Καρβίδιο ασβεστίου (CaC2), κοινώς γνωστό ωςκαρβίδιοήηλεκτρική πέτρα, παράγεται κυρίως από βιομηχανικές διεργασίες που περιλαμβάνουν αντιδράσεις υψηλής θερμοκρασίας.
1. Μέθοδος κλιβάνου ηλεκτρικού τόξου (κύρια βιομηχανική διαδικασία)
Αρχή
Με αυτή τη μέθοδοασβεστόλιθος (CaCO3)Καιοπτάνθρακας (άνθρακας)υποβάλλονται σε αντίδραση σε κλίβανο ηλεκτρικού τόξου σε θερμοκρασία2000-2200 βαθμοί. Η αντίδραση λαμβάνει χώρα σε δύο στάδια:
Αποσύνθεση ασβεστόλιθου:CaCO3ΔCaO+CO2↑
Αναγωγή του οξειδίου του ασβεστίου από τον άνθρακα:CaO+3CEElectric arcCaC2+CO↑
Διαδικασία
Παρασκευή πρώτων υλών:
Ασβεστόλιθος(καθαρότητα Μεγαλύτερη ή ίση με 90%) συνθλίβεται σε ένα ορισμένο μέγεθος σωματιδίων.
Κοκ(υψηλός σταθερός άνθρακας, χαμηλή περιεκτικότητα σε θείο) δρα ως αναγωγικός παράγοντας και αγωγός του ηλεκτρισμού.
Μίξη:
Ο ασβεστόλιθος και ο οπτάνθρακας αναμειγνύονται σεαναλογία μάζας 1:3και τροφοδοτείται στο φούρνο.
Αντίδραση υψηλής θερμοκρασίας:
Υπό την επίδραση ηλεκτρικού ρεύματος (200-400 V), σχηματίζεται ένα τόξο που θερμαίνει το μείγμα σε θερμοκρασία μεγαλύτερη από 2000 μοίρες.
Το οξείδιο του ασβεστίου αντιδρά με τον άνθρακα για να σχηματίσει καρβίδιο του ασβεστίου και μονοξείδιο του άνθρακα (CO).
Επεξεργασία προϊόντος:
Το τηγμένο καρβίδιο του ασβεστίου ψύχεται σε καλούπια για να σχηματίσει στερεά μπλοκ.
Το αέριο CO είτε απελευθερώνεται (με καθαρισμό) είτε ανακυκλώνεται.
Φόντα
Υψηλή απόδοση, κατάλληλο για παραγωγή μεγάλης κλίμακας (η παγκόσμια ετήσια παραγωγή υπερβαίνει τους 100 εκατομμύρια τόνους).
Οικονομικά αποδοτική για την παραγωγή ακετυλενίου σε βιομηχανική κλίμακα.
Ελαττώματα
Εξαιρετικά ενεργοβόρα (~3000-4000 kW/h ανά τόνο CaC2).
Απαιτείται οπτάνθρακας υψηλής καθαρότητας και παράγονται εκπομπές CO.
2. Υψηλής θερμοκρασίας καρβοθερμική αναγωγή (εργαστηριακές ή εξειδικευμένες διεργασίες)
Αρχή
Χρησιμοποιώντας διοξείδιο του πυριτίου (SiO2) ή αλουμίνιο ως αναγωγικό παράγοντα για την παραγωγή καρβιδίου του ασβεστίου από οξείδιο του ασβεστίου:
CaO+3CHΥψηλή θερμοκρασία.CaC2+CO↑
ή
4CaO+Al2O3 Υψηλή θερμοκρασία.2CaC2+2CaO\\cdotpAl2O3
Διαδικασία
Διαπύρωση: Ο ασβεστόλιθος θερμαίνεται για να παράγει οξείδιο του ασβεστίου (CaO).
Αντίδραση: CaO смешивается с углеродом (или кремнием/алюминием) и нагревается в печи (>2000 μοίρες).
Καθαρισμός προϊόντος: Το ψυχθέν προϊόν συνθλίβεται και καθαρίζεται για να απελευθερώσει CaC2.
Φόντα
Κατάλληλο για εργαστηριακή σύνθεση ή παραγωγή μικρής κλίμακας.
Επιτρέπει τον ακριβή έλεγχο της καθαριότητας.
Ελαττώματα
Η χαμηλή απόδοση και το υψηλό ενεργειακό κόστος περιορίζουν τη βιομηχανική χρήση.
3. Εναλλακτικές Μέθοδοι
(1) Καρβοθερμική αναγωγή με χρήση πυριτίου
Χρησιμοποιεί SiO2 ως αναγωγικό παράγοντα: 2CaO+SiO2+5CΔ2CaC2+SiC+4CO↑.
Παράγει καρβίδιο ασβεστίου και καρβίδιο του πυριτίου (SiC) ως υποπροϊόν.
(2) Κλίβανος ηλεκτροδίων με πηγές αερίου άνθρακα
Πειραματική μέθοδος που χρησιμοποιεί μεθάνιο (CH4) ως πηγή άνθρακα: CaO+CH4ΔCaC2+2H2↑
Εξακολουθεί να βρίσκεται υπό έρευνα λόγω -τεχνικών προβλημάτων.
(3) Βιοαναγωγή (πειραματική)
Χρησιμοποιεί μικροοργανισμούς για να μειώσει το CaCO3 σε CaC2, αλλά η επεκτασιμότητα είναι περιορισμένη.