Получение карбида кальция из карбоната кальция уравнение реакции

Видео:Карбид кальция и ацетилен - что это такое?Скачать

Способ получения карбида кальция

Изобретение предназначено для химической промышленности и может быть использовано при получении ацетилена и выплавке стали. Коксозольный остаток термической переработки окисленных бурых углей состава, маc.%: CaO — 47,5, C — 35,4, Fe₂O₃ — 6,6, SiO₂ — 5,0, Mg — 3,3, Al₂O₃ — 1,6, S — 0,1, остальное — 0,5 смешивают с 12,9 — 28,3% от массы смеси карбоната кальция в виде известняка, подвергают высокотемпературной плавке при 2000-2100 o С, охлаждают, разделяют CaC₂ и ферросилиций. Способ не требует дорогостоящих продуктов, литраж CaC₂ 275-285 л/кг, содержание ферросилиция 0,1-0,2 мас.%. 1 з.п.ф-лы.

Изобретение относится к химической технологии, в частности к получению карбида кальция.

Известен способ получения карбида кальция /Кузнецов Л.А. Производство карбида кальция. М., 1954, с. 32, 33/, включающий плавление шихты, состоящей из извести и углерода, при этом к свежей извести добавляют до 30% термически переработанного отхода производства — шлама «сухих» ацетиленовых генераторов, являющегося источником оксида кальция, кремния и железа, что снижает себестоимость карбида кальция и улучшает экологическую обстановку, так как часть вредных отходов, идущих на свалки, перерабатывается.

Недостатком известного способа является использование дорогостоящих продуктов /металлургического кокса, антрацита, обожженной извести/ в составе основной шихты /70%/, а также затраты антрацита, электроэнергии, пара при термопереработке шлама.

Известен способ получения карбида кальция /авторское свидетельство СССР N 664476, C 01 B 31/32, кл. C 01 B, 1976/, путем электротермической плавки извести и углеродистого восстановителя с периодической подачей корректирующего материала, в качестве которого используют коксозольный остаток термической переработки карбонатсодержащих горючих сланцев в количестве до 10% от веса шихты, при этом коксозольный остаток является источником оксидов кальция /24,0 — 31,0%/, кремния /14 — 20%/, железа /2,3 — 3,5%/ и углеродистого восстановителя /16 — 18%/.

Это снижает себестоимость карбида кальция, повышает содержание основного вещества в продукте и позволяет использовать отходы производства /коксозольный остаток/.

Недостатком известного способа является расход дорогостоящих продуктов /электродного графита, обожженной извести/ в основной части шихты /90 — 99%/.

Известен способ получения карбида кальция /авторское свидетельство СССР N 1168508, кл. C 01 B 31/32, 1983/, включающий плавление шихты, состоящей из извести и углерода, охлаждение плава и разделение продуктов реакции — карбида кальция и ферросилиция, при этом плавление шихты ведут в присутствии известняка или сланцевого кокса зольного в количестве 12,9 — 28,3% от массы шихты. Для корректировки соотношения кремния к железу в шихте вводят недостающее количество железа в виде стружки, обеспечивающее весовое соотношение кремния к железу 1: 2, получая при этом карбид кальция со знаком качества /литраж ацетилена — до 300 л/кг карбида/.

Недостатком известного способа является использование дорогостоящих продуктов в основном составе шихты /извести и углеродистого материала/.

В основу изобретения положена задача получения карбида кальция с использованием отходов угледобывающей промышленности в основном составе шихты, что снижает себестоимость карбида кальция и улучшает экологическую обстановку за счет переработки отвалов.

Поставленная задача решается тем, что в способе получения карбида кальция, включающем плавление шихты из материала, содержащего оксиды кальция, кремния, железа и углерод, охлаждение плава и разделение продуктов реакции — карбида кальция и ферросилиция, при этом плавление шихты ведут в присутствии известняка в количестве 12,9 — 28,3% от массы шихты, согласно изобретению в качестве указанного материала используют отходы угледобычи, в частности коксозольный остаток термической переработки окисленных бурых углей состава, мас.%: окись кальция 47,5; углерод 35,4; окись железа 6,6; окись кремния 5,0; окись магния 3,3; окись алюминия 1,6; сера 0,1; фосфор — следы, остальное 0,5.

