Что получают из карбида кальция

Соглашение об использовании

Материалы данного файла могут быть использованы без ограничений для написания собственных работ с целью последующей сдачи в учебных заведениях.

Во всех остальных случаях полное или частичное воспроизведение, размножение или распространение материалов данного файла допускается только с письменного разрешения администрации проекта www.5ballov.ru.

Производство ацетилена карбидным способом

Ацетилен является исходным сырьем для синтеза мономерных веществ, из которых получают химические волокна, пластические массы, каучук и другие важные продукты и материалы. К таким мономерам относятся винилхлорид, винилацетат, акрилонитрил, хлоропрен и т. д. В связи с большой потребностью в продуктах, полу­чаемых на основе ацетилена, планами развития народного хозяйства предусмотрено увеличение производства ацетилена, как из углеводо­родного сырья, так и классическим способом — через карбид кальция.

Физические свойства ацетилена

Ацетилен СН ≡ СН был открыт в 1836 г. английским химиком Дэви при исследовании состава светильного газа. В ряду непредель­ных алифатических углеводородов общей формулы C_nH_2n-2 ацети­лен является первым представителем и имеет молекулярный вес 86,04.

Ацетилен при обычных условиях представляет собой бесцветный газ со следующими физическими характеристиками:

Критическое давление, ат 61,6

Тройная точка ацетилена, соответствующая устойчивому равно­ценно трех фаз, характеризуется следующими величинами: темпера­тура —80,6 С, давление 962 мм рт. ст.

Плотность жидкого ацетилена при критическом давлении и 0° С равна 0,451 кг/л.

Ацетилен хорошо растворяется во многих органических и неорга­нических жидкостях, что позволяет выделять концентрированный ацетилен из реакционных газов при производстве его из природного газа или нефтяных углеводородов.

Ацетилен может гореть с выделением большого количества тепла. Теплотворная способность его равна 13 387 ккал/м 3 (высшая) и 12 710 ккал/м 3 (низшая). Благодаря такой высокой теплотворной способности ацетилен находит применение для газопламенной резки и сварки металлов. Ацетилен является эндотермическим соедине­нием, в определенных условиях способным к взрывному разложению на простые вещества:

Температура при этом достигает 2800° С. При наличии источника воспламенения ацетилен также способен взрываться. Взрывчатые свойства его выше, чем у многих сильно взрывчатых веществ.

Получение ацетилена из карбида кальция

Для нормального протекания реакции корку извести необхо­димо удалять.

При погружении кусков карбида кальция в воду процесс разло­жения протекает непрерывно. Реакция начинается очень бурно, с большим выделением ацетилена, затем скорость ее постепенно сни­жается. Это тоже связано с образованием корки извести, препятст­вующей свободному доступу воды. При перемешивании реакционной массы в генераторе разложение карбида кальция протекает быстрее и бо­лее равномерно. С уменьшением размеров кусков возрастает общая поверхность соприкосновения фаз и, следовательно, скорость разложения повышается.

На практике процесс производ­ства ацетилена оценивают по времени, в течение которого выделяется 98% общего количества ацетилена, образующегося при разложении данного количества карбида кальция. Остаток карбида разлагается очень медленно, вследствие чего это время практически не характе­ризует процесс в условиях работы ацетиленовых генераторов.

Ацетиленовые генераторы классифицируют по производительно­сти, предельному давлению вырабатываемого ацетилена и главное — по способу разложения карбида кальция водой.

Производительность генераторов по ацетилену может быть от 0,8 до 2000 м 3 /ч и более. Для сварочных работ используют небольшие передвижные генераторы — преимущественно до 80 м 3 /ч, в химической промышленности применяют генераторы на 500—2000 м 3 /ч.

По предельному давлению вырабатываемого ацетилена генераторы разделяют на генераторы низкого давления—до 0,1 атм. (герметизация с помощью гидравлического затвора) генераторы среднего давления — от 0,1 до 1,5 ат (закрытые аппараты) и гене­рации высокого давления — свыше 1,5 ат (только закрытые аппараты).

