В нашей статье мы собрали для Вас подробное описание и все основные свойства карбида кальция. Вы узнаете, как получить его, а также где и для чего он применяется в промышленности.
- Что такое карбид
- Внешний вид и характеристики технического карбида кальция
- Химические свойства
- Физические свойства
- Состав и виды карбидов
- Получение карбида кальция
- Гидролиз или карбид кальция плюс вода
- Количество воды, необходимое для реакции с карбидом кальция
- Параметры, влияющие на скорость реакции с водой
- Карбид кальция плюс азот
- Карбид кальция плюс водород
- Хранение карбида кальция
- Техника безопасности
- Область применения
- Применение при сварочных работах
- Как это может быть полезно в жизни
- Транспортировка и хранение
Что такое карбид
Как химическое соединение он представляет собой сочетание металла либо неметалла и углерода – тугоплавкое, прочное и инертное (в основном) вещество. Разные виды этого вещества нужны в промышленности, химической и энергетической отраслях, они выполняют функции конструкционных, сопутствующих и отделочных материалов.
С практической точки зрения особенно среди них выделяется карбид кальция.
Внешний вид и характеристики технического карбида кальция
В основе соединения – металл, но металлические свойства не присущи этому веществу. Выглядит он как порошок или отдельные камни бледно-серого цвета со включениями более тёмно-серых оттенков.
Имеются также прожилки чёрного цвета, вызванные присутствием угля и сопутствующих веществ, попадающих в камни при производстве. Это – прокаливание оксида кальция и кокса в электрической печи.
В отличие от него чистый карбид выглядит рассыпчатым желтовато-белым порошком. Сравнение показывает: техническое вещество имеет много примесей, что подтверждается запахом.
Химические свойства
Химическая формула основного компонента – СаС2, карбид кальция. Неприятный запах и необходимость в температуре прокаливания при 1900-1950°С не влияют на его применение, более важны его полезные свойства:
- высокая склонность к разложению при наличии воды, значительная впитываемость влаги;
- нейтральность к воздуху, металлам и кислотам при отсутствии воды, реакция начинается только при нагреве;
- образование значительного количества горючего ацетилена при разложении;
- возможность реагирования при нагреве с хлором, мышьяком, азотом и фосфором.
Мелкие частицы негативно влияют на слизистые оболочки, вызывая раздражение и даже ожоги. В работе рекомендуется применять СИЗ органов дыхания и зрения.
Физические свойства
Карбид кальция отличается резким уникальным запахом, схожим с чесночным. Имеет следующие основные физические свойства:
- цвет – гамма между серым и коричневым;
- структура вещества – кристаллическая, поверхность твёрдая;
- плотность – около 230 гр/см3;
- температура плавления – в интервале 1600-2000°С, сильно варьируется из-за химического состава.
Читайте также — Вертикальный шов электродуговой сваркой
Состав и виды карбидов
Есть целое семейство соединений углерода с металлами. Чаще других встречаются и применяются варианты на основе кальция, железа, хрома, вольфрама, циркония, гафния, титана. Все они интересны прочной кристаллической решёткой, которая обеспечивает механическую и химическую устойчивость.
Усреднённый химический состав карбида, задействуемого для сварки и резки, включает в себя такие компоненты:
- СаС2, карбид кальция (72%);
- СаО, известь (17%);
- MgO, оксид магния (0,4%);
- Fe2O2 + Al2O2, оксиды железа и алюминия (2,5%);
- SiO2, оксид кремния (2%);
- S, сера (0,5%)
- С, углерод (1%);
- прочие примеси.
Процентное содержание приведено на индикативном уровне. При добавлении Н2О состав начинает резко меняться, что приводит к серии химических реакций и выделению теплоты.
Получение карбида кальция
Основная масса карбида кальция производится в электропечи:
- обожжённая известь подаётся с антрацитом или коксом в печь;
- создаётся температура до 2350°С;
- поданная шихта плавится, в ходе чего образуются угарный газ и целевой карбид.
Продукт разливается в изложницы, после отвердевания куски подвергаются дроблению. На реализацию передаются фракции размером в интервале 0,2-10 см. Меньшие частицы считаются неустойчивыми и возвращаются на переплавку.
