Как делают карбид для сварки

Карбид для сварки: что это такое и как его использовать?

Содержание:

Карбид для сварки или полное наименование карбид кальция – это главное вещество для получения ацетиленового газа. На самом деле, это активное химическое соединение кальция и углерода и в готовом виде представляет собой твердый состав с темно – серым или коричневым оттенком. По запаху, карбид напоминает резкий запах чеснока и вступает в реакцию водой с выделением тепла.

Для сварки карбид кальция является идеальным веществом, так как выделяет при контакте с водой ацетилен – летучий газ, основа кислородной сварки, напайки, металлизации и прочих процессов, связанных с обработкой металлов. Карбид кальция создают при температуре до 2300 градусов Цельсия с помощью сплавления кокса и негашеной извести в электрической дуговой печи (рис. 1). После этого, расплавленное вещество выливают на изложницы, и в них он остывает и принимает твердое состояние. После этого карбид для сварки дробят по кускам, размер которых не превышает 8 см. В результате вещество будет состоять из 75 процентов карбида кальция, а остальная часть – примеси, окиси извести и прочее.

Карбид кальция как «топливо» для сварки.

Как уже было выше сказано, карбид при сварке вступает в активную реакцию с водой, выделяя огромное количество тепла и ацетиленового газа. Эта его особенность усложняет хранение карбида, поэтому для его сохранности вещество помещают в герметичные баки из кровельной стали вместимостью 100 и 130 килограмм. Так как карбид выделяет легковоспламеняющийся ацетилен, то жизненно важно при открытии данных бидонов избежать искр и открытого огня.

Пыль карбида кальция – частицы до 2 миллиметров – не годится для использования, так как практически сразу растворяется в воде и при этом, возрастает вероятность, что использование такого состава приведет к взрыву всего баллона.

Для любознательных – один килограмм карбида кальция, в зависимости от чистоты и размера кусков, при контакте с водой может выделить более 250 дм 3 ацетилена!

Карбид кальция активно применяется во время газовой сварки и резки. Во время горения с кислородом, ацетилен может достигнуть наивысшей температуры плавления до 3150 градусов Цельсия, что делает его незаменимым в работе с тугоплавкими металлами, потому что для сваривания или резки необходима температура, вдвое превышающая градус плавления самого металла.

Для безопасного использования, ацетилен производят в специальных генераторах (рис. 2) на основе карбида кальция или природного газа, нефти и угля.

Второй способ получения ацетилена из природного газа, нефти и угля – более дешевый, чем применение карбида кальция, примерно на 30 – 40%.

Техника безопасности при работе с карбидом кальция.

Как уже Вам известно, карбид кальций – это взрывоопасное вещество и для обеспечения безопасной работы с ним необходимо выполнять несколько обязательных правил при использовании карбида для сварки. Главные положения, которые необходимо выполнять при сварочных работах на основе карбида кальция:

  • Учитывайте, что карбид кальция активно взаимодействует с воздухом и водой, выделяя легковоспламеняющийся ацетиленовый газ
  • Место хранения карбида для сварки должно быть сухим и герметичным.
  • Карбид кальция также взрывоопасен, поэтому искры и открытый огонь рядом с веществом строго воспрещены.
  • Пыль карбида (куски менее 2 мм) вызывают раздражения, попадая на кожу, глаза и слизистую оболочку рта, и носа.
  • Регулярные сварочные работы с применением карбида кальция должны проводиться в специально оборудованном для сварки помещении, в котором нет горючих веществ, и присутствуют только несгораемые материалы. Жизненно важно, чтобы все оборудование, связанное с хранением и производством ацетилена было изолировано в отдельных отсеках сварочной мастерской, а само помещение для генераторов должно легко проветриваться и в случае чего деактивироваться.
  • Установка генераторов ацетилена строго запрещена в подвальных комнатах.
  • После завершения сварочных работ с применением карбида кальция как «топлива», в генераторах все оставшееся вещество дорабатывается, и полученные шлаки в виде известкового ила удаляем из генератора в специальную яму или бункер.
  • Напомним, что карбид и ацетилен – взрывоопасные вещества. Поэтому курение, открытый огонь на расстоянии до 10 метров от места хранения отработанного карбида строго воспрещено.
  • При перевозке и хранении ацетиленовых баллонов, на конструкцию клапанов должны быть навинчены предохранительные колпаки. Толчки и удары при транспортировке нескольких баллонов смертельно опасны. Хранение и перевозка ацетиленовых баллонов с другими веществами не допустима.