Использование отходов угледобычи — коксозольного остатка термической переработки окисленных бурых углей с усредненным составом, приведенным выше, позволяет снизить себестоимость карбида кальция, так как эти отходы перевозят в отвалы, занимая при этом пахотные земли. В настоящее время под отвалами только в Канско-ачинском угольном бассейне находится 6000 га пахотных земель, дающих до этого урожай зерновых по 25 ц с гектара /Гаврилин К.В., А.Ю. Озерский. Канско-ачинский угольный бассейн. М.: Недра, 1996, с. 93, 152, 154/, при этом сырьевая база только по Березовскому разрезу Кабасса составляет 1 млрд. тонн забалансовых углей с высоким содержанием окиси кальция в коксозольном остатке /до 50%/.

Получение карбида кальция из отходов угледобычи снижает его себестоимость на 30%, так как сырьевая составляющая себестоимости составляет до 1/3 стоимости карбида кальция (Производство карбида кальция в СССР и за рубежом. Серия «Производство фосфора и карбида кальция». -М.: НИИТЭХИМ, 1973).

При этом термическая переработка отходов не требует дорогостоящих продуктов /антрацита, пара, электроэнергии/, так как коксозольный остаток термической переработки окисленных бурых углей является продуктом неполного их сгорания с использованием тепловой энергии этого процесса.

Готовят шихту из коксозольного остатка термической переработки окисленных бурых углей состава, мас.%: окись кальция 47,5; углерод 35,4; окись железа 6,6; окись кремния 5,0; окись магния 3,3; окись алюминия 1,6; сера 0,1; остальное 0,5; /фосфора — следы/. Весовое соотношение кремния к железу в шихте равно 1:2. Средняя крупность частиц шихты 2 — 3 мм. Полученную шихту подвергают высокотемпературной плавке в графитовом тигле при 2000 — 2100 o C в течение 15 мин, затем плав охлаждают до комнатной температуры. Образующийся плав состоит из 96,5 мас.ч. карбида кальция /содержащего 75% CaC₂/ и 3,5 мас.ч. ферросилиция в виде самостоятельных несмешивающихся фаз. Литраж карбида кальция составляет 275 л/кг. Содержание ферросилиция в карбиде кальция составляет 3,4%.

Готовят шихты из коксозольного остатка термической переработки окисленных бурых углей /такого же состава, как в примере 1/ и вводят карбонат кальция в виде известняка /содержащего 96 — 98% CaCO₃/ в количестве 12,9% от массы шихты. Крупность частиц смешиваемых компонентов 2 — 3 мм. Полученную шихту подвергают высокотемпературной плавке при 2000 — 2100 o C в течение 15 минут, затем плав охлаждают до комнатной температуры и разделяют продукты плавки. После разделения фаз образуется 93,3 мас.ч. карбида кальция и 6,7 мас. ч. ферросилиция. Литраж полученного карбида составляет 284 л/кг, при содержании в нем ферросилиция 0,2%.

Готовят шихту из коксозольного остатка термической переработки окисленных бурых углей /такого же состава, как в примере 1/ и вводят карбонат кальция в виде известняка /содержащего CaCO₃ 96 — 98%/ в количестве 28,3% от массы шихты. Крупность частиц смешиваемых компонентов 2 — 3 мм. Полученную шихту подвергают высокотемпературной плавке при 2000 — 2100 o C в течение 15 минут, затем плав охлаждают до комнатной температуры и разделяют продукты плавки. После разделения фаз образуется 93,2 мас.ч. карбида кальция и 6,8 мас. ч. ферросилиция. Литраж полученного карбида составляет 285 л/кг, при содержании в нем ферросилиция 0,1%.

Применение предлагаемого способа позволяет получить карбид высокого качества из отходов угледобычи, идущих в отвал. Ферросилиций также используется для раскисления сталей в черной металлургии. Наличие незначительных количеств серы и следов фосфора позволяет использовать промышленные печи для получения карбида этим способом, а неограниченная сырьевая база /17% от всего добываемого открытым способом бурого угля/ предполагает возможность крупнотоннажного производства, что исключает рост отвалов, так как отходы угледобычи могут перерабатываться в ценный продукт, себестоимость которого в настоящее время оценивается в 500 долларов за тонну и его не хватает.

