Карбид кальция чем заменить
Как применяется карбид кальция для сварки, из чего он сделан
Карбид кальция CaC2– один из символов детства советских хулиганов. Данное вещество применяется в газовой сварке, поскольку обеспечивает выделение огромного количества горючего газа ацетилена.
При погружении в воду карбид выделяет ацетилен, который является горючим компонентом при газовой сварке. Ацетилен в смеси с кислородом горит при температуре 3150°C градусов, что выше температуры плавления большинства металлов и сплавов. Использование такой технологии позволяет сваривать простую и нержавеющую сталь, цветные металлы, для сварки которых электродуговой сваркой потребовались бы специальные электроды с высокой стоимостью. Ацетилен позволяет производить резку металла, особенно толстостенного листа и фасонного проката, который невозможно разрезать болгаркой.
Впервые карбид кальция был изготовлен немецким химиком Фридрихом Велером в 1862 году путем нагревания кальций-цинкового сплава в угольной среде.
При помещении карбида в воду происходит образование гашеной извести и газа ацетилена. Реакция 1 кг чистого карбида с 0,56 л. воды образуется 1,16 кг извести и 372 л. ацетилена.
В виде химической формулы реакция записывается так: СаС2 + Н2О = С2Н2 + Ca(ОН).
Теоретически, карбид разводится водой в соотношении 2:1, однако на практике используется 1 кг карбида заливается 2-4 литрами воды, чтобы избежать взрыва.
Метод производства
Карбид производится в электропечах путем сплавления (прокаливания) смеси кокса и оксида кальция (негашеной извести) при температуре от 1900°C до 2300°C. Резкий и неприятный чесночный запах карбида и вырабатываемого ацетилена вызван содержанием в карбидной смеси примесей фосфидов и сульфатов кальция.
Процесс осуществляется в несколько этапов:
Конечный продукт состоит из 75-78% CaC2, остальное составляет известь и примеси. Гранулы карбида существуют разных размеров: 2×8; 8×15; 15×25; 25×80 мм. Большие гранулы обеспечивают получение большего количества ацетилена, но увеличивают время реакции. Если гранулы 8х15 и 15х25 мм разлагаются за 5-6 минут, то для разложения гранул 25х80 мм требуется более 10 минут.
Применение при сварочных работах
Хранение карбида осуществляется в специальных стальных баках объемом 100 или 130 литров. Открытие этих баков должно производиться только при отсутствии огня или искр в близости от них деревянным молотком и латунным зубилом. Неиспользованный карбид в банке закрывается водонепроницаемой крышкой.
Ацетилен для сварочных работ вырабатывается из карбида в генераторе стационарного или мобильного типа и разного объема. Средний объем ацетиленовых генераторов рассчитан на прием от 5 до 15 литров воды и, соответственно, 2-5 килограммов карбида. Выход ацетилена считается несколько ниже теоретического и принимается равным 260-280 литров с одного килограмма CaC2. Рекомендуется использовать карбид крупной фракции – 80 мм
Принцип использования ацетилена для сварочной работы таков:
В газовой сварке главным плюсом применения карбида является его низкий вес и небольшой вес применяемого оборудования. Газовые баллоны для ацетилена очень тяжелые, их необходимо перемещать на специальной тележке или в 2-3 пары рук. Средний же генератор весит 15-20 кг, что позволяет без особых усилий перемещать его в одиночку или с одним помощников. При перемещении сухого карбида достаточно соблюдать элементарные правила хранения – избегать попадания влаги на вещество и попадание мелкой карбидной пыли на кожу и в глаза.
Техника безопасности
Карбид для сварки относится к классу взрывоопасных веществ. Безопасное применение карбида обеспечивается учетом ряда условий:
Соблюдение этих простых правил позволит обеспечить собственную безопасность и безопасность людей, находящихся вблизи объекта работ.
Карбид следует покупать в проверенных магазинах сварочного оборудования, поскольку приобретение некачественного карбида может затруднить проведение сварочных работ. Можно также заказать его в интернет-магазинах. Цена карбида варьируется от 75 до 190 рублей за килограмм, в зависимости от производителя.