И напоследок отметим, что карбид кальция является высокоинтенсивным веществом для получения ацетиленового газа, что сводит к минимуму его расход. Кроме того, один килограмм ацетилена, полученного из карбида кальция, выделяет тепла около 8 тысяч кДж.

Карбид кальция

При щелочной реакции углерода с металлами могут получится различные карбиды. За счет соединения определенных химических элементов получаются соединения, которые характеризуются высокой прочностью. Довольно большое распространение получил вариант исполнения, который получил название карбид кальция. Его стали применять в самых различных областях промышленности.

Внешний вид и характеристики технического карбида кальция

Впервые рассматриваемый состав был получен в 1862 году. Проводимая процедура касалась отделения кальция от извести, в результате чего получился бледно-серый состав без признаков, свойственных металлам. В результате опыта был получен карбид, который в последствии стал активно использоваться при выпуске различной продукции.

В начале 20 века карбид кальция стали использовать для производства ацетилена в больших объемах. Именно поэтому стали вести активные исследования для выявления более производительной технологии.

Технические характеристики материала определяют его широкое распространение. Внешний вид вещества характеризуется светло-серым цветом, выпускаются карбиды в виде камня или порошка.

Физические свойства

При выборе практически любого материала следует уделять больше всего внимания физическим свойствам. У рассматриваемого они следующие:

  1. Соединение имеет кристаллическую структуру.
  2. Показатель температуры плавления составляет 2300 °С. Стоит учитывать, что подобная цифра свойственна только чистому составу. Добавление в состав различных примесей приводит к тому, что температура плавления существенно падает.

Чистый карбид кальция

Стоит учитывать, что карбид кальция в большинстве случаев находится в твердом состоянии. Кроме этого, цвет может варьироваться от серого до коричневого цвета. Физические свойства карбида кальция определяют его широкое применение в самых различных отраслях промышленности.

Химические свойства

Немаловажное значение имеют и химические свойства. Они также учитываются при применении материала. К основным характеристикам можно отнести следующие качества:

  1. Карбид кальция характеризуется тем, что хорошо впитывает влагу. Стоит учитывать, подобная процедура проявляется яркой химической реакцией, связанной с разложением вещества.
  2. При работе с рассматриваемым материалом стоит учитывать, что образующаяся пыль оказывает раздражительный эффект на слизистые органы. Кроме этого, подобная реакция может проявится при попадании кристаллов или пыли на поверхность кожи. Именно поэтому при работе с рассматриваемым соединением следует использовать респиратор и некоторые другие средства защиты.
  3. Кристаллы активное реагируют на воздействие других веществ зачастую только при нагреве. При этом может образоваться карбонат кальция.
  4. В некоторых случаях проводится соединение кристаллического вещества с азотом, в результате чего получается цианамид кальция.
  5. При нагреве может проходить реакция с мышьяком и хлором, а также фосфором.

Считается, что наиболее важным химическим качеством является податливость к разложению при воздействии воды.

Как ранее было отмечено, карбид кальция активно применяется при получении самых различных материалов. Именно поэтому процесс получения карбида кальция постоянно совершенствовался. К особенностям применяемых технологий можно отнести нижеприведенные моменты:

  1. В качестве сырья применяется негашеная известь. В большинстве случаев вещество получается из извести, но в домашних условиях провести подобную процедуру сложно.
  2. Известь смешивается с измельченном коксом для получения однородной массы.
  3. В промышленности карбид кальция получают по схеме, которая предусматривает нагрев вещества до высокой температуры. Для этого применяются электронные печи. Рекомендуемая температура плавления составляет 1900 ⁰С.
  4. После нагрева вещества до столь высокой температуры оно переходит в жидкое состояние. Для работы подготавливаются специальные формы.