1. Способ получения карбида кальция, включающий плавление шихты из материала, содержащего оксиды кальция, кремния, железа и углерод, охлаждение плава и разделение продуктов реакции — карбида кальция и ферросилиция, при этом плавление ведут в присутствии карбоната кальция в виде известняка в количестве 12,9 — 28,3% от массы шихты, отличающийся тем, что в качестве указанного материала используют коксозольный остаток термической переработки окисленных бурых углей.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что коксозольный остаток термической переработки окисленных бурых углей имеет следующий состав, мас.%: Окись кальция — 47,5 Углерод — 35,4 Окись железа — 6,6 Окись кремния — 5,0 Окись магния — 3,3 Окись алюминия — 1,6 Сера — 0,1 Остальное — 0,5

Видео:Получение АЦЕТИЛЕНА. Получение КАРБИДА КАЛЬЦИЯ. Реакция КАРБИДА КАЛЬЦИЯ и ВОДЫ. Опыты по химии дома.Скачать

Карбид кальция: свойства и применение. Получение ацетилена

Карбиды – это группа неорганических соединений углерода с металлами, а также с кремнием или бором (поскольку эти элементы проявляют металлические свойства). Карбид кальция – одно из наиболее востребованных веществ этой группы. О свойствах и применении соединения читайте ниже.

Видео:Опыты по химии. Разложение карбоната кальция при нагреванииСкачать

История получения

Карбид кальция – соединение, получившее широкое применение в современной промышленности. В 1862 году немецкий химик Фридрих Велер впервые синтезировал молекулу этого вещества. Получение карбида кальция он осуществил следующим образом. Ученый приготовил расплав кальция с цинком, а затем нагрел его с углем. В результате получился карбид. Химическая формула соединения – CaC₂. Промышленный способ получения карбида предложил ученый Муассан в 1892 году. Другие названия вещества – ацетиленид кальция, или углеродистый кальций. Кристаллическая решетка соединения выглядит следующим образом:

Видео:Реакция оксида кальция с водой | CaO + H2O = Ca(OH)2Скачать

Физические свойства

По своим физическим свойствам карбид кальция является кристаллическим веществом с температурой плавления 2300 о С. Эта цифра является справедливой лишь для чистого соединения. Карбид, содержащий примеси, может иметь другие показатели температуры плавления. Основное агрегатное состояние вещества – твердое, а цвет варьирует от серого до коричневого.

Видео:7 ПРОСТЫХ ХИМИЧЕСКИХ ОПЫТОВ!Скачать

Химические свойства

Карбид кальция хорошо впитывает воду. Этот процесс сопровождается химической реакцией разложения. Важно, что карбидная пыль обладает раздражающим действием на слизистые оболочки, кожу и органы дыхания. Поэтому во время работы с соединением необходимо использовать противогазы либо противопылевые респираторы. С кислородом карбид кальция взаимодействует при высокой температуре с образованием карбоната кальция. Реакция с азотом приводит к синтезу цианамида кальция. Также при высоких температурах карбид кальция вступает в реакции соединения с хлором, фосфором, мышьяком. Но все-таки одним из важнейших свойств соединения считается разложение водой.

Видео:Взаимодействие карбоната кальция с соляной кислотой I ЕГЭ по химииСкачать

Получение

Производство карбида кальция заключается в следующем. Негашеную известь и предварительно измельченный кокс смешивают. Полученную смесь подвергают расплавлению в электрических печах. Кокс и оксид кальция берутся в равных по массе частях. Процесс происходит при температуре 1900 о С. Расплав выходит из печи и в дальнейшем разливается по специальным формам. Затем уже затвердевший карбид кальция дробят и сортируют по размеру кусков. Гранулы вещества разделяются на четыре фракции в соответствии с их размерами: 25×80, 15×25, 8×15, 2×8, которые определяются ГОСТом 1460-56. По своему составу технический карбид кальция содержит 75-80% основного вещества. На долю примесей, таких, как углерод, известь и других, приходится до 25% от общей массы полученной смеси. Кроме того, содержащийся в техническом карбиде сульфид и фосфид кальция обусловливают довольно неприятный его запах. Представим реакцию получения СаС₂: СаО + 3С → СаС₂ + СО↑. Образование ацетиленида кальция сопровождается поглощением тепла. Поэтому логично предположить, что реакция его разложения, напротив, идет с выделением энергии.

