كربيد الكالسيوم (CaC₂)، المعروف باسمكربيدأوحجر كهربائي، يتم إنتاجه بشكل رئيسي من خلال العمليات الصناعية التي تنطوي على تفاعلات درجات الحرارة العالية.
1. طريقة فرن القوس الكهربائي (العملية الصناعية الرئيسية)
مبدأ
بهذه الطريقةالحجر الجيري (CaCO₃)وفحم الكوك (الكربون)الخضوع للتفاعل في فرن القوس الكهربائي عند درجة حرارة2000-2200 درجة. يتم التفاعل على مرحلتين:
تحلل الحجر الجيري:CaCO₃ΔCaO+CO₂↑
اختزال أكسيد الكالسيوم بالكربون:CaO+3CEEالقوس الكهربائيCaC₂+CO↑
عملية
تحضير المواد الخام:
الحجر الجيري(نقاوة أكبر من أو تساوي 90%) يتم سحقها إلى حجم جسيم معين.
فحم الكوك(الكربون الثابت العالي، منخفض الكبريت) يعمل كعامل اختزال وموصل للكهرباء.
خلط:
يتم خلط الحجر الجيري وفحم الكوك فينسبة الكتلة 1:3وتدخل إلى الفرن.
رد فعل ارتفاع درجة الحرارة:
تحت تأثير التيار الكهربائي (200-400 فولت)، يتم تشكيل قوس، وتسخين الخليط إلى درجة حرارة تزيد عن 2000 درجة.
يتفاعل أكسيد الكالسيوم مع الكربون لتكوين كربيد الكالسيوم وأول أكسيد الكربون (CO).
معالجة المنتج:
يتم تبريد كربيد الكالسيوم المنصهر في قوالب لتكوين كتل صلبة.
يتم إطلاق غاز ثاني أكسيد الكربون (مع تنقيته) أو إعادة تدويره.
المزايا
كفاءة عالية ومناسبة للإنتاج على نطاق واسع (الإنتاج السنوي في العالم يتجاوز 100 مليون طن).
فعالة من حيث التكلفة لإنتاج الأسيتيلين على نطاق صناعي.
عيوب
كثيف الاستهلاك للطاقة للغاية (~3000-4000 كيلووات/ساعة لكل طن من CaC₂).
مطلوب فحم الكوك عالي النقاء ويتم توليد انبعاثات ثاني أكسيد الكربون.
2. التخفيض الكربوثرمي في درجات الحرارة العالية (عمليات مخبرية أو متخصصة)
مبدأ
استخدام ثاني أكسيد السيليكون (SiO₂) أو الألومنيوم كعامل اختزال لإنتاج كربيد الكالسيوم من أكسيد الكالسيوم:
CaO+3Cدرجة الحرارة العالية.CaC₂+CO↑
أو
4CaO+Al₂O₃درجة حرارة عالية.2CaC₂+2CaO\\cdotpAl₂O₃
عملية
التكليس: يتم تسخين الحجر الجيري لإنتاج أكسيد الكالسيوم (CaO).
رد فعل: CaO смешивается с углеродом (или кремнием/алюминием) и нагревается в печи (>2000 درجة).
تنظيف المنتج: يتم سحق المنتج المبرد وتنقيته لتحرير CaC₂.
المزايا
مناسبة للتوليف المختبري أو الإنتاج على نطاق صغير.
يسمح بالتحكم الدقيق في النظافة.
عيوب
الكفاءة المنخفضة وارتفاع تكاليف الطاقة تحد من الاستخدام الصناعي.
3. طرق بديلة
(1) الاختزال الكربوثيرمي باستخدام السيليكا
يستخدم SiO₂ كعامل اختزال: 2CaO+SiO₂+5CΔ2CaC₂+SiC+4CO↑.
ينتج كربيد الكالسيوم وكربيد السيليكون (SiC) كمنتج ثانوي.
(2) فرن القطب مع مصادر الكربون الغازية
طريقة تجريبية باستخدام الميثان (CH₄) كمصدر للكربون: CaO+CH₄ΔCaC₂+2H₂↑
لا يزال قيد البحث بسبب -مشاكل فنية.
(3) الاختزال الحيوي (تجريبي)
يستخدم الكائنات الحية الدقيقة لاختزال CaCO₃ إلى CaC₂، لكن قابلية التوسع محدودة.