Карбид кальция - Calcium carbide

Карбид кальция
Карбид кальция formula.png
Karbid vápenatý.JPG
Кристаллструктура Bariumperoxid.png
Имена
Предпочтительное название IUPAC
Ацетилид кальция
Систематическое название ИЮПАК
Этиндиид кальция
Другие имена
Перкарбид кальция
Карбид кальция
Дикарбид кальция
Идентификаторы
3D модель (JSmol )
ChemSpider
ECHA InfoCard100.000.772 Отредактируйте это в Викиданных
Номер ЕС
  • 200-848-3
UNII
Характеристики
CaC2
Молярная масса64.099 г / моль
ВнешностьОт белого порошка до серых / черных кристаллов
Плотность2.22 г / см3
Температура плавления 2160 ° С (3920 ° F, 2430 К)
Точка кипения 2300 ° С (4170 ° F, 2570 К)
Быстрый гидролиз
Структура
Тетрагональный [1]
D174ч, I4 / ммм, tI6
6
Термохимия
70 Дж · моль−1· K−1
−63 кДж · моль−1
Опасности
Главный опасностиРеагирует с водой с выделением ацетилен газ[2]
Пиктограммы GHSGHS02: ЛегковоспламеняющийсяGHS05: Коррозийный
Сигнальное слово GHSОпасность
H260
NFPA 704 (огненный алмаз)
305 ° С (581 ° F, 578 К) (ацетилен)
Если не указано иное, данные для материалов приведены в их стандартное состояние (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
проверитьY проверять (что проверитьY☒N ?)
Ссылки на инфобоксы

Карбид кальция, также известный как ацетилид кальция, это химическое соединение с химическая формула из CaC2. Его основное промышленное использование - производство ацетилен и цианамид кальция.[3]

Чистый материал бесцветен, однако кусочки технический карбид кальция серого или коричневого цвета и состоит примерно на 80–85% из CaC2 (остальное - CaO (оксид кальция ), Ca3п2 (фосфид кальция ), CaS (сульфид кальция ), Ca3N2 (нитрид кальция ), SiC (Карбид кремния ), так далее.). При наличии следов влаги технический карбид кальция издает неприятный запах, напоминающий запах чеснока.[4]

Применение карбида кальция включает производство ацетилен газа, а также для производства ацетилена в карбидные лампы; производство химикатов для удобрений; и в сталеплавильном производстве.

Производство

Карбид кальция промышленно производится в электродуговая печь из смеси Лайм и кокс примерно при 2200 ° C (3990 ° F).[5] Это эндотермическая реакция требуется 110 килокалорий (460 кДж) на моль[6] и высокие температуры для удаления окиси углерода. Этот метод не изменился с момента его изобретения в 1892 году:

CaO + 3 C → CaC2 + CO

Высокая температура, необходимая для этой реакции, практически недостижима при традиционном сжигании, поэтому реакцию проводят в электродуговой печи с графит электроды. Полученный карбидный продукт обычно содержит около 80% карбида кальция по весу. Карбид измельчается, образуя небольшие комочки размером от нескольких до 50 мм. Примеси концентрируются в более мелких фракциях. ЦК2 Содержание продукта определяют путем измерения количества ацетилена, образующегося 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, который производит фосфин при гидролизе.[7]

Эта реакция была важной частью Индустриальная революция в химии, и это стало возможным в Соединенных Штатах в результате огромного количества недорогих гидроэлектростанция произведено на Ниагарский водопад до рубежа 20-го века.[8]

Способ производства в электродуговая печь был открыт в 1892 г. Т. Л. Уилсон и независимо Х. Муассан в том же году.[9][10][11] В Босния и Герцеговина город Jajce Австрийский промышленник, доктор Йозеф Кранц и его "Bosnische-Elektrizitäts AG" компания, преемником которой впоследствии стал «Электро-Босна», в 1899 году открыл крупнейший в Европе химический завод по производству карбида кальция. Гидроэлектростанции электростанция на Плива для электроснабжения завода построена река установленной мощностью 8 МВт. Это была первая в своем роде электростанция в Юго-Восточной Европе, которая была введена в эксплуатацию 24 марта 1899 года.[12]

Кристальная структура

Чистый карбид кальция - бесцветное твердое вещество. Обычная кристаллическая форма при комнатной температуре - искаженная каменно-солевой состав с C22− блоки, лежащие параллельно.[13]

Приложения

Производство ацетилена

Реакция карбида кальция с водой с образованием ацетилена и гидроксид кальция,[5] был обнаружен Фридрих Вёлер в 1862 г.