Видео:Получение Карбоната Кальция - чистого мела. CaCO3.Скачать

Транспортировка и хранение

По причине того, что влага моментально разлагает карбид с выделением большого количества тепла и образованием взрывоопасного газа ацетилена, хранить вещество необходимо в герметично закупоренных барабанах или бидонах. Следует помнить, что ацетилен легче воздуха и способен скапливаться в верхних зонах помещения. Этот газ, помимо наркотического действия, обладает способностью к самовоспламенению. Поэтому использовать карбид кальция необходимо с большой осторожностью. Расфасовке на производстве уделяется особое внимание. Готовое вещество помещается в специальные барабаны (тара, напоминающая консервные банки). Такая упаковка требует аккуратного вскрытия. При этом должен использоваться инструмент, не приводящий к образованию искр (молоток или специальный нож). В случае попадания карбида на кожу или слизистые оболочки необходимо немедленно промыть пораженный участок водой и обработать место вазелином или жирным кремом. Транспортировка соединения осуществляется с использованием только крытых видов транспорта. Воздушная доставка карбида запрещена. Помещения, где хранится СаС₂, должны быть хорошо проветриваемыми. Также не разрешается хранить карбид совместно с другими химическими веществами. Это может привести к нежелательным, а, возможно, и опасным, реакциям. Срок хранения карбида составляет полгода.

Видео:Опыты по химии. Превращение гидрокарбоната кальция в карбонат кипячениемСкачать

Применение

Область применения карбида кальция чрезвычайно широка. В первую очередь это промышленный синтез. Карбид кальция используется для производства синтетического каучука, уксусной кислоты, ацетона, этилена, винилхлорида, стирола. Также он находит применение в получении цианамида кальция. Это вещество ценно своим использованием в синтезе различных удобрений и цианистых веществ. В сельском хозяйстве любому агроному известно такое название, как карбидно-карбамидный регулятор. Он применяется для регуляции роста растений. А для его получения также используется карбид кальция. Кроме того, это соединение находит применение в процессе производства цианамида кальция. Эта реакция основана на нагревании карбида кальция с азотом. Восстановление щелочных металлов также не обходится без применения описываемого нами вещества. Карбид кальция применяется и в процессе газосварки. Например, широко используются карбидные лампы. Принцип их работы основан на взаимодействии в специальной емкости карбида с водой и сгорании на выходе из аппарата конечного вещества реакции – ацетилена. Посмотрите на фото карбидной лампы.

Видео:Карбид кальция или карбид алюминия?!Скачать

Производство ацетилена

Одной из важнейших областей применения карбида кальция является его использование в получении ацетилена. Заслуга в открытии этого способа также принадлежит немецкому ученому-химику Фридриху Велеру. В основе этого промышленного процесса лежит реакция разложения карбида под воздействием воды. СаС_{2 +} 2 Н₂О → С₂Н₂ + Са(ОН)₂↓. На выходе образуется газ ацетилен и гашеная известь, выпадающая в осадок. Процесс сопровождается выделением большого количества тепла. Объем газа на выходе зависит от того, насколько чистый используется для реакции карбид кальция. Ацетилен, образующийся в результате, может иметь различный объем – 1 кг исходного вещества может дать от 235 до 290 литров газа. Что касается скорости протекания реакции, то она зависит как от малого процента примесей в карбиде кальция, так и от температуры воды, а также ее чистоты. Если рассматривать теоретическую реакцию производства ацетилена из карбида, то в ней на 1 кг карбида достаточно 560 мл воды. Однако на практике объем воды для проведения реакции увеличивается. На 1 кг карбида кальция в условиях промышленного синтеза требуется от 5 до 20 литров воды. Такое количество необходимо для того, чтобы ацетилен лучше охлаждался, а также для обеспечения оптимальной безопасности при работе. Ниже изображен немецкий химик Фридрих Велер.