При рассмотрении того, как из углерода получить карбид кальция отметим, что по установленным стандартам в состав должно входить не менее 80% основного вещества. На долю примесей должно приходится не более 25%, в число которых также входит углерод. Производство оксида кальция также приводит к выделению тепловой энергии, что стоит учитывать.

Транспортировка и хранение

Порошок карбида кальция при воздействии влаги практически моментально разлагается. При этом образуется ацетилен, который при большой концентрации горюч и взрывоопасный. Именно поэтому нужно уделять довольно много внимания хранению карбида кальция, для чего часто применяют бидоны и специальные барабаны. К другим особенностям хранения отнесем следующие моменты:

  1. Выделяющийся ацетилен легче воздуха, поэтому скапливается вверху. Стоит учитывать, что он обладает наркотическими действиями, может самовоспламеняться.
  2. При производстве большого объема вещества особое внимание уделяется технике безопасности. Для фасовки применяются специальные упаковки.
  3. Для открытия упаковки следует использовать инструменты, которые не становятся причиной образования искр.
  4. Если вещество попадает на кожу или слизистую оболочку, то его нужно сразу удалить. При этом пострадавшая поверхность обрабатывается специальным кремом или другим защитно-заживляющим веществом.
  5. По установленным правилам, транспортировка может проводится исключительно при применении крытого транспортного средства. При этом проводить доставку по воздуху запрещается.
Читать еще:  Как очищают сахар на производстве

Контейнер для транспортировки

Установленные правила также запрещают хранить карбид кальция вместе с другими химическими веществами и источниками тепла. Это связано с тем, что образующиеся газы могут вступать в химическую реакцию с другими химическими веществами и возгораться.

Применение карбида кальция

Как ранее было отмечено, карбид кальция встречается в самых различных областях промышленности, зачастую поставляют для проведения промышленного синтеза. Свойства карбида кальция и реакция, протекающая при его соединении с различными веществами, определяют использование вещества в нижеприведенных случаях:

  1. Многие синтетически компоненты, входящих в состав современных материалов, производят на основе рассматриваемого компонента.
  2. Применяется для получения цианамида кальция. Подобный компонент используется для получения различных химических удобрений. Именно поэтому сырье применяется для регулирования скорости роста растений.
  3. Цианамид кальция также получают при соединении вещества с азотом.
  4. В некоторых случаях проводится восстановление металлов щелочной группы.
  5. Можно использовать рассматриваемое соединение в процессе газовой сварки.

При рассмотрении карбида кальция и области применения стоит учитывать, что подобное вещество чаще всего применяют для получения ацетилена. Подобный синтез карбида кальция разработал немецкий ученый. Среди особенностей подобного способа применения отметим следующие моменты:

  1. Ацетилен из карбида получают при оказании воздействия водой на используемое сырье.
  2. В результате прохождения химической реакции образуется требующийся газ, гашеная известь выпадает в осадок.
  3. Стоит учитывать, что при смешивании компонентов выделяется большое количество тепла. Поэтому работа должна проводится с учетом техники безопасности.
  4. В зависимости от вида применяемой технологии переработки сырья с 1 килограмма выходит около 290 литров газа.
  5. Скорость протекания процедуры зависит от чистоты применяемого сырья, температуры и количества воды.

Получение ацетилена из карбида кальция

Как показывает практика, при использовании чистого карбида на протекание химической реакции отводится около 20 литров волы на 1 килограмм сырья. Подобное количество воды требуется для того чтобы снизить температуру реакции, за счет чего обеспечиваются оптимальные условия для работы.