Если имеется необходимость в регулярном использовании оборудования для газовой сварки и резки, лучше купить профессиональное оборудование, изготовленное на промышленном предприятии. Применение самодельных генераторов чревато получением тяжелых травм и угрозой для жизни.
Форум химиков
Чем дробить карбид кальция в лаб.условиях?
Чем дробить карбид кальция в лаб.условиях?
Сообщение XNMNK » Ср сен 04, 2013 3:09 pm
Re: Чем дробить карбид кальция в лаб.условиях?
Сообщение SkydiVAR » Ср сен 04, 2013 3:49 pm
Re: Чем дробить карбид кальция в лаб.условиях?
Сообщение XNMNK » Ср сен 04, 2013 3:59 pm
Re: Чем дробить карбид кальция в лаб.условиях?
Сообщение Iskander » Ср сен 04, 2013 4:36 pm
Re: Чем дробить карбид кальция в лаб.условиях?
Сообщение XNMNK » Ср сен 04, 2013 5:01 pm
Он не то что крепкий а просто-таки твердый как не знаю что. Сегодня молотком немного надробил (отколол гидролизованные края). Завтра придется одалживать кувалду.
Re: Чем дробить карбид кальция в лаб.условиях?
Сообщение SkydiVAR » Ср сен 04, 2013 5:35 pm
Re: Чем дробить карбид кальция в лаб.условиях?
Сообщение XNMNK » Ср сен 04, 2013 6:27 pm
Да порошок то не нужен вовсе. Но нужны более мелкие осколки для Киппа. Я мелкие-то на плите расколол а вот более крупные даже при частых ударах не поддаются. Видно молоток маловат. Но ладно, будем думать.
Re: Чем дробить карбид кальция в лаб.условиях?
Сообщение SkydiVAR » Пт сен 06, 2013 12:47 pm
Re: Чем дробить карбид кальция в лаб.условиях?
Сообщение Muhambetov Ildar » Пт сен 06, 2013 3:06 pm
Получение карбида кальция для сварки и выход ацетилена из карбида
Карбид кальция (CaC2) нашёл своё применение в газовой сварке металлов, так как способен выделять большое количество газа – ацетилена (С2Н2). Для этого его засыпают в ацетиленовый генератор, в который заливается вод.
Получение ацетилена из карбида кальция возможно при контакте его с водой. Помещённый карбид в воду, моментально вступает в бурную реакцию. При этом он распадается на гашёную известь с образованием горючего газа.
Химическая формула реакции получения ацетилена из карбида кальция: СаС2 + Н2О = С2Н2 + Ca(ОН).
Горит ацетилен в смеси с кислородом примерно при Т= 3150ºС. Такая особенность позволила применять карбид для сварки и пайки различных металлов газом.
Было научно доказано, что при использовании 1 кг CaC2 с 0,5 л воды, получится 370 л С2Н2 и 1 кг гашённой извести.
Способы получения карбида кальция
Способ получения карбида состоит из следующих этапов:
1. Добытый известняк подвергается отжигу.
2. Смешивая и измельчая известь с коксом, получают шихту.
3. Полученная шихта расплавляется в печах. В процессе расплавления шихты образуется карбид кальция.
4. Полученный карбид измельчается.
Измельчается карбид на гранулы разного размера. Чем больше гранула, тем большее количество ацетилена она произведёт. Размер гранул значительно влияет на время выработки газа.
Выход ацетилена из карбида кальция
От качества полученного CaC2, напрямую зависит выход полученного С2Н2 из 1 кг CaC2.
Согласно ГОСТ 1460-46 выход ацетилена из карбида кальция следующий:
Размеры кусков в мм
Выход ацетилена в л/кг
С уменьшением размера куска, уменьшается выход горючего газа. Это связано с тем, что мелкие куски карбида содержат значительно больше посторонних примесей, которые крошатся из-за хрупкости.
Скорость разложения карбида кальция (газообразования)
Под скоростью разложения подразумевается, какой объём ацетилена выделит 1 кг карбида в 1 минуту времени. Данное значение измеряется в л/кг. Это значение напрямую связано с качеством и размером кусков.
