שימושים בסידן קרביד: ייצור אצטילן, הסרת גופרית מפלדה וקיבוע חנקן

מהו סידן קרביד וכיצד הוא מיוצר

סידן קרביד (CaC2) הוא תרכובת אנאורגנית המיוצרת בכבשן קשת חשמלי בערך ב-2000 עד 2200 מעלות צלזיוס מסיד ומקור פחמן כמו קוק או אנתרציט, בעקבות התגובה הכוללת של תחמוצת סידן ופחמן לסידן קרביד ופחמן חד חמצני. התוצר המותך מוקשה, מקורר לבלוקים ולאחר מכן מרסקים ומסוננים לשברים בגודל מוגדר. חומר בדרגה טכנית מכיל סידן קרביד כשלב העיקרי יחד עם סיד וכמויות קטנות של שאריות תנור אחרות, ואיכותו נבחנת בעיקר לפי תפוקת הגז, נפח האצטילן המשתחרר לק"ג כאשר החומר מגיב עם מים.

ציונים, שברי גודל ותפוקת גז

סידן קרביד מסופק לפי חלק גודל ולפי תפוקת גז. שברים גסים משמשים בגנרטורים גדולים שבהם ניתן לנהל את חום התגובה, בעוד ששברים עדינים מועדפים להזרקה במטלורגיית מצקת. גדלי אספקה ​​אופייניים ורמות תשואה מוצגים להלן; המפרט להסכים נלקח בדרך כלל מ-GB/T 10665.

גם זיהומים חשובים. פוספין ומימן גופרתי הנוצרים מזרחן וגופרית ברעל הקרביד מרעילים זרזים רבים, ולכן לאצטילן המיועד לסינתזה כימית יש מגבלות הרבה יותר נוקשות על אותם יסודות מאשר אצטילן המשמש לריתוך או חיתוך.

ייצור אצטילן וכימיקלים במורד הזרם

התגובה הקלאסית של סידן קרביד עם מים מייצרת גז אצטילן וסידן הידרוקסיד. אצטילן הוא גז חסר צבע עם ריח קלוש כשהוא טהור, והריח האופייני של גז בדרגה טכנית מגיע מזיהומים. מבחינה היסטורית התגובה שימשה במנורות קרביד לתאורת מכרות ותאורת רחוב, והיא שורדת במנורות ניידות ובחלק מציוד תאורה, אך החשיבות התעשייתית כיום נעוצה בסינתזה כימית.

מונומר ויניל כלוריד ו-PVCמהווים את השקע הגדול ביותר לאצטילן שמקורו בקרביד, במיוחד כאשר פחם ואבן גיר זולים יותר מחומר הזנה מבוסס נפט.

אצטלדהידהמיוצר על ידי לחות אצטילן הוא מסלול לחומצה אצטית, אצטון, שרפים מלאכותיים וחומרי ביניים אורגניים נוספים.

אלכוהול אצטילני ודיולבשימוש במעכבי קורוזיה, סינתזת ויטמינים וכימיה של פולימרים מתחילים מתגובות הוספת אצטילן.

ריתוך וחיתוך אוקסי אצטילןנשאר משתמש גדול בגז צילינדר בגלל טמפרטורת הלהבה הגבוהה מאוד.

שימושים מטלורגיים: הסרת גופרית והסרת חמצון

במטלורגיה, סידן קרביד הוא תוסף תגובתי ולא דלק. מוזרק לתוך ברזל מותך או פלדה עם גז נשא, הוא מסיר גופרית על ידי יצירת סידן גופרתי, העולה לתוך הסיגים; אותה תוספת מפחיתה חמצן מומס. הזרקת מצקת עם חלק דק מבוקר היא הסידור הרגיל להסרת גופרית מתכת חמה לפני ייצור פלדה, והנוהג מיושם גם בטיפול בברזל יציקה כדי לשלוט ברמת הגופרית הסופית.