Видео:Реакция CaC2 с водой и образование ацетиленидовСкачать

Лабораторный опыт получения ацетилена

Многим из школьных уроков химии знакома реакция взаимодействия карбида с водой. Обычно этот опыт позволяет продемонстрировать реакцию получения ацетилена, а также физические и химические его свойства. Процесс выделения газа при этом происходит достаточно бурно, поэтому трубка, отводящая ацетилен из колбы с действующими веществами, помещается в чашу с водой. Это обеспечивает менее активное и стремительное движение газа. Кроме того, в лабораторных условиях можно использовать и другой способ, чтобы сделать не слишком бурной реакцию разложения такого соединения, как карбид. Ацетилен при этом идет равномерно и спокойно. Для этого вместо воды необходимо взять насыщенный раствор поваренной соли. Также в лаборатории при проведении этой реакции следует осторожно добавлять воду в карбид, помещенный в объемную колбу, а не наоборот.

Видео:Карбонат натрия из пищевой содыСкачать

Карбид кальция (CaC2): структура, свойства, производство, применение

Карбид кальция (CaC2): структура, свойства, производство, применение — Наука

Видео:3.2. Алкины: Способы полученияСкачать

Содержание:

В карбид кальция Это неорганическое соединение, образованное элементами кальция (Ca) и углерода (C). Его химическая формула — CaC₂. Это твердое вещество, которое может быть от бесцветного до желтоватого или серовато-белого и даже черного в зависимости от содержащихся в нем примесей.

Одна из его наиболее важных химических реакций CaC₂ что происходит с водой H₂Или, в котором образуется ацетилен HC≡CH. По этой причине его используют для получения ацетилена промышленным способом. Из-за такой же реакции с водой он используется для созревания фруктов, в ложных орудиях и военно-морских ракетах.

Реакция CaC₂ с водой также образует полезный ил для приготовления клинкера (компонента цемента), который производит меньше диоксида углерода (CO₂) по сравнению с традиционным методом производства цемента.

С азотом (N₂) карбид кальция образует цианамид кальция, который используется в качестве удобрения. ЦК₂ он также используется для удаления серы из некоторых металлических сплавов.

Некоторое время назад ЦК₂ Он использовался в так называемых карбидных лампах, но они уже не очень распространены, потому что они опасны.

Видео:🔥 Получил МЕТАЛЛ из СОДЫ. Старинный способ ДОБЫЧИ НАТРИЯ.Скачать

Состав

Карбид кальция — это ионное соединение, состоящее из иона кальция Ca 2+ и карбид- или ацетилид-ион C₂ 2- . Карбид-ион состоит из двух атомов углерода, соединенных тройной связью.

Кристаллическая структура CaC₂ происходит от кубической (как хлорид натрия NaCl), но как ион C₂ 2- при удлинении структура искажается и становится тетрагональной.

Видео:Расчет выхода продукта от теоретически возможного. 10 класс.Скачать

Номенклатура

• Карбид кальция
• Карбид кальция
• Ацетилид кальция

Видео:Химия Заново 4. Ракушки, мрамор, карбонат кальция.Скачать

Свойства

Видео:Как ЛЕГКО понять Химию с нуля — Массовая доля вещества // ХимияСкачать

Физическое состояние

Кристаллическое твердое вещество, которое в чистом виде бесцветно, но если оно загрязнено другими соединениями, оно может быть желтовато-белым или от сероватого до черного.

Видео:8 класс. Массовая доля растворенного вещества. Решение задач.Скачать

Молекулярный вес

Видео:Химия ЦТ | Задачи по термохимическим уравнениямСкачать

Температура плавления

Видео:¥ Жидкое стекло с известью.Скачать

Точка кипения

ЦК₂ кипит при 2300ºC с разложением. Точку кипения необходимо измерять в инертной атмосфере, то есть без кислорода и влаги.

Видео:Карбонат кальцияСкачать

Плотность

Химические свойства

Карбид кальция реагирует с водой с образованием ацетилена HC≡CH и гидроксида кальция Ca (OH).₂:

Ацетилен легко воспламеняется, поэтому CaC в присутствии влаги₂ он может быть легковоспламеняющимся. Однако когда он высохнет, это не так.