По способу разложения карбида кальция водой генераторы подразделяются на три основные системы:

1. Генераторы системы «карбид в воду» (аппараты непрерывного действия). Куски карбида сбрасывают в воду, находящуюся в газообразователе и там происходит разложение. Выделяющееся тепло расходуется в основном на нагревание воды. Образующаяся при реакции гидроокись кальция удаляется вместе с водой в виде суспензии.

2. Генераторы системы «вода на карбид». Воду периодически (или непрерывно) подают на куски карбида, загруженные в газообразователь. Регулируют процесс разложения, изменяя количество подаваемой воды. В этих аппаратах можно вести «мокрый» или «сухой» процесс газообразования. В генераторах «мокрого» типа воду подают на неподвижный карбид кальция, который полностью разлагается присутствии значительного избытка воды. В «сухих» генераторах вода поступает на непрерывно движущиеся куски карбида кальция, который находится в избытке по отношению к количеству подаваемой воды. Отходом является порошкообразная гидроокись кальция(известь-пушонка);

3. Контактные генераторы. Взаимодействие карбида кальция с залитой в аппарат водой осуществляется периодически, по мере расходывания ацетилена. Такие генераторы бывают только малой производительности (использование ацетилена для сварки и резки металлов).

В генераторах системы «карбид в воду» происходит наиболее полное разложение карбида кальция с минимальными потерями ацетилена; в них можно перерабатывать куски любых размеров, включая мелочь, а также регулировать производительность. Недостатком этих генераторов являются относительная сложность и громоздкость загрузочных устройств, высокий расход воды (10 м 3 на 1 т С₂Н₂) и следствие этого большое количество отходов (жидкого ила). Генераторы системы «карбид в воду» применяются преимущественно как стационарные аппараты большой производительности и находят самое широкое применение в химической промышленности.

Па рис. 11-6 показан генератор системы «карбид в воду» производительностью до 500 м 3 /ч. Аппарат заполнен водой на 3 /₄ высоты. Гранулированный карбид кальция (размер кусков 50—80 мм) из загрузочных бункеров 1 и 2 поступает в генератор через шахту 4, нижняя часть которой погружена в воду. Подача карбида регулируется секторным питателем 3,вращающимсясо скоростью 16—18 об/ч.

Рисунок 11-6. Ацетиленовый генератор системы «карбид в воду»:

1 — верхний загрузочный бункер; 2 — нижний загрузочный бункер; 3 — секторный пита­тель; 4 — шахта; 5 — распределительный конус; 6 — корпус аппарата; 7 — гребки; 8 — полки; 9 — вращающийся вал; 10 — шлюзовой затвор; 11— уравнительная труба; 12 — гидравлический затвор.

Посредством установленного под шахтой конуса 5 карбид равномерно распределяется по сечению генератора. Для удаления корки извести с кусков карбида имеется перемешивающее устройство — вращающийся (до 120 об/ч) вертикальный вал 9 с лопастями. На верхней сет­чатой полке 8 куски карбида перемещаются от центра к периферии и попадают на нижнюю полку, имеющую уклон к центру. При тре­нии кусков карбида о полки корка извести ссыпается. Гашеная из весть удаляется из генератора в виде известкового молока по сифон­ной трубе 11, являющейся регулятором уровня воды. Тяжелые при­меси карбида кальция (ферросилиций и др.) собираются в нижнем бункере (шлюзовой затвор 10), откуда их периодически удаляют.

Более рациональны генераторы системы «вода на карбид» с «су­хим» процессом разложения карбида кальция. Получаемая в них сухая известь-пушонка (5% влаги) является хорошим строительным материалом и легко транспортируется. Этим упрощается использо­вание отходов. Небольшой избыток воды при работе генератора практически полностью испаряется, что способствует созданию боль­шей безопасности при эксплуатации аппарата. На испарение расхо­дуется часть реакционного тепла, поэтому получаемый ацетилен не перегревается. Он насыщен водяными парами, вследствие чего зна­чительно менее взрывоопасен. Это является одним из важных пре­имуществ генераторов системы «вода на карбид».