Гидролиз или карбид кальция плюс вода
При гидролизе карбида кальция образуется ценный ацетилен, также на выходе имеется гашеная известь:
Газ широко применяется для газовой резки металлов и газовой сварки, что обусловлено его горючестью. Образование ацетилена возможно повсеместно – из-за высокой активности СаС2 к любой воде, даже самой чистой и в небольшом количестве.
Реакция – экзотермическая, выделение теплоты – бурное, даже взрывное. Подробно проходжение процесса смотрите на видео ниже.
Количество воды, необходимое для реакции с карбидом кальция
Взаимодействие карбида кальция с водой возможно регулировать с помощью количества воды.
Реакция рассчитывается из количества в 1 кг. Его полное разложение приводит к образованию около 1127 грамм извести (гидрат окиси кальция) и 284 грамм ацетилена. Для определения количества воды принимаются следующие допущения:
- температура жидкости при подаче на кристаллы – 15-20°С;
- подогрев или охлаждение отсутствуют, температура внутри генератора – 55-65°С.
Суть расчётов сводится к определению теплового баланса – когда количество теплоты в замкнутой системе зависит от происходящих физических и химических процессов и одновременно их вызывает. В генераторе образование тепла связано со следующим:
- подогрев известью до 60-65°С;
- теплоёмкость гидроксида кальция;
- теплоёмкость генерируемого ацетилена;
- тепло, расходуемое на нагрев и испарение присутствующей воды;
- тепловые потери – выход энергии наружу и подогрев корпуса генератора.
Сумма этих отдельных значений равна количеству тепла при разложении кристаллов вещества – около 400 ккал/кг.
Расчётным путём получается масса воды от 562 грамм.
Параметры, влияющие на скорость реакции с водой
Известное с детства «карбид кальция плюс вода» — не просто опасная, но и сложная химическая реакция. Её протекание зависит от следующего:
- размер фракции: более высокая скорость реакции будет при небольших кусках вещества;
- температура подаваемой воды: чем горячее жидкость, тем больше набирает обороты химический процесс;
- содержание гашеной извести: если её слишком много, реагирование замедлится;
- движение воды и перемешивание: качественно влияет на равномерность и быстроту разложения;
- отвод газа: избыток ацетилена тормозит реакцию.
Важно: добавлять воду в мелкий порошок не рекомендуется. Это приведет к взрывному протеканию процесса – из-за почти мгновенного реагирования и отсутствия путей отвода образующегося тепла.
Полезная статья — poxipol холодная сварка
Карбид кальция плюс азот
Реакция «карбид плюс азот», протекающая при 1000-1050°С, приводит к получению цианамида кальция:
Это вещество задействуется как прекурсор для различных цианидов и как удобрение.
Карбид кальция плюс водород
При температуре более 2200-2250°С реагирование карбида с водородом будет происходить с выходом металлического кальция и того же ацетилена.
Хранение карбида кальция
Наиболее опасно взаимодействие карбида кальция с водой – оно приводит к мгновенному и взрывоопасному разложению с образованием горючего ацетилена. Из-за этого хранение и транспортировку соединения требуется осуществлять по специальным мерам и с большим вниманием.
Основная форма поставки – металлическая бочка-барабан. После вскрытия допускается размещение камней любой фракции в плотно закрываемые металлические емкости.
Чему нужно уделить особое внимание.
- хранение следует организовать в закрываемом сухом помещении;
- склад следует подбирать без обустроенных трубопроводов (водоснабжение, канализация) и работающего газового оборудования;
- важно избегать расположения карбида возле источников тепла и прочих химических реагентов;
- вскрытие и открывание металлической ёмкости важно проводить без спешки и сильных ударов;
- рекомендуется использовать специальный нож или другие средства, не образующие искр;
- оставлять карбид под открытым небом запрещено.
Химическая реакция карбида кальция с водой несёт опасность для здоровья – поэтому её важно всячески избегать, если она происходит не в специальном генераторе.
