วิธีการผลิตแคลเซียมคาร์ไบด์

แคลเซียมคาร์ไบด์ (CaC₂) หรือที่รู้จักกันทั่วไปในชื่อคาร์ไบด์หรือหินไฟฟ้าส่วนใหญ่ผลิตโดยกระบวนการทางอุตสาหกรรมที่เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาที่อุณหภูมิสูง

1. วิธีเตาอาร์คไฟฟ้า (กระบวนการทางอุตสาหกรรมหลัก)

หลักการ

ด้วยวิธีนี้หินปูน (CaCO₃)และโค้ก (คาร์บอน)เกิดปฏิกิริยาในเตาอาร์คไฟฟ้าที่อุณหภูมิ2000-2200 องศา- ปฏิกิริยาเกิดขึ้นในสองขั้นตอน:

การสลายตัวของหินปูน:CaCO₃ΔCaO+CO₂↑

การลดแคลเซียมออกไซด์ด้วยคาร์บอน:CaO+3CEEไฟฟ้า arcCaC₂+CO↑

กระบวนการ

การเตรียมวัตถุดิบ-

หินปูน(ความบริสุทธิ์มากกว่าหรือเท่ากับ 90%) ถูกบดให้เป็นอนุภาคขนาดที่กำหนด

โค้ก(คาร์บอนคงที่สูง กำมะถันต่ำ) ทำหน้าที่เป็นตัวรีดิวซ์และเป็นตัวนำไฟฟ้า

การผสม-

มีหินปูนและโค้กผสมอยู่อัตราส่วนมวล 1:3และนำเข้าเตาอบ

ปฏิกิริยาที่อุณหภูมิสูง-

ภายใต้อิทธิพลของกระแสไฟฟ้า (200-400 V) จะเกิดส่วนโค้งขึ้นทำให้ส่วนผสมร้อนจนถึงอุณหภูมิมากกว่า 2,000 องศา

แคลเซียมออกไซด์ทำปฏิกิริยากับคาร์บอนเพื่อสร้างแคลเซียมคาร์ไบด์และคาร์บอนมอนอกไซด์ (CO)

การประมวลผลผลิตภัณฑ์-

แคลเซียมคาร์ไบด์ที่หลอมละลายจะถูกทำให้เย็นลงในแม่พิมพ์เพื่อสร้างบล็อกแข็ง

ก๊าซ CO จะถูกปล่อยออกมา (พร้อมการทำให้บริสุทธิ์) หรือรีไซเคิล

ข้อดี

ประสิทธิภาพสูง เหมาะสำหรับการผลิตขนาดใหญ่ (การผลิตทั่วโลกเกิน 100 ล้านตันต่อปี)

คุ้มค่าสำหรับการผลิตอะเซทิลีนในระดับอุตสาหกรรม

ข้อบกพร่อง

ใช้พลังงานสูงมาก (~3000-4000 kW/h ต่อตัน CaC₂)

จำเป็นต้องใช้โค้กที่มีความบริสุทธิ์สูงและสร้างการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์

2. การลดคาร์บอเทอร์มิกที่อุณหภูมิสูง (กระบวนการในห้องปฏิบัติการหรือเฉพาะทาง)

หลักการ

การใช้ซิลิคอนไดออกไซด์ (SiO₂) หรืออะลูมิเนียมเป็นตัวรีดิวซ์เพื่อผลิตแคลเซียมคาร์ไบด์จากแคลเซียมออกไซด์:

CaO+3อุณหภูมิที่สูง CaC₂+CO↑

หรือ

4CaO+Al₂O₃อุณหภูมิสูง2CaC₂+2CaO\\cdotpAl₂O₃

กระบวนการ

การเผา: หินปูนถูกให้ความร้อนเพื่อผลิตแคลเซียมออกไซด์ (CaO)

ปฏิกิริยา: CaO смешивается с углеродом (или кремнием/алюминием) и нагревается в печи (>2000 องศา)

การทำความสะอาดผลิตภัณฑ์: ผลิตภัณฑ์ที่ระบายความร้อนจะถูกบดและทำให้บริสุทธิ์เพื่อปล่อย CaC₂

ข้อดี

เหมาะสำหรับการสังเคราะห์ในห้องปฏิบัติการหรือการผลิตขนาดเล็ก

ช่วยให้ควบคุมความสะอาดได้อย่างแม่นยำ

ข้อบกพร่อง

ประสิทธิภาพต่ำและต้นทุนพลังงานสูงจำกัดการใช้ในอุตสาหกรรม

3. วิธีการทางเลือก

(1) การลดคาร์บอเทอร์มิกโดยใช้ซิลิกา

ใช้ SiO₂ เป็นตัวรีดิวซ์: 2CaO+SiO₂+5CΔ2CaC₂+SiC+4CO↑

ผลิตแคลเซียมคาร์ไบด์และซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) เป็นผลพลอยได้

(2) เตาอิเล็กโทรดที่มีแหล่งก๊าซคาร์บอน

วิธีการทดลองโดยใช้มีเทน (CH₄) เป็นแหล่งคาร์บอน: CaO+CH₄ΔCaC₂+2H₂↑

ยังอยู่ระหว่างการวิจัยเนื่องจาก -ปัญหาทางเทคนิค

(3) การลดขนาดทางชีวภาพ (ทดลอง)

ใช้จุลินทรีย์เพื่อลด CaCO₃ ให้เป็น CaC₂ แต่ความสามารถในการปรับขนาดมีจำกัด