Carbură de calciu (CaC₂), cunoscută în mod obișnuit cacarburăsaupiatra electrica, este produsă în principal prin procese industriale care implică reacții la temperatură ridicată.
1. Metoda cuptorului cu arc electric (procesul industrial principal)
Principiu
Cu această metodăcalcar (CaCO₃)Şicocs (carbon)suferă o reacție într-un cuptor cu arc electric la o temperatură2000-2200 grade. Reacția are loc în două etape:
Descompunerea calcarului:CaCO₃ΔCaO+CO₂↑
Reducerea oxidului de calciu cu carbon:CaO+3CEEarc electricCaC₂+CO↑
Proces
Pregatirea materiilor prime:
Calcar(puritate mai mare sau egală cu 90%) este zdrobită la o anumită dimensiune a particulei.
Cocs(carbon fix ridicat, sulf scăzut) acționează ca agent reducător și conductor de electricitate.
Amestecarea:
Calcarul și cocs sunt amestecate înraport de masă 1:3și introdusă în cuptor.
Reacție la temperatură ridicată:
Sub influența curentului electric (200-400 V), se formează un arc, încălzind amestecul la o temperatură de peste 2000 de grade.
Oxidul de calciu reacţionează cu carbonul pentru a forma carbură de calciu şi monoxid de carbon (CO).
Prelucrarea produsului:
Carbura de calciu topită este răcită în matrițe pentru a forma blocuri solide.
Gazul CO este fie eliberat (cu purificare), fie reciclat.
Avantaje
Eficiență ridicată, potrivită pentru producția pe scară largă (producția anuală mondială depășește 100 de milioane de tone).
Cost-eficient pentru producția de acetilenă la scară industrială.
Defecte
Extrem de consumator de energie (~3000-4000 kW/h per tonă de CaC₂).
Este necesar cocs de înaltă puritate și sunt generate emisii de CO.
2. Reducere carbotermă la temperaturi ridicate (procede de laborator sau specializate)
Principiu
Folosind dioxid de siliciu (SiO₂) sau aluminiu ca agent reducător pentru a produce carbură de calciu din oxid de calciu:
CaO+3CHtemp. înaltă CaC₂+CO↑
sau
4CaO+Al₂O₃Temp. înaltă.2CaC₂+2CaO\\cdotpAl₂O₃
Proces
Calcinare: Calcarul este încălzit pentru a produce oxid de calciu (CaO).
Reacţie: CaO смешивается с углеродом (или кремнием/алюминием) и нагревается в печи (>2000 de grade).
Curățarea produsului: Produsul răcit este zdrobit și purificat pentru a elibera CaC₂.
Avantaje
Potrivit pentru sinteză de laborator sau producție la scară mică.
Permite controlul precis al curățeniei.
Defecte
Eficiența scăzută și costurile mari ale energiei limitează utilizarea industrială.
3. Metode alternative
(1) Reducere carbotermă folosind silice
Utilizează SiO₂ ca agent reducător: 2CaO+SiO₂+5CΔ2CaC₂+SiC{+4CO↑.
Produce carbură de calciu și carbură de siliciu (SiC) ca produs secundar.
(2) Cuptor cu electrozi cu surse gazoase de carbon
Metodă experimentală folosind metan (CH₄) ca sursă de carbon: CaO+CH₄ΔCaC₂+2H₂↑
Încă în curs de cercetare din cauza -problemelor tehnice.
(3) Bioreducere (experimental)
Utilizează microorganisme pentru a reduce CaCO₃ la CaC₂, dar scalabilitatea este limitată.