Карбид кальция реагирует с азотом N₂ с образованием цианамида кальция CaCN₂:

Получение

Карбид кальция производят промышленным способом в электродуговой печи из смеси карбоната кальция (CaCO₃) и углерод (C), который подвергается воздействию температуры 2000 ° C. Реакция резюмируется следующим образом:

CaO + 3 C → CaC₂ + CO ↑

В электродуговой печи электрическая дуга образуется между двумя графитовыми электродами, стойкими к высоким температурам. Получается карбид кальция с чистотой 80-85%.

Приложения

При производстве ацетилена

В промышленности реакция карбида кальция с водой используется для получения ацетилена C₂ЧАС₂.

Это наиболее важное применение карбида кальция. В некоторых странах высоко ценится ацетилен, так как он позволяет производить поливинилхлорид, который является разновидностью пластика. Кроме того, ацетилен используется для сварки при высоких температурах.

В сокращении выбросов CO₂

Остатки, полученные от получения ацетилена из CaC₂ (также называемый «осадок карбида кальция» или «остатки карбида кальция») используются для получения клинкера или бетона.

Грязь из карбида кальция имеет высокое содержание гидроксида кальция (Ca (OH)₂) (около 90%), немного карбоната кальция (CaCO₃) и имеет pH более 12.

По этим причинам он может реагировать с SiO.₂ или Al₂ИЛИ₃ образуя продукт, аналогичный продукту, полученному в процессе гидратации цемента.

Один из видов деятельности человека, который производит больше выбросов CO₂ это строительная отрасль. Сотрудничество₂ он образуется на востоке, чтобы отделиться от карбоната кальция во время реакции с образованием бетона.

Использование осадка карбида кальция для замены карбоната кальция (CaCO₃) было обнаружено, что снижает выбросы CO₂ на 39%.

При получении цианамида кальция

Карбид кальция также используется в промышленности для получения цианамида кальция CaCN.₂.

Цианамид кальция используется в качестве удобрения, потому что с почвенной водой он превращается в цианамид H2N = C = N, который обеспечивает растения азотом, важным для них питательным веществом.

В металлургической промышленности

Карбид кальция используется для удаления серы из таких сплавов, как ферроникель. CaC смешанный₂ со сплавом, расплавленным при 1550 ° С. Сера (S) реагирует с карбидом кальция с образованием сульфида кальция CaS и углерода C:

CaC₂ + S → 2 C + CaS

Удаление серы благоприятно, если смешивание является эффективным и содержание углерода в сплаве низкое. Сульфид кальция CaS плавает на поверхности расплавленного сплава, откуда его сливают и выбрасывают.

В различных применениях

Карбид кальция использовался для удаления серы из железа. Также как топливо при производстве стали и как мощный раскислитель.

Его используют для созревания фруктов. Ацетилен образуется из карбида кальция с водой, который способствует созреванию фруктов, таких как бананы.

Карбид кальция используется в манекенах, чтобы вызвать характерный для них громкий хлопок. Здесь также используется образование ацетилена, который взрывается искрой внутри устройства.

ЦК₂ он используется для генерации сигналов на море при самовоспламенении морских ракет.

Прекращенное использование

ЦК₂ он использовался в так называемых карбидных лампах. Их действие заключается в капании воды на карбид кальция с образованием ацетилена, который воспламеняется и, таким образом, дает свет.

Эти лампы использовались на угольных шахтах, но их использование было прекращено из-за наличия метана CH₄ в тех шахтах. Этот газ легко воспламеняется, и пламя карбидной лампы может воспламениться или взорваться.

Они широко использовались в сланцевых, медных и оловянных рудниках, а также в ранних автомобилях, мотоциклах и велосипедах в качестве фар или фар.

В настоящее время их заменяют электрические лампы или даже светодиодные лампы. Однако они по-прежнему используются в таких странах, как Боливия, на серебряных рудниках Потоси.

Риски

Карбид кальция CaC₂ в сухом виде он не горюч, но в присутствии влаги быстро образует ацетилен, которым и является.

Для тушения пожара в присутствии CaC₂ нельзя использовать воду, пену, углекислый газ или галогенные огнетушители. Следует использовать песок или гидроксид натрия или кальция.