Техника безопасности

При проведении различных химических реакций для производства материалов должна соблюдаться техника безопасности. Как ранее было отмечено, выделяемые вещества могут быть взрывоопасными. Техника безопасности при взаимодействии с различными химическими веществами заключается в следующем:

  1. Для хранения и обработки требуется герметичное место. В обычном гараже проводить работы не рекомендуется.
  2. Нельзя допускать огонь к самому сырью, а также образующимся газам.
  3. Даже мелкие частицы могут привести к поражению кожных покровов. Именно поэтому работа должна проводится в респираторе и защитной одежде.
  4. Генераторы ацетилена размещают исключительно в хорошо изолированных помещениях.
  5. Если сырье применялось при проведении сварочных работ, то следует образующийся шлак утилизировать в специальных местах.
  6. При перемещении металлических и иных емкостей они должны быть надежно закреплены, столкновение и падение не допускается. Это может привести к появлению искр, которые станут причиной взрыва вещества.

Горение карбида кальция

Вышеприведенная информация определяет то, что работы с рассматриваемым сырьем не рекомендуется проводить в гараже или домашней мастерской. Несоблюдении технологии, отсутствии требующего оснащения и многие другие причины могут привести к возникновению искры и воспламенению веществ.

Карбид кальция реакция с водой

Рассматриваемое сырье чаще всего применяется для соединения с водой, в результате чего получается ацетилен. Взаимодействие карбида кальция с водой становится причиной появления газа с неприятным запахом и достаточно большим количеством различных примесей. В чистом виде получить подобное вещество можно только при его многоэтапной очистке.

Реакция карбида кальция с водой может быть проведена опытным путем. К особенностям подобной процедуры отнесем следующие моменты:

  1. В качестве емкости применяется 1,5-литровая бутылка.
  2. После ее заполнения водой добавляется несколько кусочков кристаллического материала.
  3. Протекание реакции приводит к появлению избыточного давления.
  4. После того как карбид кальция больше не вступает в реакцию, на бутылку помещается горящая бумага. В результате взаимодействия между карбидом кальция и водой образуется газ, который взрывается. При рассматриваемом опыте образуется огненное облако.

Подобный опыт довольно опасен и должен быть проведен с соблюдением техники безопасности.

В заключение отметим, что рассматриваемый компонент в последнее время часто применяется для проведения самых различных опытов. Соединение обладает большим количеством свойств, которые должны учитываться. Выделение тепла и газов становится причиной, по которой проводить опыты рекомендуется только в промышленности.

Карбид для сварки

Сварка карбида, сделанного на основе кремния, подразумевает его непосредственный контакт с водой, в ходе которого выделяется значительное количество ацетиленового газа и много тепла. Из-за данной эксплуатационной характеристики обеспечить безопасное хранение данного материала не так-то просто. Для того чтобы это сделать, карбид кладут в абсолютно герметичные баки, выполненные из кровельного металла. В них должно помещаться от 100 до 130 кг.

При сварке карбидом выделяется большое количество ацетилена — газа, отличающегося быстрой воспламеняемостью, поэтому при открытии таких бидонов следует позаботиться, чтобы поблизости не было искр и открытого пламени.

Сварочные работы с использованием карбидной пыли с размером частиц 2 мм и менее производиться не будут, так как такая пыль практически моментально растворяется в воде. Если же добавить в воду слишком большое количество такой пыли, то существует реальная вероятность взрыва. Между прочим, килограмм карбида может привести к выделению почти целого кубометра чистого ацетилена.

Какие меры безопасности нужны при работе с карбидом?

Выше говорилось, что карбид является взрывоопасным веществом, поэтому следует соблюдать определенные правила, которые помогут не допустить получения травм:

  • Это вещество практически моментально вступает во взаимодействие с воздухом и водой, причем результатом данной химической реакции будет горючий ацетилен. Вследствие такого свойства карбида для сварки его следует хранить в абсолютно сухой и герметичной таре.
  • Взрывоопасен не только выделяющийся газ, но и сам карбид, поэтому поблизости него не должно находиться искр или открытого пламени.
  • Карбидная пыль с размером частиц менее 2 мм при попадании на кожу и глаза может вызвать раздражение, поэтому работать с материалом следует в защитных перчатках и в очках.
  • Постоянная сварка с использованием карбида производится только в специальном помещении, где отсутствуют горючие вещества, а все предметы, находящиеся там, должны быть абсолютно несгораемыми. Хранить оборудование следует в полностью изолированных отсеках помещения. В нем должна быть оборудована система принудительной вентиляции.
  • Генераторы ацетилена, использующие в своей работе карбид, категорически запрещено размещать в подвальных помещениях.
  • Когда работы, связанные с проведением сварки, будут завершены, все загруженное вещество нужно будет выработать. Отработанные шлаки (они, как правило, представляют собой известковый налет) удаляются в бункер или в иное специально отведенное под это место.
  • Нельзя курить поблизости от проведения работ, рядом с самим карбидом — использование открытого огня разрешено на расстоянии не менее 10 метров.
  • Когда осуществляется транспортировка или хранение баллонов с ацетиленом, на клапаны в обязательном порядке надеваются защитные колпачки, также во время перевозки нельзя допускать соударения баллонов или тем более их падения. Производить транспортировку вместе с другими веществами также запрещено.

Как правильно применять карбид для проведения сварных работ?

Технология использования этого материала представляет собой следующую последовательность действий:

  • Его куски укладывают в корзину, причем их величина не должна превышать 8 см в диаметре, так как такой размер позволяет обеспечить выделение наибольшего количества ацетилена. Всю карбидную пыль предварительно удаляют, чтобы не допустить детонации материала во время работ.
  • В аппарат, заполненный водой, устанавливают эту корзину, тщательно закрывая ее специальной крышкой, оснащенной винтом поперечной подачи.
  • Начинают аккуратно вращать маховик винта, чтобы корзина постепенно опустилась в воду. Резкого погружения не допускают, так как это может привести к воспламенению газа и последующему взрыву. Карбид начнет постепенно реагировать с водой, выделяя значительные объемы ацетилена.


С того момента, как началось выделение ацетилена, можно приступать к проведению сварочных работ. Используют карбид для сварки стали, нержавеющих материалов, цветных металлов, а также разного рода заготовок, отличающихся достаточно высокой температурой плавления. В разобранном виде установка для ацетиленовой сварки является абсолютно безопасной.

Карбид кальция и ацетилен — друзья не разлей вода!

Карбид кальция имеет резкий чесночный запах и сильно поглощает воду. Его плотность повышается с увеличением количества примесей и изменяется в пределах 2,22-2,8 г/см 3 . Молекулярная масса — 64,102. Технический карбид кальция выпускают по ГОСТ 1460.

Читать еще:  Как правильно пользоваться электросваркой

Карбид кальция является основным сырьем для получения ацетилена — горючего газа применяемого при газовой сварке и газовой резке.

Карбид кальция был получен случайно в 1862 г. Немецкий химик Фридрих Вёлер (Friedrich Wöhler) 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 о С. Шихту, состоящую из смеси кокса или антрацита и извести в определенной пропорции, загружают в электропечь, шихта расплавляется, при этом происходит эндотермическая химическая реакция (т. е. с поглощением тепла) по формуле:

СаО+3С = СаС2+СО -108 ккал/моль

Таким образом, для получения 1 т карбида кальция требуется:

  • 4000 кг извести
  • 600 кг кокса
  • 1965 кВт·ч электроэнергии

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 карбида кальция, мм

Товарным карбидом кальция считается грануляцией от 2 до 100 мм. Карбидная пыль, получающаяся при дроблении, непригодна для нормальных ацетиленовых генераторов из-за слишком энергичного разложения 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, %

Удельный вес технического карбида

Технический карбид кальция, получаемый в электропечах, содержит ряд примесей, попадающих в него из исходных материалов, которыми пользуются при его производстве. Средний химический состав технического карбида кальция применяемого для сварки:

Содержание, % (по массе)

Карбид кальция (СаС2)

Окись магния (MgO)

Окись кремния (SiO2)

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.

При температуре 1000°С карбид кальция, взаимодействуя с азотом, образует цианамид кальция:

Эта реакция используется для промышленного производства цианамида кальция. Цианамид кальция применяется в качестве удобрения и как исходный продукт для получения цианидов.

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.