В «сухом» генераторе карбид кальция через секторный питатель и горизонтальный шнек непрерывно поступает на верхнюю полку, куда разбрызгивающими устройствами подается вода. Карбид взаи­модействует с водой на полках генератора. При большом числе полок достигается почти полное разложение карбида (на 98%). Сухая из­весть выводится из генератора через конусную часть и попадает в ниж­ний цилиндр. Чтобы предотвратить «зависание» извести, конусная часть снабжается механическими ворошителями. Температура должна поддерживаться 50—60° С, для чего в генератор подают холодную воду. Загрузочные и нижние выгрузные бункеры устроены по прин­ципу шлюзовых затворов и продуваются азотом. Постоянное избы­точное давление в генераторе не должно превышать 300—400 мм рт. ст. В случае повышения давления избыточный ацетилен через гидравлический затвор отводят в атмосферу. Расход воды в «сухих» генераторах почти в 5 раз меньше, чем в «мокрых».

На рис.11-7 изображен «сухой» ацетиленовый генератор, в кото­ром разложение карбида кальция проводят при небольшом избытке воды. В нижнем цилиндре поддерживается определенный уровень и шести, который препятствует прониканию ацетилена в нижний шпек. Для окончательной подсушки пушонки в конус и нижний цилиндр подают пар по специальным рубашкам. Ацетилен отводится из генератора по трубе, расположенной в конусной части аппарата.

При щелочной реакции углерода с металлами могут получится различные карбиды. За счет соединения определенных химических элементов получаются соединения, которые характеризуются высокой прочностью. Довольно большое распространение получил вариант исполнения, который получил название карбид кальция. Его стали применять в самых различных областях промышленности.

Внешний вид и характеристики технического карбида кальция

Впервые рассматриваемый состав был получен в 1862 году. Проводимая процедура касалась отделения кальция от извести, в результате чего получился бледно-серый состав без признаков, свойственных металлам. В результате опыта был получен карбид, который в последствии стал активно использоваться при выпуске различной продукции.

В начале 20 века карбид кальция стали использовать для производства ацетилена в больших объемах. Именно поэтому стали вести активные исследования для выявления более производительной технологии.

Технические характеристики материала определяют его широкое распространение. Внешний вид вещества характеризуется светло-серым цветом, выпускаются карбиды в виде камня или порошка.

Физические свойства

При выборе практически любого материала следует уделять больше всего внимания физическим свойствам. У рассматриваемого они следующие:

1. Соединение имеет кристаллическую структуру.
2. Показатель температуры плавления составляет 2300 °С. Стоит учитывать, что подобная цифра свойственна только чистому составу. Добавление в состав различных примесей приводит к тому, что температура плавления существенно падает.

Стоит учитывать, что карбид кальция в большинстве случаев находится в твердом состоянии. Кроме этого, цвет может варьироваться от серого до коричневого цвета. Физические свойства карбида кальция определяют его широкое применение в самых различных отраслях промышленности.

Химические свойства

Немаловажное значение имеют и химические свойства. Они также учитываются при применении материала. К основным характеристикам можно отнести следующие качества:

1. Карбид кальция характеризуется тем, что хорошо впитывает влагу. Стоит учитывать, подобная процедура проявляется яркой химической реакцией, связанной с разложением вещества.
2. При работе с рассматриваемым материалом стоит учитывать, что образующаяся пыль оказывает раздражительный эффект на слизистые органы. Кроме этого, подобная реакция может проявится при попадании кристаллов или пыли на поверхность кожи. Именно поэтому при работе с рассматриваемым соединением следует использовать респиратор и некоторые другие средства защиты.
3. Кристаллы активное реагируют на воздействие других веществ зачастую только при нагреве. При этом может образоваться карбонат кальция.
4. В некоторых случаях проводится соединение кристаллического вещества с азотом, в результате чего получается цианамид кальция.
5. При нагреве может проходить реакция с мышьяком и хлором, а также фосфором.

Считается, что наиболее важным химическим качеством является податливость к разложению при воздействии воды.