מכיוון שהתגובה היא אקסותרמית מאוד ותלויה בשטח הפנים, חלוקת גודל האבקה ועומק ההזרקה חשובים לא פחות מהבדיקה הכימית. חומרי הסרת גופרית מבוססי קרביד מעורבבים לעתים קרובות עם תרכובות אחרות הנושאות סידן או מגנזיום כדי לאזן את מהירות התגובה מול העלות, ויש לתכנן את הסיגים המתקבלים כך שניתן להסירו בצורה נקייה.

קיבוע חנקן וחומרי ביניים אגרוכימיים

דרך קלאסית נוספת משלבת סידן קרביד עם חנקן בטמפרטורה גבוהה ליצירת סידן ציאנמיד, תרכובת נושאת חנקן המשמשת כדשן בשחרור איטי, כחומר חיפוי קרקע וכחומר ביניים. מסידן ציאנמיד התעשייה מגיעה ל-dicyandiamide, guanidine ולכימיה נוספת של חנקן, והתרכובת היא אנלוגי מבני של מוצרים מבוססי חנקה המשמשים באגרונומיה. סינתזת אמוניה ישירה עקרה חלק גדול מהמסלול הזה בייצור דשנים בקנה מידה גדול, אך לכימיה של ציאנמיד יש מקום בייצור כימי מיוחד ומעודן.

טיפול, אחסון ובטיחות

סידן קרביד מגיב בעוצמה עם מים ולחות, משחרר אצטילן וחום, ולכן הוא מאוחסן באזורים יבשים, מאווררים ועמידים בפני מזג אוויר הרחק מכל מקור מים, ויש לשמור על התופים אטומים. אצטילן דליק על פני כ-2.5% עד 82% בנפח באוויר, כך שאזורי המפעל חייבים להיות מזוהים בגז, מוארקים וללא מקורות ניצוץ. מגע של אצטילן עם נחושת, כסף, כספית וסגסוגותיהם יוצר אצטילידים הרגישים להלם, לכן אסור להשתמש במתכות אלו בנתיב הגז ואביזרים מסגסוגת נחושת אינם נכללים בשירות האצטילן. אזורי ריסוק והקרנה זקוקים לשליטה באבק מכיוון שאבק קרביד עדין הוא בסיסי ומגרה, ושאריות הסידן הידרוקסיד ממחוללים הן בסיסיות מאוד ודורשות ניטרול לפני השלכה.

שאלות נפוצות

ש: כמה אצטילן מייצר קילוגרם אחד של סידן קרביד?
תפוקת הגז היא מדד האיכות העיקרי ותלויה בשבר גודל, בדרך כלל כ-260 עד 300 ליטר אצטילן לקילוגרם עבור חומר מסחרי.

ש: מדוע משתמשים בסידן קרביד בייצור פלדה?
מוזרק כאבקה דקה הוא מגיב עם גופרית ליצירת סידן גופרתי וגם מסיר חמצן מומס, כך שהוא משמש גם כמסיר גופרית וגם כמסיר חמצון בטיפול במצקת.

ש: ממה עשוי סידן ציאנמיד?
הוא נוצר על ידי תגובה של סידן קרביד עם חנקן בטמפרטורה גבוהה, והוא משמש כדשן חנקן, חומר סית וכתוצר ביניים לכימיה של גואנידין ודיסיאנדיאמיד.

ש: מאילו מתכות יש להימנע בציוד אצטילן?
נחושת, כסף, כספית וסגסוגותיהם, כי אצטילידים הנוצרים איתם רגישים להלם; במקום זאת נעשה שימוש בצנרת ואביזרים מפלדה ומאושרים שאינם נחושת.

ש: כיצד יש לאחסן סידן קרביד?
בתופים אטומים בתוך מבנים יבשים, מאווררים ועמידים בפני מזג אוויר, הרחק ממים, קווי קיטור ומקורות הצתה, עם זיהוי גזים באזור הטיפול.

ש: האם שאריות הגנרטור מסוכנות?
תמיסת הסידן הידרוקסיד שנותרה לאחר יצירת הגז היא בסיסית חזקה ויש לנטרל אותה ולטפל בה לפני הפריקה, כאשר מוצקים מושבעים מטופלים כמוצר לוואי תעשייתי.