Гидролиз карбида кальция или карбид кальция плюс вода

Одним из промышленных способом получения ацетилена для газовой сварки и газовой резки является гидролиз карбида кальция т.е. разложение в воде.

При взаимодействии карбида кальция (CaC2) с водой (H2O) образовывается газ — ацетилен (C2H2) и гашеная известь (Ca(OH)2), являющуюся отходом. Химическая активность карбида кальция по отношению к воде столь велика, что он разлагается даже кристаллизационной водой, содержащейся в солях.

Экзотермическая реакция (т.е. с выделением тепла) взаимодействия карбида кальция с водой протекает бурно по уравнению:

Тепловой эффект разложения технического карбида кальция слагается из тепла, выделяемого при взаимодействии с водой карбида кальция и негашеной извести (содержащейся в карбиде кальция). 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 разложения карбида кальция и опасность перегрева ацетилена заставляют вести процесс разложения карбида 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.

Минимальное количество воды, необходимое для охлаждения при разложении 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 кальци 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:

где q — количество тепла, выделяющееся при разложении 1 кг 70%-го карбида кальция, равное 397 ккал/кг
q1 — количество тепла, затрачиваемое на нагревание получаемой гашеной извести с 15 до 60°С:
q1= 1,127×(60-15)-0,23= 11,7 ккал
0,23 — средняя теплоемкость гидрата окиси кальция в ккал/кг

q2 — количество тепла, затрачиваемое на нагревание получаемого ацетилена с 15 до 60° С:
q2=0,284×(60-15)-0,336 = 4,3 ккал
0,336 — средняя теплоемкость 1 кг ацетилена в ккал в указанном интервале температур

q3 — тепло, затрачиваемое на испарение воды в количестве 0,034 кг (при 60° С содержание водяных паров, насыщающих ацетилен, полученный из 1 кг карбида кальция, равно 34 г) скрытая теплота парообразования воды — 539 ккал/кг
q3 = 0,034×539+0,034×1×(60-15) -19,9 ккал

q4 — потеря тепла в окружающую среду и на нагревание стенок генератора, она составляет примерно 7% от общего количества выделяющегося тепла:
q4=397×7/100=27,8 ккал

q5 — количество тепла, расходуемое на нагревание воды до температуры 60° С:
q5=q×(q1+q2+q3+q4)=397×(11,7+4,3+19,9+27,8) = 336,3 ккал

Искомый минимальный безопасный объем воды равен:

Так как 1 м 3 ацетилена при абсолютном давлении 1 кгс/мм 2 и 20°С весит 1,09 кг, следовательно, из 1 кг химически чистого карбида кальция теоретически можно получить 0,406/1,09 = 0,3725 м 3 , или 372,5 л ацетилена.

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 из технического карбида кальция в зависимости от количества примесей (сорта) и размеров «кусков» (грануляции) указаны в ГОСТ 1460.

Для Получение ацетилена из карбида кальция осуществляется в аппаратах, называемых ацетиленовыми генераторами.

Чем меньше размеры кусков карбида кальция, тем быстрее происходит его разложение.

Например: Карбид кальция размером 50×80 мм разлагается полностью в течение 13 мин, а размером 8×15 мм — в течение 6,5 мин.

При величине кусков менее 2 мм карбид кальция считается отходом и называется карбидной пылью. Карбидная пыль разлагается практически мгновенно. При взаимодействии с водой разложение карбидной пыли происходит на поверхности воды и выделяемое тепло не может быть быстро отведено. Это приводит к повышению температуры в зоне реакции и перегреву частиц карбида и выделяющегося ацетилена. При этом особенно опасно присутствие воздуха, так как быстро достигается температура воспламенения ацетилено-воздушной смеси. Поэтому карбидную пыль нельзя применять в обычных ацетиленовых генераторах, рассчитанных для работы на кусковом карбиде кальция, так как это может вызвать взрыв ацетилена в генераторе. Для разложения карбидной пыли применяют генераторы специальной конструкции.

