Карбід кальцію (CaC₂), широко відомий яккарбідабоелектричний камінь, в основному виробляється промисловими процесами, що включають високотемпературні реакції.
1. Електродуговий метод (основний виробничий процес)
Принцип
За допомогою цього методувапняк (CaCO₃)Ікокс (вуглець)вступають в реакцію в електродуговій печі при температурі2000-2200 градусів. Реакція проходить у два етапи:
Розкладання вапняку:CaCO₃ΔCaO+CO₂↑
Відновлення кальцій оксиду вуглецем:CaO+3CEEелектрична дугаCaC₂+CO↑
процес
Підготовка сировини:
Вапняк(чистота більше або дорівнює 90%) подрібнюється до певного розміру частинок.
Кокс(з високим вмістом фіксованого вуглецю, низьким вмістом сірки) діє як відновник і провідник електрики.
Змішування:
У нього змішують вапняк і коксмасове співвідношення 1:3і подавали в піч.
Високотемпературна реакція:
Під дією електричного струму (200-400 В) утворюється дуга, що розігріває суміш до температури понад 2000 градусів.
Оксид кальцію реагує з вуглецем, утворюючи карбід кальцію та монооксид вуглецю (CO).
Обробка продукту:
Розплавлений карбід кальцію охолоджують у формах для формування твердих блоків.
Газ CO або вивільняється (з очищенням), або переробляється.
Переваги
Висока ефективність, придатна для великомасштабного виробництва (світове річне виробництво перевищує 100 мільйонів тонн).
Економічно вигідний для виробництва ацетилену в промислових масштабах.
недоліки
Надзвичайно енергоємний (~3000-4000 кВт/год на тонну CaC₂).
Потрібен кокс високої чистоти, і утворюються викиди CO.
2. Високотемпературне карботермічне відновлення (лабораторні або спеціалізовані процеси)
Принцип
Використання діоксиду кремнію (SiO₂) або алюмінію як відновника для отримання карбіду кальцію з оксиду кальцію:
CaO+3CHВисока температура CaC₂+CO↑
або
4CaO+Al₂O₃Висока температура 2CaC₂+2CaO\\cdotpAl₂O₃
процес
Прожарювання: Вапняк нагрівається для отримання оксиду кальцію (CaO).
Реакція: CaO смешивается с углеродом (или кремнием/алюминием) и нагревается в печи (>2000 градусів).
Очищення продукту: Охолоджений продукт подрібнюють і очищають для вивільнення CaC₂.
Переваги
Підходить для лабораторного синтезу або невеликого виробництва.
Дозволяє точно контролювати чистоту.
недоліки
Низька ефективність і висока вартість енергії обмежують промислове використання.
3. Альтернативні методи
(1) Карботермічне відновлення за допомогою діоксиду кремнію
Використовує SiO₂ як відновник: 2CaO+SiO₂+5CΔ2CaC₂+SiC+4CO↑.
Виробляє карбід кальцію та карбід кремнію (SiC) як побічний продукт.
(2) Електродна піч з джерелами газоподібного вуглецю
Експериментальний метод із використанням метану (CH₄) як джерела вуглецю: CaO+CH₄ΔCaC₂+2H₂↑
Досі досліджується через -технічні проблеми.
(3) Біоредукція (експериментальна)
Використовує мікроорганізми для відновлення CaCO₃ до CaC₂, але масштабованість обмежена.