Получение

Как ранее было отмечено, карбид кальция активно применяется при получении самых различных материалов. Именно поэтому процесс получения карбида кальция постоянно совершенствовался. К особенностям применяемых технологий можно отнести нижеприведенные моменты:

1. В качестве сырья применяется негашеная известь. В большинстве случаев вещество получается из извести, но в домашних условиях провести подобную процедуру сложно.
2. Известь смешивается с измельченном коксом для получения однородной массы.
3. В промышленности карбид кальция получают по схеме, которая предусматривает нагрев вещества до высокой температуры. Для этого применяются электронные печи. Рекомендуемая температура плавления составляет 1900 ⁰С.
4. После нагрева вещества до столь высокой температуры оно переходит в жидкое состояние. Для работы подготавливаются специальные формы.

При» рассмотрении того, как из углерода получить карбид кальция отметим, что по установленным стандартам в состав должно входить не менее 80% основного вещества. На долю примесей должно приходится не более 25%, в число которых также входит углерод. Производство оксида кальция также приводит к выделению тепловой энергии, что стоит учитывать.

Транспортировка и хранение

Порошок карбида кальция при воздействии влаги практически моментально разлагается. При этом образуется ацетилен, который при большой концентрации горюч и взрывоопасный. Именно поэтому нужно уделять довольно много внимания хранению карбида кальция, для чего часто применяют бидоны и специальные барабаны. К другим особенностям хранения отнесем следующие моменты:

1. Выделяющийся ацетилен легче воздуха, поэтому скапливается вверху. Стоит учитывать, что он обладает наркотическими действиями, может самовоспламеняться.
2. При производстве большого объема вещества особое внимание уделяется технике безопасности. Для фасовки применяются специальные упаковки.
3. Для открытия упаковки следует использовать инструменты, которые не становятся причиной образования искр.
4. Если вещество попадает на кожу или слизистую оболочку, то его нужно сразу удалить. При этом пострадавшая поверхность обрабатывается специальным кремом или другим защитно-заживляющим веществом.
5. По установленным правилам, транспортировка может проводится исключительно при применении крытого транспортного средства. При этом проводить доставку по воздуху запрещается.

Установленные правила также запрещают хранить карбид кальция вместе с другими химическими веществами и источниками тепла. Это связано с тем, что образующиеся газы могут вступать в химическую реакцию с другими химическими веществами и возгораться.

Применение карбида кальция

Как ранее было отмечено, карбид кальция встречается в самых различных областях промышленности, зачастую поставляют для проведения промышленного синтеза. Свойства карбида кальция и реакция, протекающая при его соединении с различными веществами, определяют использование вещества в нижеприведенных случаях:

1. Многие синтетически компоненты, входящих в состав современных материалов, производят на основе рассматриваемого компонента.
2. Применяется для получения цианамида кальция. Подобный компонент используется для получения различных химических удобрений. Именно поэтому сырье применяется для регулирования скорости роста растений.
3. Цианамид кальция также получают при соединении вещества с азотом.
4. В некоторых случаях проводится восстановление металлов щелочной группы.
5. Можно использовать рассматриваемое соединение в процессе газовой сварки.

При рассмотрении карбида кальция и области применения стоит учитывать, что подобное вещество чаще всего применяют для получения ацетилена. Подобный синтез карбида кальция разработал немецкий ученый. Среди особенностей подобного способа применения отметим следующие моменты:

1. Ацетилен из карбида получают при оказании воздействия водой на используемое сырье.
2. В результате прохождения химической реакции образуется требующийся газ, гашеная известь выпадает в осадок.
3. Стоит учитывать, что при смешивании компонентов выделяется большое количество тепла. Поэтому работа должна проводится с учетом техники безопасности.
4. В зависимости от вида применяемой технологии переработки сырья с 1 килограмма выходит около 290 литров газа.
5. Скорость протекания процедуры зависит от чистоты применяемого сырья, температуры и количества воды.

Как показывает практика, при использовании чистого карбида на протекание химической реакции отводится около 20 литров волы на 1 килограмм сырья. Подобное количество воды требуется для того чтобы снизить температуру реакции, за счет чего обеспечиваются оптимальные условия для работы.