CaC2(s ) + 2H2О(водный ) → C2ЧАС2(грамм ) + Са (ОН)2(водн.)

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

Сегодня ацетилен в основном производится путем частичного сжигания метана или появляется как побочный продукт в потоке этилена при крекинге углеводородов. Таким образом ежегодно производится около 400 000 тонн (см. Приготовление ацетилена ).

В Китае ацетилен, полученный из карбида кальция, остается сырьем для химическая индустрия, в частности для производства поливинил хлорид. Ацетилен местного производства более экономичен, чем использование импортного масла.[14] Производство карбида кальция в Китае увеличивается. В 2005 году добыча составила 8,94 миллиона тонн при мощности производства 17 миллионов тонн.[15]

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

Производство цианамида кальция

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

CaC2 + N2 → CaCN2 + C

Обычно известный как нитролим, цианамид кальция используется в качестве удобрения. Гидролизуется до цианамид, H2NCN.[5]

Сталеплавильное производство

Карбид кальция используется:

  • в обессеривание железа (чугун, чугун и сталь)[7]
  • в качестве топлива в сталеплавильном производстве для увеличения доли брака в жидком чугуне в зависимости от экономических соображений.
  • как мощный раскислитель в ковш очистные сооружения.

Карбидные лампы

Основная статья: Карбидная лампа
Горит карбидная лампа

Карбид кальция используется в карбидные лампы. При попадании капель воды на карбид образуется газ ацетилен, который горит и дает свет. Хотя эти лампы давали более ровный и яркий свет, чем свечи, они были опасны в каменный уголь шахты, где легковоспламеняющиеся метан газ сделал их серьезной опасностью. Наличие горючих газов на угольных шахтах привело к шахтерской лампы безопасности такой как Лампа Дэви, в котором проволочная сетка снижает риск воспламенения метана. Карбидные лампы по-прежнему широко использовались в шифер, медь, и банка шахты, где метан не представляет серьезной опасности. Большинство шахтерских ламп заменено на электрические. лампы.

Карбидные лампы все еще используются в горнодобывающей промышленности в некоторых менее богатых странах, например, в серебро шахты рядом Потоси, Боливия. Карбидные лампы все еще используются некоторыми спелеологи исследуя пещеры и другие подземные области,[17] хотя они все чаще заменяются в этом использовании ВЕЛ огни.

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

Другое использование

Карбид кальция иногда используется как источник газообразного ацетилена, который является агент созревания похожий на этилен.[19] Однако в некоторых странах это незаконно, поскольку при производстве ацетилена из карбида кальция загрязнение часто приводит к образованию следов фосфин и арсин.[20][21] Эти примеси можно удалить, пропустив ацетиленовый газ через подкисленный сульфат меди решение, но в развивающихся странах этой мерой предосторожности часто пренебрегают.

Карбид кальция используется в игрушечных пушках, таких как Пушка Большого Взрыва, а также в бамбуковые пушки. В Нидерландах карбид кальция используется ближе к новому году для стрельбы из маслобойки.[22]

Карбид кальция вместе с фосфид кальция, используется в плавучих самовоспламеняющихся морских сигнальные ракеты, например, производимые 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 с выделением ацетилена, давление которого можно измерить для определения содержания влаги.[23][24]

