碳化鈣
編輯碳化鈣又名乙炔化鈣,是一種化學式為CaC2的化合物。 它在工業上的主要用途是生產乙炔和氰氨化鈣。
純品無色,工業級電石塊呈灰色或褐色,含CaC2約80-85%(其余為CaO(氧化鈣)、Ca3P2(磷化鈣)、CaS(硫化鈣)、 Ca3N2(氮化鈣)、SiC(碳化硅)等)。 在存在微量水分的情況下,工業級碳化鈣會散發出讓人聯想到大蒜的難聞氣味。
電石的應用包括乙炔氣體的制造、碳化物燈中乙炔的產生、肥料化學品的制造以及煉鋼。
制作
編輯碳化錠是在電弧爐中在大約 2,200 °C (3,990 °F) 的條件下從石灰和焦炭的混合物中工業生產的。 這是一種吸熱反應,需要每摩爾 110 大卡 (460 kJ) 的熱量和高溫才能驅除一氧化碳。 這種方法自 1892 年發明以來就沒有改變過:
CaO + 3 C → CaC2 + CO
該反應所需的高溫實際上無法通過傳統燃燒實現,因此該反應在帶有石墨電極的電弧爐中進行。 生產的碳化物產品通常含有約 80% 重量的碳化鈣。 碳化物被粉碎成小塊,大小從幾毫米到 50 毫米不等。 雜質集中在較細的部分。 通過測量水解產生的乙炔量來分析產物的 CaC2 含量。 例如,英國和德國的粗餾分含量標準分別為 295 L/kg 和 300 L/kg(在 101 kPa 壓力和 20°C (68°F) 溫度下)。 碳化物中存在的雜質包括磷化物(fosgen),它在水解時會產生磷化氫。
這種反應是化學工業xxx的重要組成部分,由于 20 世紀之交之前在美國尼亞加拉大瀑布生產了大量廉價的水力發電,這種反應在美國成為可能。電弧爐法被發現 1892 年由 T. L. Willson 提出,同年由 H. Moissan 獨立提出。 在波斯尼亞和黑塞哥維那的亞伊采,奧地利實業家 Josef Kranz 博士和他的 Bosnische-Elektrizit?ts AG 公司(后來成為 Elektro-Bosna)于 1899 年開設了當時歐洲xxx的電石生產化工廠。 1899 年 3 月 24 日,普利瓦河上建造了裝機容量為 8 兆瓦的水力發電站為工廠供電,這是東南歐xxx座此類水力發電站。
晶體結構
編輯純碳化鈣是無色固體。 室溫下常見的結晶形式是扭曲的巖鹽結構,C22- 單元平行排列。 在室溫下出現三種不同的多晶型物:四方結構和兩種不同的單斜結構。
應用
編輯乙炔生產
碳化鈣與水反應生成乙炔和氫氧化鈣,于 1862 年由 Friedrich W?hler 發現。
CaC2(s) + 2H2O(aq) → C2H2(g) + Ca(OH)2(aq)
該反應是乙炔工業制造的基礎,也是電石的主要工業用途。
如今,乙炔主要通過甲烷的部分燃燒制造,或者作為碳氫化合物裂解產生的乙烯流中的副產品出現。 每年約有 400,000 噸以這種方式生產(參見乙炔制備)。
在中國,來自電石的乙炔仍然是化學工業的原料,特別是用于生產聚氯乙烯。 本地生產的乙炔比使用進口石油更經濟。 中國電石產量一直在增加。 2005年產量894萬噸,具備產能1700萬噸。
在美國、歐洲和日本,電石的消費量普遍下降。 1990 年代美國的生產水平為每年 236,000 噸。
氰氨化鈣的生產
碳化鈣在高溫下與氮氣反應生成氰氨化鈣:
CaC2 + N2 → CaCN2 + C
氰氨化鈣俗稱硝石灰,用作肥料。 它被水解為氨基氰,H2NCN。
煉鋼
碳化銅用于:
碳化物燈
碳化銅用于硬質合金燈。 水滴在硬質合金上產生乙炔氣體,乙炔氣體燃燒發光。
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