Полезная статья — Что такое силумин
Техника безопасности
Карбид кальция и ацетилен являются опасными веществами, они имеют важное значение для техники – но требуют ответственного отношения к себе. Основные моменты, на которые следует обращать внимание:
- подготовка работы и фактическое ей проведение не должны выполняться при наличии открытого огня, курить возле карбида и тем более емкостей с ацетиленом запрещено;
- не допускается возле бочки с карбидом и отдельных его объёмов работа электроинструмента, сваривание и резание металла – как источники искр;
- брать в работу следует куски вещества размером не менее 2-3 мм;
- обязательно применение СИЗ: очки, респиратор, перчатки, одежда с длинными рукавами и закрытая обувь способны сохранить здоровье;
- работу следует проводить при включённой системе вентиляции – ацетилен обладает высокой летучестью, а в определенной концентрации взрывоопасен;
- при появлении на коже, в глазах или на слизистых карбидной пыли и отдельных частиц следует сразу же остановить работу и промыть тело большим объёмом тёплой и чистой воды, сняв перед этим сами куски тканью или пинцетом.
Генераторы для преобразования карбидного сырья в ацетилен следует приобретать в специализированных магазинах – самодельные конструкции не являются безопасными. Их запрещено применять в помещениях жилых и подвальных.
Перед подачей расходных материалов оборудование необходимо осмотреть на предмет целостности корпуса, запорной арматуры и измерительных инструментов.
При работе важно периодически контролировать показания манометра. Открытие бака с внутренним давлением запрещено. Следует дождаться завершения реакции, после чего – утилизировать известь.
А вы знаете какой расход электродов на 1 тонну металлоконструкций?
Область применения
Карбид кальция интересен для многих сфер производства:
- машиностроение, радиопромышленность;
- промышленный синтез новых веществ (от удобрений до прекурсоров более сложных соединений) и материалов (к примеру, каучуки);
- обработка щелочных металлов.
Но основное значение карбид представляет для сварки. Для технических работ большое значение имеют горючие газы и методы их генерирования. В частности, получение ацетилена из карбида кальция в водном генераторе – это достаточно практичный способ. Для сравнения: лабораторный метод требует исключительных условий и «работает» с чистыми веществами, что на практике зачастую затруднительно.
Применение при сварочных работах
Карбид в сварке и газовой резке нужен для получения ценного ацетилена – газа, обеспечивающего при сгорании значительное количество теплоты. При теплотворной способности он сопоставим с другими углеводородными газами, но в отличие от остальных легко генерируется прямо на строительной площадке.
Последнее обстоятельство – ключевое: доставка горючих газов опасна и требует специального транспорта. Для создания летучего газа прямо перед работой потребуется следующее:
- в специальный генератор помещается карбид кальция;
- туда же заливается и вода;
- в ходе химической реакции взаимодействия образуются ацетилен (от 280 литров из каждого килограмма карбида), известь и много тепла.
Осадок подлежит утилизации, а газ с температурой горения около 3100°С задействуется для резки и сварки разных сплавов.
Как это может быть полезно в жизни
Гидролиз карбида кальция – универсальный процесс, который будет полезен для сварочных работ:
- на строительной площадке – при возведении жилого или хозяйственного здания;
- при строительстве забора или производстве металлоконструкции на даче;
- в гараже и профессиональной ремонтной мастерской.
Главная задача при этом – обезопасить себя и находящихся рядом людей.
Полезная статья — Выбор режима сварки
Транспортировка и хранение
Расфасовка карбида производится в металлические бочки и емкости. Переносить и перевозить их следует без излишней тряски и без взаимного столкновения – это чревато взрывом.
Используемый для транспортировки грузовик должен быть закрытым и оснащённым средствами для улавливания искр. Транспорт и оснастка применяются только в исправном состоянии.
При дальности перемещения до 5 м допускается перекатывание, включая наклонное и лежачее положение бочки. Для остальных случаев рекомендуется применение тележки.
Для каждого лица, имеющего отношение к транспортировке, следует провести инструктаж по технике безопасности.
При гидролизе карбида кальция образуется горючий и взрывоопасный газ – следует избегать попадания воды и влаги на емкости с карбидом. Узнать о содержимом емкости можно по наименованию, обязательно размещаемому на упаковке.
На маркировке помимо названия также указывается срок годности. Обычно он составляет до 6 месяцев.
Если у Вас остались вопросы, задайте их нашим экспертам в комментариях.