Техника безопасности

При проведении различных химических реакций для производства материалов должна соблюдаться техника безопасности. Как ранее было отмечено, выделяемые вещества могут быть взрывоопасными. Техника безопасности при взаимодействии с различными химическими веществами заключается в следующем:

1. Для хранения и обработки требуется герметичное место. В обычном гараже проводить работы не рекомендуется.
2. Нельзя допускать огонь к самому сырью, а также образующимся газам.
3. Даже мелкие частицы могут привести к поражению кожных покровов. Именно поэтому работа должна проводится в респираторе и защитной одежде.
4. Генераторы ацетилена размещают исключительно в хорошо изолированных помещениях.
5. Если сырье применялось при проведении сварочных работ, то следует образующийся шлак утилизировать в специальных местах.
6. При перемещении металлических и иных емкостей они должны быть надежно закреплены, столкновение и падение не допускается. Это может привести к появлению искр, которые станут причиной взрыва вещества.

Вышеприведенная информация определяет то, что работы с рассматриваемым сырьем не рекомендуется проводить в гараже или домашней мастерской. Несоблюдении технологии, отсутствии требующего оснащения и многие другие причины могут привести к возникновению искры и воспламенению веществ.

Карбид кальция реакция с водой

Рассматриваемое сырье чаще всего применяется для соединения с водой, в результате чего получается ацетилен. Взаимодействие карбида кальция с водой становится причиной появления газа с неприятным запахом и достаточно большим количеством различных примесей. В чистом виде получить подобное вещество можно только при его многоэтапной очистке.

Реакция карбида кальция с водой может быть проведена опытным путем. К особенностям подобной процедуры отнесем следующие моменты:

1. В качестве емкости применяется 1,5-литровая бутылка.
2. После ее заполнения водой добавляется несколько кусочков кристаллического материала.
3. Протекание реакции приводит к появлению избыточного давления.
4. После того как карбид кальция больше не вступает в реакцию, на бутылку помещается горящая бумага. В результате взаимодействия между карбидом кальция и водой образуется газ, который взрывается. При рассматриваемом опыте образуется огненное облако.

Подобный опыт довольно опасен и должен быть проведен с соблюдением техники безопасности.

В заключение отметим, что рассматриваемый компонент в последнее время часто применяется для проведения самых различных опытов. Соединение обладает большим количеством свойств, которые должны учитываться. Выделение тепла и газов становится причиной, по которой проводить опыты рекомендуется только в промышленности.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Карбиды металлов — это соединения, которые не являются природными, получают их только искусственным путем. Первое упоминание о создании этого вещества относится к началу 19 века, его синтезировал англичанин Деви в своей лаборатории. Позже были созданы и другие соединения. В детстве многие любили взрывать это вещество, но далеко не все понимают, что же представляет из себя это соединение.

Состав и виды карбидов

Карбиды не являются отдельным веществом. Это соединение углерода с металлами и неметаллами. Причем, следует учитывать, что углерод должен обладать большей электроотрицательностью в получаемом веществе по сравнению с другими используемыми элементами. Это дает возможность избежать производства галогенов, оксидов и других углеродных соединений.

На сегодняшний день различают три вида карбида, состав которых отличен друг от друга:

1. Ковалентные соединения. К данному виду относят два элемента — кремний и бром. Это соединения с прочной межатомной связью, что обеспечивает высокую температуру плавления и химическую инертность. Окисление веществ данной группы возможно только при их нагреве свыше 1000 градусов Цельсия. Твердость вещества с бромом настолько высока, что способна конкурировать даже с алмазами. Вещество с кремнием менее прочное, но 8 баллов по шкале Мооса имеет. При этом растворить данное вещество возможно только в царской водке или с помощью концентрированной азотной или плавиковой кислоты.
2. Ионные соединения или солеобразные. Вещества данной группы образуются с помощью металлов 1 и 2 группы таблицы Менделеева, а также алюминием. Данные соединения характеризуются высокой температурой плавления. Карбиды ионного вида распадаются под воздействием воды и кислот. При протекании реакции выделяется углеводород и остается гидроксид металла.
3. Ионно-ковалентно-металлические или металлоподобные соединения. Образуются с помощью металлов с 4 по 8 группу, а также кобальтом, никелем и железом. Отличительная особенность металлоподобных веществ — это высокая прочность и температура плавления. Данный вид соединений делится на два типа:

• Ацетилениды — при гидролизе образуют этин или ацетилен. Карбид кальция относится к данному типу соединений.
• Метаниды — при вступлении в реакцию с водой или разбавленными кислотами образуют метан. Чаще бесцветны. Сюда относят карбид алюминия, магния, бериллия.