Чем меньше размер кусков, тем быстрее произойдёт разложение карбида кальция. Ещё на разложение может влиять температура воды.
Время полного разложения и получение ацетилена с помощью карбида кальция при температуре воды +17ºС приведено в таблице:
| Размеры кусков в мм | Время полного разложения CaC2 в мин | Выход ацетилена в л/кг | |
| 1 сорт | 2 сорт | ||
| 2-8 | 5,5 | 250 | 230 |
| 8-15 | 6,5 | 260 | 247 |
| 15-25 | 8,0 | 270 | 250 |
| 25-50 | 10,0 | 280 | 260 |
| 50-80 | 13,0 | 280 | 270 |
При температуре воды в 20ºС выработка ацетилена из карбида может приостановиться. Если температура воды составляет 40 — 80ºС, тогда процесс газообразования идёт очень медленно. Заиливание происходит только с большими кусками.
Техника безопасности
В связи с тем, что карбид относится к классу взрывоопасных веществ, к хранению его предъявляются следующие требования:
1. Место хранения должно быть сухим. Не допускается хранение возле мест с открытым огнём.
2. Запрещено хранить карбид в гранулах до 2 мм и применять его в генераторах. Это связано с тем, что мелкие гранулы быстро реагируют с водой, что приводит к избыточному давлению в сосуде.
3. Работать с карбидной пылью следует с применением СИЗ.
4. Если карбидная пыль попала в глаза, тогда следует их промыть тёплой воды и обратится к врачу.
5. Перед использованием генератор следует проверить на предмет отсутствия трещин в корпусе.
6. При использовании ацетиленового генератора в помещении запрещено. Размещать его следует на открытом участке с хорошей вентиляцией.
7. Размещать генератор рядом с кислородным баллоном запрещается.
8. Запрещается вскрывать генератор в близи открытого огня.
Содержание
История получения карбида кальция
Карбид кальция был получен случайно в 1862 г. Немецкий химик Фридрих Вёлер (Friedrich W?hler) при попытке выделения металлического кальция из извести (карбоната кальция СаСО3) путем длительного прокаливания смеси, состоящей из извести и угля, получил массу сероватого цвета, в которой не обнаружил признаков металла. Как результат неудавшегося эксперимента он выбросил эту массу на свалку во дворе. Во время дождя лаборант заметил выделение какого-то газа из выброшенной массы. Это заинтересовало Фридриха Вёлера, он провел анализ газа и установил, что это ацетилен (С2Н2), ранее открытый Эдмундом Дэви (Edmund Davy), в 1836 г.
Однако имя этому газу присвоил французский химик Пьер Эжен Марселен Бертло (Marcellin Berthelot) после того, как в 1863 году получил ацетилен, пропуская водород над раскалёнными электрической дугой графитовыми электродами.
Томас Уилсон (Thomas Leopold «Carbide» Willson) в 1888 году и Фердинанд Фредерик Анри Муассан (Ferdinand Frederic Henri Moissan) в 1892 независимо друг от друга открыли метод получения карбида кальция в дуговой электропечи, что послужило толчком для дальнейшего развития промышленного получения технического карбида кальция.
В России первые заводы по изготовлению карбида кальция были построены акционерным обществом «Перун» в 1908 г. в Земковицах, а в 1910 г. в Петербурге. В 1914 г. на этом заводе работали две карбидные печи мощностью по 500 кВт и две печи по 900 кВт.
В 1917 г. при Макеевском металлургическом заводе была построена установка с электропечью мощностью 1800 кВт. Почти одновременно на заводе в Баку для нужд нефтепромышленности и на Аллавердском медеплавильном заводе также были пущены карбидные печи.
В 1930 г. был построен и пущен первый большой карбидный завод в Растяпино (ныне г. Дзержинск Нижегородской области). На этом заводе карбид кальция впервые стал выпускаться не только как товарный продукт, но и для получения цианамида кальция.