Читать еще:  Как сделать ДВС своими руками

Чем выше температура воды, тем быстрее идет разложение карбида кальция. Если вода сильно загрязнена гашеной известью, образующейся при разложении карбида кальция, то реакция разложения 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 разложение 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 карбида кальция может привести к взрыву ацетилено-воздушной смеси или вызвать взрывчатый распад ацетилена.

Если производить разложение одинаковых количеств карбида кальция различными постепенно уменьшающимися количествами воды, то температура получаемой смеси ацетилен — водяной пар будет соответственно повышаться. При температуре около 90°С почти все тепло (за исключением тепла, затрачиваемого на нагревание ацетилена и карбидного ила) расходуется на образование водяного пара. Эти условия разложения соответствуют процессу, при котором получается сухой гидрат окиси кальция, поскольку вся вводимая в реакцию вода расходуется на разложение карбида и образование водяного пара.

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 разложение происходит быстрее и равномернее.

Скорость разложения карбида кальция в воде зависит от чистоты карбида кальция и поверхности соприкосновения кусков карбида кальция с водой.

Скорость разложения карбида кальция в воде является весьма важным элементом, характеризующим качество карбида кальция. Для практических целей пользуются понятием продолжительности разложения.

Продолжительностью разложения карбида кальция 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.

Как делают карбид для сварки

Ваша корзина пуста, для оформления заказа выберите товар в каталоге

Поиск по каталогу

Доставка продукции осуществляется компанией ХИМОПТТОРГ во все регионы Центральной России:

  • Белгородская область
  • Липецкая область
  • Курская область
  • Тамбовская область
  • Воронежская область

Карбид кальция: применение и меры безопасности

Определение

Карбиды – химические соединения которые получаеются в результате щелочных реакций углерода с металлами. В большинстве случаев получаются сверхтвердые сплавы, сравнимые по своим твердостным характеристикам с алмазом.

Наиболее широкую известность и распространение получил сплав, называемый карбид кальция — химическая формула соединения CaC2

Сейчас небольшой экскурс в историю возникновения этого химического соединения.

Коротко об истории

Технология

В производстве карбида кальция участвуют два элемента: оксид кальция (CaO) известный также как негашеная известь и углеродные соединения в виде кокса (антрацита, каменного угля):

CaO + 3C = CaC2 +CO
Оба компонента подвергаются измельчению и последующему обжигу и расплавлению посредством электродугового способа.

Готовый раствор доходит до твердого состояния в специальных формах, а впоследствии подвергается дроблению и сортировке.

Минимальный температурный порог образования карбида кальция 1619°С. Как правило, процесс производства ведется при 1900-1950°С. Температурный рост приведет к распаду карбида кальция на металл и углерод.

При наличии небольшой электродуговой печи и источника тока можно воспроизвести процесс образования карбида кальция:

  • Берем графитовый тигель или угольный электрод (перед этим сделав в нем углубление) &#8658 помещаем негашеную известь и равные по массе куски кокса
  • Подводим электрод к смеси создавая электрическую дугу. Уголь хорошо проводит ток в смеси &#8658 ждем примерно полчаса пока дуга будет гореть
  • После остывания смесь превращается в сплав, который, если опыт прошел успешно, содержит маленькие кусочки карбида. Чтобы проверить это, полученную массу поместим в воду и соберем образующиеся пузырьки газа в пробирке, перевернутой вверх дном и заполненной водой.

Можно выделить ряд факторов, влияющих на быстроту формирования и качественные характеристики конечного продукта:

  • размер, плотность, наличие примесей в первоначальном сырье
  • физические и технические параметры печи
  • соблюдение этапов технологического процесса

Несмотря на модернизацию промышленных процессов, производство карбида кальция остается трудозатратным, требующим больших площадей и финансовых вложений.

Особенности

Карбид кальция — прочный элемент с кристаллической структурой. От качества исходного сырья зависит конечный тон: может варьироваться от голубоватого до фиолетового, черного. А также возможно присутствие неприятного запаха с нотками чеснока. Процесс слияния с водой, растворами минеральных кислот, щелочей протекает с выделением большого количества тепла, имеет производственную важность.

