14.2. Виробництво кальцію карбіду

Для виробництва кальцію карбіду використовується вапно, антрацит, кокс або їх суміші, які не повинні містити домішок фосфору і сірки, тому що фосфор утворює вибухо- і отруйно-небезпечний фосфін, а сірка – сірководень. Кількісне співвідношення сировинних матеріалів пов'язане з якістю добутого кальцію карбіду. Із збільшенням у шихті вуглецю збільшується літраж карбіду, але зменшується його вихід, при збільшенні у шихті вмісту вапна, навпаки, зменшується літраж карбіду.

Кальцію карбід утворюється при відновленні СаО вуглецем:

СаО + 3С = СаС₂ + CO + 452 кДж.

Реакція починається при 1700‑1800 °С, але уже при 2200 °С кальцію карбід розкладається і випаровується, тому процес ведуть при температурах, близьких до 2000 °С. Процес здійснюється у великих електропечах при напрузі струму 50‑90 В. Потужність печей досягає 50 000 кВт і більше, при густині струму 10 А/см² електрода і більше. У карбідних печах застосовують комбіноване нагрівання шихти дугою та опором, у безперервно діючих печах з електродами, які самі спікаються. Періодично через льотку з печі випускається розплавлений кальцію карбід у виливниці або обертові барабани, які ззовні охолоджуються водою. На 1 т карбіду утворюється 150‑250 м³ газу, до складу якого входить у середньому близько 65 % CO, 15 % Н₂, 4 % СО₂, 0,5 % О₂ і решта N₂. Ця газова суміш використовується у промисловості органічного синтезу або як горючий газ. На 1 т кальцію карбіду витрачається у середньому 900‑950 кг вапна, 600‑650 кг коксу, 20-40 кг електродів і 3000‑3200 кВт·год електроенергії. Кальцію карбід кристалізується у вигляді безбарвних кристалів, але технічний продукт має темно-сірий колір з різними відтінками залежно від його чистоти.

Якість кальцію карбіду визначають кількістю літрів ацетилену (літражем) при нормальних умовах, який утворюється від розкладання 1 кг кальцію карбіду. Літраж хімічно чистого кальцію карбіду становить 346,8 л/кг, а технічного – змінюється у межах 230‑280 л/кг. До останнього часу кальцію карбід був основною сировиною для добування ацетилену, який утворюється за реакцією

СаС₂ + 2Н₂О = С₂Н₂ + Са (ОН)₂ + Q.

З кальцію карбіду виробляють також кальцію ціанамід та ціанід, його застосовують у металургії як розкислювач.

14.3. Виробництво кальцію ціанаміду

Кальцію ціанамід застосовують як азотне добриво та як дефоліант, наприклад для завчасного опадання листя бавовнику перед збиранням бавовни. З кальцію ціанаміду добувають також ціаніди, амоніак, диціандинамід H₂C₂N₂, який за­сто­совується при виробництві меламінових пластмас, вибухових речовин, фармацевтичних препаратів та ін.

Кальцію ціанамід добувають азотуванням подрібненого кальцію карбіду у печах різної конструкції за реакцією

СаС₂ + N₂ = CaCN₂ + C + 293 кДж.

Технічний продукт чорного кольору містить, як це видно з рівняння реакції, вуглець, що виділяється у процесі реакції.

Кальцію ціанамід виробляється у печах періодичної і безперервної дії. Перші з них – це металеві циліндри, футеровані вогнетривкою цеглою, в які завантажується подрібнений кальцію карбід. У центрі маси встановлюєтеся електрод для нагрівання суміші до початку реакції при 800 °С, а далі реакція здійснюється автотермічно. Маса дуже розігрівається і приблизно через добу процес закінчується. Після охолодження з печі виймають гарячий блок чорного кальцію ціанаміду, який подрібнюють, добавляють до нього води для розкладання залишків кальцію карбіду, обробляють олією, щоб ціанамід не розпилювався, і відправляють на склад.

Печі безперервної дії є канальними або тунельними печами. Це довгий канал з рейками, в одному напрямку якого повільно рухаються платформи з карбідом, а у протилежному пропускається N₂. У зоні нагрівання відбувається азотування, яке закінчується під час руху платформи. Платформа виходить з каналу з застиглим блоком ціанаміду.

Рис. 14.4. Поздовжній (а) і поперечний (б) розріз тунельної печі: 1 – канали для подачі повітря до пальників; 2 – пальники; 3 – вагонетки з виробами; 4 – закрив з піску; 5 – димохід