Получение карбида кальция
Технический карбид кальция получают в результате взаимодействия обожженной извести (СаО) с коксом (3С) или антрацитом в электрических печах при температуре 1900-2300°С. Шихту, состоящую из смеси кокса или антрацита и извести в определенной пропорции, загружают в электропечь, шихта расплавляется, при этом происходит эндотермическая химическая реакция (с поглощением тепла) по формуле:
Таким образом, для получения 1 т карбида кальция требуется:
Однако вследствие значительных потерь энергии в карбидных печах практически для получения 1 т технического карбида кальция расходуется от 2800 до 3700 кВт·ч в зависимости от мощности печи. Если мощность печи меньше 1000 кВт, то расход электроэнергии может достичь 4000 кВт·ч/т и более.
Расплавленный карбид кальция сливают из печи в специальные изложницы, в которых он остывает и затвердевает. После затвердевания его дробят в щековых дробилках и сортируют в решетчатых барабанах на куски различной величины от 2 до 80 мм.
Выход кусков различных размеров при дроблении приведен ниже:
| Грануляция, мм | 25-80 | 15-25 | 8-15 | 2-8 | до 2 |
|---|---|---|---|---|---|
| Выход, % | 66-80 | 8-10 | 6-14 | 4,5-6,5 | 1,5-3,0 |
Товарным карбидом кальция считается грануляцией от 2 до 100 мм. Карбидная пыль, получающаяся при дроблении, непригодна для нормальных ацетиленовых генераторов из-за слишком энергической реакции с водой, перегрева и опасности взрыва.
Зависимость удельного веса технического карбида кальция от содержания в нем СаС2, приведена в таблице ниже:
| Содержание СаС2 в техническом карбиде, % | 80 | 75 | 70 | 65 | 60 | 55 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Удельный вес технического карбида | 2,32 | 2,37 | 2,41 | 2.45 | 2,49 | 2,53 |
Технический карбид кальция, получаемый в электропечах, содержит ряд примесей, попадающих в него из исходных материалов, которыми пользуются при его производстве. Средний химический состав применяемого для сварки:
| Компонент | Содержание, % (по массе) |
|---|---|
| Карбид кальция (СаС2) | 72,5 |
| Известь (СаО) | 17,3 |
| Окись магния (MgO) | 0,4 |
| Окись железа (Fe2O3) и окись алюминия (Al2O3) | 2,5 |
| Окись кремния (SiO2) | 2,0 |
| Сера (S) | 0,3 |
| Углерод (С) | 1,0 |
| Другие примеси | 4,0 |
Как видно из приведенного состава, основной примесью является известь.
Примеси, содержащиеся в исходных материалах, применяемых для производства, ухудшают его качество. Особенно вредными примесями являются фосфор и сера, которые переходят в карбид кальция в виде фосфористых и сернистых соединений кальция, а при разложении карбида попадают в ацетилен в виде фосфористого водорода и сероводорода.
Гидролиз или карбид кальция плюс вода
Экзотермическая реакция (т.е. с выделением тепла) взаимодействия карбида кальция с водой протекает бурно по уравнению:
Тепловой эффект реакции слагается из тепла, выделяемого при взаимодействии с водой карбида кальция и негашеной извести. Взаимодействие извести с водой протекает по уравнению:
Выход ацетилена объем ацетилена в литрах, выделяемый при разложении 1 кг карбида, приведенный к 20° и 760 мм рт. ст.
Для разложения 1 кг химически чистого карбида кальция теоретически необходимо 0,562 кг воды, при этом получается 0,406 кг ацетилена (285 л) и 1,156 кг гашеной извести.
Значительный тепловой эффект реакции карбида кальция и опасность перегрева ацетилена заставляют вести процесс с большим избытком воды для охлаждения. Это делает процесс более безопасным. Температура выходящего из генератора ацетилена при этом превышает температуру окружающей среды всего на 10-15°С.
Количество воды необходимое для реакции с карбидом кальция
Минимальное количество воды, необходимое для охлаждения при реакции 1 кг карбида кальция, может быть рассчитано следующим образом.
При разложении 1 кг 70%-го карбида кальция образуется 0,284 кг ацетилена и 1,127 кг гидрата окиси кальция т.е. гашеной извести (принимая содержание окиси кальция в карбиде кальция равным 24%).
Принимаем, что начальная температура воды равна 15° С, а температура в генераторе во время работы равна 60° С. Уравнение теплового баланса для 1 кг карбида кальция выражается следующим образом:
Искомый минимальный безопасный объем воды равен:
Как уже говорилось выше, технический карбид кальция обычно содержит не более 70-80% CaC2. Поэтому из 1 кг технического карбида кальция можно получить от 230 до 280 л ацетилена.
Если учесть потери ацетилена на растворение в воде и продувку ацетиленового генератора, то для получения 1 м 3 (1000 дм 3 ) ацетилена практически приходится расходовать 4,3-4,5 кг карбида кальция. Более точные данные о фактическом выходе ацетилена в зависимости от количества примесей (сорта) и размеров «кусков» (грануляции) указаны в ГОСТ 1460.
Параметры влияющие на скорость реакции с водой
Чем меньше размеры кусков, тем быстрее происходит реакция карбида кальция с водой.
Чем выше температура воды, тем быстрее идет реакция карбида кальция. Если вода сильно загрязнена гашеной известью, образующейся при реакции карбида кальция, то реакция замедляется.
При разложении неподвижного карбида кальция в недостаточном количестве воды куски его могут покрываться коркой гашеной извести и сильно перегреваться, при этом может иметь место реакция:
В этом случае реакция карбида кальция происходит за счет отнятия влаги, содержащейся в гашеной извести. В результате повышается плотность корки, что приводит к еще большему перегреву. Поэтому непрерывное удаление извести из зоны реакции имеет большое значение, так как перегрев может привести к взрыву ацетилено-воздушной смеси или вызвать взрывчатый распад ацетилена.
При погружении карбида кальция в воду процесс разложения протекает также весьма неравномерно: вначале реакция идет очень активно с бурным выделением ацетилена, а затем скорость реакции уменьшается. Это объясняется уменьшением поверхности кусков и тем, что они покрываются коркой извести, препятствующей свободному доступу воды.
При перемешивании воды с находящимся в ней карбидом кальция реакция происходит быстрее и равномернее.
Скорость реакции карбида кальция в воде зависит от чистоты карбида кальция и поверхности соприкосновения кусков карбида кальция с водой.
Скорость реакции карбида кальция в воде является весьма важным элементом, характеризующим качество карбида кальция. Для практических целей пользуются понятием продолжительности разложения.
Продолжительностью разложения считают время, в течение которого выделяется 98% от всего количества ацетилена, который может быть выделенным из карбида кальция, так как остаток разлагается очень медленно и не характеризует процесс разложения применительно к условиям работы ацетиленовых генераторов.
В таблице ниже приведены экспериментальные данные о продолжительности разложения карбида кальция в зависимости от размеров его кусков.
| Размеры кусков, мм | Пыль | 2/4 | 5/8 | 8/15 | 15/25 | 25/50 | 50/80 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Продолжительность разложения, мин. | Несколько секунд | 1,17 | 1,65 | 1,82 | 4,23 | 13,5 | 16,6 |
Следует, оговорить, что данные таблицы характеризуют лишь те образцы карбида кальция, с которыми были проведены опыты. Практически могут иметь место значительные отклонения, главным образом в сторону уменьшения скорости реакции.
Скорость разложения в значительной степени зависит от выхода ацетилена из карбида кальция. Чем ниже выход, тем меньше скорость реакции.
На диаграмме ниже показаны изменения в скорости разложения карбида кальция двух сортов с одинаковыми размерами кусков (25/50).
Карбид кальция плюс азот
При температуре 1000°С карбид кальция, взаимодействуя с азотом, образует цианамид кальция. Уравнение реакции имеет следующий вид:
Эта реакция используется для промышленного производства цианамида кальция. Цианамид кальция применяется в качестве удобрения и как исходный продукт для получения цианидов.
Карбид кальция плюс водород
С водородом карбид кальция вступает в реакцию при температуре выше 2200°С с образованием ацетилена и металлического кальция. При высокой температуре карбид кальция восстанавливает большинство окислов металлов.
Хранение карбида кальция
После того как был получен карбид кальция хранение его допускается в специальных герметичных барабанах и специально оборудованных помещениях, но все это уже рассмотрено в статье о том, где и как хранить карбид кальция.