnelheid in evenwicht te brengen met de kosten, en de resulterende slak moet zo worden ontworpen dat deze schoon kan worden verwijderd.
Stikstoffixatie en agrochemische tussenproducten
Een andere klassieke route combineert calciumcarbide met stikstof bij hoge temperatuur om calciumcyanamide te vormen, een stikstofhoudende verbinding die wordt gebruikt als meststof met langzame afgifte, als bodemkalkmiddel en als tussenproduct. Van calciumcyanamide bereikt de industrie dicyaandiamide, guanidinezouten en verdere stikstofchemie, en de verbinding is een structureel analoog van op nitraat gebaseerde producten die in de agronomie worden gebruikt. Directe ammoniaksynthese heeft een groot deel van deze route verdrongen bij de grootschalige productie van kunstmest, maar de cyanamidechemie behoudt een plaats in de productie van speciale en fijnchemische producten.
Hantering, opslag en veiligheid
Calciumcarbide reageert krachtig met water en vocht, waarbij acetyleen en warmte vrijkomen. Daarom wordt het opgeslagen in droge, geventileerde en weerbestendige ruimtes, uit de buurt van waterbronnen. De vaten moeten afgesloten worden gehouden. Acetyleen is ontvlambaar voor ongeveer 2,5% tot 82% van het volume in de lucht, dus fabrieksruimtes moeten gasgedetecteerd, geaard en vrij van vonkbronnen zijn. Contact van acetyleen met koper, zilver, kwik en hun legeringen vormt acetyliden die gevoelig zijn voor schokken. Daarom mogen deze metalen niet in het gastraject worden gebruikt en zijn fittingen van koperlegeringen uitgesloten van acetyleengebruik. In breek- en zeefruimtes is stofbestrijding nodig omdat fijn carbidestof alkalisch en irriterend is, en het calciumhydroxideresidu van generatoren sterk alkalisch is en moet worden geneutraliseerd voordat het kan worden afgevoerd.
Veelgestelde vragen
Vraag: Hoeveel acetyleen produceert één kilogram calciumcarbide?
De gasopbrengst is de belangrijkste kwaliteitsindex en hangt af van de groottefractie, doorgaans ongeveer 260 tot 300 liter acetyleen per kilogram voor commercieel materiaal.
Vraag: Waarom wordt calciumcarbide gebruikt bij de staalproductie?
Geïnjecteerd als een fijn poeder reageert het met zwavel om calciumsulfide te vormen en verwijdert het ook opgeloste zuurstof, zodat het zowel als ontzwavelingsmiddel als als desoxidatiemiddel bij de behandeling van gietlepels dient.
Vraag: Waar wordt calciumcyanamide van gemaakt?
Het wordt gevormd door calciumcarbide bij hoge temperatuur met stikstof te laten reageren en wordt gebruikt als stikstofmeststof, als kalkmiddel en als tussenproduct voor de guanidine- en dicyaandiamidechemie.
Vraag: Welke metalen moeten worden vermeden in acetyleenapparatuur?
Koper, zilver, kwik en hun legeringen, omdat de daarmee gevormde acetyliden schokgevoelig zijn; In plaats daarvan worden stalen en goedgekeurde niet-koperen leidingen en fittingen gebruikt.
Vraag: Hoe moet calciumcarbide worden bewaard?
In afgesloten vaten in droge, geventileerde, weerbestendige gebouwen, uit de buurt van water, stoomleidingen en ontstekingsbronnen, met gasdetectie in de verwerkingsruimte.
Vraag: Is het generatorresidu gevaarlijk?
De calciumhydroxideslurry die achterblijft na het genereren van gas is sterk alkalisch en moet vóór lozing worden geneutraliseerd en behandeld, waarbij bezonken vaste stoffen als industrieel bijproduct worden behandeld.