Свойства

Благодаря своим свойствам, эти соединения нашли широкое применение в машиностроении, а также в строительстве.

1. Высокая твердость материала. У различных соединений она варьируется, но всегда остается выше средней. Они являются самыми твердыми минералами.
2. Температура плавления. Практически всегда она выше температуры плавления металла входящего в соединение и может превышать 2000 градусов.
3. Устойчивость к коррозии. Многие соединения не вступают в реакцию с различными кислотами и довольно устойчивы к внешним агрессивным факторам.
4. Взаимодействие с водой. Практически все карбидные соединения вступают в реакцию с водой, например, при взаимодействии с карбидом кальция можно его взрывать. Условия взаимодействия могут отличаться и зависят от характера связи в соединении.

Производство карбида

Ковалентные и солеобразные соединения получают простым методом. В электрическую печь помещают смесь из дробленого кокса и оксида металла и нагревают. При высоких температурах оксид элемента вступает в реакцию с коксом. При таком способе часть кокса, которая состоит из углерода, соединяется с атомами элемента, входящими в оксид. В результате образуется требуемый карбид и угарный газ. Готовую расплавленную смесь разливают по специальным формам, а после застывания дробят и сортируют по размеру гранул. Несмотря на простоту данного способа, получение карбида с его помощью является довольно энергозатратным, поскольку требует поддержания высоких температур (1600-2500 градусов) на всем протяжении реакции.

Существуют и альтернативные способы получения некоторых видов веществ. Как правило, это разложение соединения в результате которого и получается требуемый элемент. Формула распада будет отличаться в зависимости от конкретного соединения.

Применение в промышленности

Карбид кальция является важным соединением для получения ацетилена, газа, который используется при кислородной сварке и обработке металлов. При горении с кислородом ацетилен способен достигать 3150 градусов Цельсия. Это позволяет работать с тугоплавкими металлами, требующими температуру вдвое большую,чем температура плавления самого металла.

Карбид бора используется как огнеупорный материал, поскольку температура плавления такого соединения выше 2400 градусов. При этом он же встречается в бронежилетах,так как способен защитить не только от пуль и осколков, но и от радиации. Для покрытия промышленного и строительного инструмента используют карбид титана. Его прочность позволяет повысить износостойкость деталей и обрабатывать даже самые прочные материалы.

Хранение и транспортировка

Поскольку карбид при вступлении в реакцию с влагой приводит к выделению большого количества тепла и взрывоопасного газа ацетилена, хранят данное вещество в герметичных баках или барабанах. Работа с такими баками требует особой осторожности. Газ ацетилен легче воздуха и способен самовоспламеняться, при этом обладает наркотическим действием. При вскрытии барабанов с карбидом используют специальный инструмент, исключающий возникновение искр, а при попадании вещества на кожу требуется немедленно промыть водой пораженный участок и смазать жирным кремом.

Помещения хранения должны хорошо проветриваться, а содержание других веществ по соседству — запрещено. Это может привести к опасным реакциям. Неправильное хранение может как взорвать карбид, так и привести его в негодное состояние.

Срок хранения доходит всего до полугода.

Перевозка осуществляется только крытым транспортом. Воздушная доставка запрещена.

Стоимость

На рынке карбид кальция можно приобрести по цене 80 рублей за килограмм. Продают данную смесь в бочках или специальных мешках. Ненамного дороже вещество с кремнием. Его стоимость составляет 82 рубля за килограмм. А вот, карбид вольфрама обойдется в 1400 рублей за кило. Причем, может быть установлен минимальный вес покупки, например, от 10 кг. Карбид бора будет стоить еще дороже — от 2000 рублей, причем фасовка начинается от 35 килограмм. Стоимость же соединений с гафнием или молибденом оговаривается с поставщиком отдельно.

>