CaC2 + 2H2O => Ca(OH)2 + C2H2 — формула взаимодействия карбида кальция с водой .
В результате этой реакции также образуется ацетилен — ненасыщенный углеводород с тройной связью.

С кислородом реакция разложения карбида кальция идет только под воздействием повышенных температур (700 — 900 °C):
2CaC2 + 5O2 → 2CaO + 4CO2 — в результате реакции образуется оксид кальция (CaO) и оксид углерода (IV) (CO2)

Складирование и перевозка

Карбид кальция нужно фасовать во влагозащищенных емкостях, резервуарах, чтобы исключить доступ влаги и не допустить процесса распада. Процедуре расфасовки и распаковки стоит уделить особое внимание

  • проявить аккуратность, не использовать инструмент, образующий искры при работе.
  • необходимо обеспечить участников процесса средствами защиты, так как попадание карбида в организм и на кожу человека является опасным.
  • перевозка производится только транспортными средствами с закрытым кузовом. Аэродоставка запрещена.
  • нужно обеспечить производственное помещение вентиляционной системой и не допускать совместного хранения с прочими товарами.

Срок годности карбида кальция не превышает шесть месяцев

Полезные стороны

Карбид кальция — стартовый элемент для производства многих соединений.

Агрегация карбида кальция и азота используется в получении цианамида кальция.

Он относится к нитратным стимуляторам, активно используемым в агрономии. Эта соль становится исходным компонентом при синтезе мочевины, гуанидина.

В металлургии служит для раскисления металлов и десульфурации (понижение содержания кислорода и серы соответственно).

А какую забаву вызывало у детей похитить со стройки камушек карбида и бросать в лужи, любуясь шипением и бурлением. А особо смелые подносили спичку к исходившему газу, и загоралось голубое пламя.

Полезный газ

Изначально карбид кальция применялся исключительно для получения ацетилена. Это органическое соединение использовали для создания карбидных ламп, применяемых для освещения улиц. Такие источники света используют и сегодня в спелеологии, как походное снаряжение, на маяках.

Ацетилен – полупрозрачный, водорастворимый газ используется для получения таких органических соединений, как хлорэтан, поливинилхлорид, стирол.

Существует ряд синтетических продуктов, производных ацетилена. Например, комбинации с хлором дают продукты, превосходно растворяющие органические соединения, а также неорганические: серу, фосфор. Поскольку такие продукты являются негорючими, они успешно используются при вытяжке жиров. Ацетилениды кальция (соли ацетилена) с ионами серебра, меди и ртути используются в создании взрывчатых веществ. Особенно сильной разрушающей взрывной силой обладает соединение с золотом.

В функционировании реактивных двигателей участвует коктейль ацетилена и аммиака.

Ацетилен в соединении с H2O образует ацетальдегид, из которого изготавливается синтетическая уксусная кислота, ацетон, искусственные смолы и этиловый или водочный спирт

C2H2 + H2O → СH3-CHO

Всем известные клей ПВА, грампластинки, рекламные баннеры также являются производными этого газа.

Техника безопасности

Как уже отмечалось ранее, карбид кальций – это взрывоопасное вещество и для соблюдения безопасности в работе с ним нужно следовать нескольким обязательным условиям:

  • создать герметичное место хранения и обработки;
  • не допускать доступа источника огня;
  • мелкие частички (карбидная пыль) вызывают раздражения кожных покровов, органов дыхания, поэтому обязательна защитная одежда, респираторы;
  • генераторы ацетилена должны размещаться в строго изолированных местах;
  • по завершении сварочных работ обязательно нужно утилизировать неотработанные шлаки в специальных местах;
  • при транспортировке и хранении нужно исключить возможность столкновения баллонов, емкостей, так как это несет смертельную опасность.

Карбид кальция – источник производства многих органических и неорганических соединений, которые широко используются в разных сферах жизни человека. Многие из них не имеют аналогов. Но, наряду с неисчерпаемой пользой этого вещества, не стоит забывать и о вреде, который он может нанести человечеству и экологии, ведь он относится к первому классу опасности, обладает взрыво и пожароопасными действиями.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector