Калциум карбид

Калциум карбид, исто така познат како калциум ацетилид — хемиско соединение со хемиска формула CaC<sub>2. Неговата главна индустриска употреба е во производството на ацетилен и калциум цијанамид.
Чистиот материјал е безбоен, додека парчињата калциум карбид од технички квалитет се сиви или кафеави и се состојат од околу 80-85% од CaC<sub>2</sub> (остатокот е CaO (калциум оксид), Ca<sub>3</sub>P<sub>2</sub> (калциум фосфид), CaS (калциум сулфид), Ca<sub>3</sub>N<sub>2</sub> (калциум нитрид), SiC (силициум карбид) итн.). Во присуство на влага во трагови, калциум карбид од технички квалитет испушта непријатен мирис кој потсетува на лук.
Примените на калциум карбид вклучуваат производство на гас ацетилен, производство на ацетилен во карбидни светилки, производство на хемикалии за ѓубрива и производство на челик.
1 Производство
Калциум карбид се произведува индустриски во електрична лачна печка од мешавина од вар и кокс на приближно . Ова е ендотермна реакција која бара 110 килокалории по мол и високи температури за да се исфрли јаглерод моноксидот. Овој метод не е променет од неговиот пронајдок во 1892 година:
: CaO + 3 C → CaC <sub>2</sub> + CO
Високата температура потребна за оваа реакција практично не е остварлива со традиционално согорување, па реакцијата се изведува во печка со електричен лак со графитни електроди. Произведениот карбид производ обично содржи околу 80% калциум карбид по тежина. Карбидот се дроби за да се добијат мали грутки кои можат да се движат од неколку mm до 50 мм. Нечистотиите се концентрирани во пофините фракции. Содржината на CaC<sub>2</sub> на производот се проценува со мерење на количината на ацетилен произведен при хидролиза . Како пример, британските и германските стандарди за содржината на покрупните фракции се 295 L/kg и 300 L/kg соодветно (при притисок од 101 kPa и температура). Нечистотиите присутни во карбидот вклучуваат фосфид (фосген), кој произведува фосфин кога се хидролизира.
Оваа реакција била важен дел од индустриската револуција во хемијата и била овозможена во Соединетите Американски Држави како резултат на огромните количини на евтина хидроелектрична енергија произведена на Нијагарските Водопади пред почетокот на 20 век. Методот на печка со електричен лак бил откриен во 1892 година од Т.Л. Вилсон, а независно во истата година од Х. Моасан . Во Јајце, Босна и Херцеговина, австрискиот индустријалец д-р Јозеф Кранц и неговата компанија ''„Bosnische-Elektrizitäts AG“'', чиј наследник подоцна станал ''„Elektro-Bosna“'', ја отвориле најголемата хемиска фабрика за производство на калциум карбид во тоа време во Европа. во 1899 година, хидроцентрала на реката Плива со инсталирана моќност од 8 MW била изградена за снабдување со електрична енергија за фабриката, прва електрана од ваков вид во Југоисточна Европа, и почнала да работи на 24 март 1899 година
2 Кристална структура
Чистиот калциум карбид е безбојна цврстина. Вообичаената кристална форма на собна температура е искривена структура на камен-сол со C<sub>2</sub><sup>2 −</sup> единиците кои лежат паралелно. Постојат три различни полиморфи кои се појавуваат на собна температура: тетрагоналната структура и две различни моноклинични структури.
3 Апликации
3.1 Производство на ацетилен
Реакцијата на калциум карбид со вода, произведувајќи ацетилен и калциум хидроксид, била откриена од Фридрих Волер во 1862 година.
: CaC<sub>2</sub>''(s)'' + 2H <sub>2</sub> O ''( aq )'' → C <sub>2</sub> H <sub>2</sub>''( g )'' + Ca(OH) <sub>2</sub>''(aq)''
Оваа реакција била основа на индустриското производство на ацетилен и е главната индустриска употреба на калциум карбид.
Денес, ацетиленот главно се произведува со делумно согорување на метан или се појавува како пропратен производ во етиленскиот тек од пукање на јаглеводороди. На овој начин годишно се произведуваат приближно 400.000 тони (види Подготовка на ацетилен).
Во Кина, ацетиленот добиен од калциум карбид останува суровина за хемиската индустрија, особено за производство на поливинил хлорид. Локално произведениот ацетилен е поекономичен од употребата на увезено масло. Производството на калциум карбид во Кина се зголемува. Во 2005 година производството било 8,94 милиони тони, со капацитет за производство на 17 милиони тони.
Во САД, Европа и Јапонија, потрошувачката на калциум карбид генерално се намалува. Нивоата на производство во САД во текот на 1990-тите било 236.000 тони годишно.
3.2 Производство на калциум цијанамид
Калциум карбид реагира со азот на висока температура за да формира калциум цијанамид:
: CaC <sub>2</sub> + N <sub>2</sub> → CaCN <sub>2</sub> + C
Попознат како нитролим, калциум цијанамидот се користи како ѓубриво. Се хидролизира до цијанамид, H<sub>2</sub> NCN.
3.3 Производство на челик
Калциум карбид се користи:
* при десулфуризација на железо (сурово железо, леано железо и челик)
* како гориво во производството на челик за да се прошири односот на отпадот до течното железо, во зависност од економијата.
* како моќен деоксидатор во постројките за третман на канти.
3.4 Карбидни светилки
Калциум карбид се користи во карбидни светилки. Водата која капе на карбид произведува ацетилен гас, кој гори и произведува светлина. Додека овие светилки давале постабилна и посветла светлина од свеќите, тие биле опасни во рудниците за јаглен, каде што запаливиот гас метан ги направил сериозна опасност. Присуството на запаливи гасови во рудниците за јаглен довело до безбедносни светилки на рударите, како што е Дејвидовата светилка, во која жичената газа го намалува ризикот од палење на метан. Карбидните светилки сè уште се користиле интензивно во рудници за аргилошист, бакар и калај каде што метанот не е сериозна опасност. Повеќето рударски светилки денес се заменети со електрични светилки.
Карбидните светилки сè уште се користат за рударство во некои помалку богати земји, на пример во рудниците за сребро во близина на Потоси, Боливија. Карбидните светилки, исто така, сè уште се користат од некои пештери кои истражуваат пештери и други подземни области, иако тие се повеќе се заменуваат во оваа употреба со LED светилки.
Карбидните светилки исто така се користеле интензивно како фарови во раните автомобили, мотоцикли и велосипеди, но биле целосно заменети со електрични светилки.
3.5 Други употреби
Калциум карбидот понекогаш се користи како извор на ацетилен, кој како гасот етилен е средство за зреење. Сепак, ова е нелегално во некои земји бидејќи, при производството на ацетилен од калциум карбид, контаминацијата често доведува до производство на траги на фосфин и арсин. Овие нечистотии може да се отстранат со поминување на гасот ацетилен низ закиселениот раствор на бакар сулфат, но, во земјите во развој, оваа мерка на претпазливост често се занемарува.
Калциум карбидот се користи во топови за играчки како што е топот Биг Бенг, како и во топови од бамбус. Во Холандија, калциум карбидот се користи околу Нова година за да се пука со млечни жлебови.
Калциум карбид, заедно со калциум фосфид, се користи во пловечки, самозапалливи поморски сигнали, како што се оние произведени од Здружението за заштита на морскиот живот на Холмс.
Калциум карбид се користи за одредување на содржината на влага во почвата. Кога почвата и калциум карбидот се мешаат во цилиндар со затворен притисок, содржината на вода во почвата реагира со калциум карбид за да се ослободи ацетилен чиј притисок може да се мери за да се одреди содржината на влага.
Калциум карбид се продава комерцијално како средство за заштита од кртови. Кога ќе дојде во контакт со вода, произведениот гас ги брка.