Рекомендации

  1. ^ Массалимов, И. А .; Киреева, М. С .; Сангалов, Ю. А. (2002). «Структура и свойства механоактивированного пероксида бария». Неорганические материалы. 38 (4): 363. Дои:10.1023 / А: 1015105922260. S2CID  91881752.
  2. ^ Информация о рейтинге опасности NFPA для обычных химических веществ. Северо-Восточный университет
  3. ^ Патнаик, Прадёт (2003). Справочник неорганических химических соединений. Макгроу-Хилл. ISBN  0-07-049439-8.
  4. ^ Винколи, Джеффри Уэйн (25 ноября 1996 г.). Управление рисками для опасных химических веществ. CRC Press. п. 429. ISBN  978-1-56670-200-3.
  5. ^ а б c d Гринвуд, Норман Н.; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн. п. 298. ISBN  978-0-08-037941-8.
  6. ^ Рассчитано на основе данных в CRC Справочник по химии и физике.
  7. ^ а б Карбид кальция, Бернхард Лангхаммер, Энциклопедия промышленной химии Ульмана, Wiley Interscience. (Требуется подписка)
  8. ^ Фриман, Гораций (1919). «Производство цианамида». Химические новости и журнал физических наук. 117: 232.
  9. ^ Морхед, Дж. Т. и де Шалмот, Г. (1896). «Производство карбида кальция». Журнал Американского химического общества. 18 (4): 311–331. Дои:10.1021 / ja02090a001.CS1 maint: несколько имен: список авторов (связь)
  10. ^ Муассан, Х. (1892). "Chimie Minérale - Description d'un nouveau four électrique". Comptes rendus hebdomadaires des séances de l'Académie des Sciences. 115: 1031.
  11. ^ Ренуф, Эдвард (1899). «Использование ацетилена». Ежемесячный научно-популярный журнал: 335–347.
  12. ^ "Zgrada Prve hidrocentrale na Balkanu - Komisija za očuvanje nacionalnih spomenika". old.kons.gov.ba (на сербохорватском). КОНС. Получено 15 марта 2019.
  13. ^ а б Гринвуд, Норман Н.; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн. ISBN  978-0-08-037941-8.
  14. ^ Дун, Я (23.01.2006). «Неприятности в индустрии ПВХ». Совет по развитию торговли Гонконга. Архивировано 28 декабря 2007 года.CS1 maint: BOT: статус исходного URL-адреса неизвестен (связь)
  15. ^ «Правительство принимает меры по сдерживанию развития карбида кальция». China Daily через BusyTrade.com. 2007-05-16. Архивировано 11 февраля 2007 года.CS1 maint: BOT: статус исходного URL-адреса неизвестен (связь)
  16. ^ Лаксон, Джейми; Шлаг, Стефан; Токи, Горо (декабрь 2004 г.). «Карбид кальция». НИИ Консалтинг.
  17. ^ «Спелеологическое снаряжение и культура (из энциклопедии Новой Зеландии Те Ара)».
  18. ^ Клеммер, Грегг (1987). Карбидные лампы американских горняков: руководство для коллекционеров по освещению американских карбидных шахт. Публикации Westernlore.
  19. ^ Абелес, Ф. Б. и Гахаган, Х. Э. III (1968). «Поглощение: роль этилена, аналогов этилена, двуокиси углерода и кислорода». Plant Physiol. 43 (8): 1255–1258. Дои:10.1104 / стр.43.8.1255. ЧВК  1087003. PMID  16656908.CS1 maint: несколько имен: список авторов (связь)
  20. ^ "Ставка на это. Ваше манго созревает с использованием карбида". ДНК. 2013-05-18. Получено 2018-08-25.
  21. ^ «Употребление в пищу искусственно созревших фруктов вредно».
  22. ^ "Carbidschieten wordt feest" (на голландском). Алгемин Дагблад. 2016-12-24.
  23. ^ Сингх, Рандхир. «Определение содержания воды в почве - метод карбида кальция». Портал гражданского строительства. Получено 7 сентября 2020.
  24. ^ ASTM International. «ASTM D4944-18, Стандартный метод испытаний для определения содержания воды (влаги) в почве в полевых условиях с помощью измерителя давления газа карбида кальция». ASTM International. Получено 7 сентября 2020.

внешняя ссылка