Калциев карбид (CaC₂), известен катокарбидилиелектрически камък, се произвежда главно чрез промишлени процеси, включващи високотемпературни реакции.
1. Метод на електродъгова пещ (основен промишлен процес)
Принцип
С този методваровик (CaCO₃)Икокс (въглероден)претърпяват реакция в електродъгова пещ при температура2000-2200 градуса. Реакцията протича на два етапа:
Разлагане на варовик:CaCO₃ΔCaO+CO₂↑
Редукция на калциев оксид от въглерод:CaO+3CEEелектрическа дъгаCaC₂+CO↑
Процес
Подготовка на суровините:
Варовик(чистота по-голяма или равна на 90%) се натрошава до определен размер на частиците.
Кокс(високо съдържание на фиксиран въглерод, ниско съдържание на сяра) действа като редуциращ агент и проводник на електричество.
Смесване:
Смесват се варовик и коксмасово съотношение 1:3и се подава във фурната.
Реакция при висока температура:
Под въздействието на електрически ток (200-400 V) се образува дъга, която нагрява сместа до температура над 2000 градуса.
Калциевият оксид реагира с въглерода, за да образува калциев карбид и въглероден оксид (CO).
Обработка на продукта:
Разтопеният калциев карбид се охлажда във форми, за да се образуват твърди блокове.
CO газът или се освобождава (с пречистване), или се рециклира.
Предимства
Висока ефективност, подходяща за широкомащабно производство (годишното производство в света надхвърля 100 милиона тона).
Рентабилен за производство на ацетилен в индустриален мащаб.
недостатъци
Изключително енергоемък (~3000-4000 kW/h на тон CaC₂).
Необходим е кокс с висока чистота и се генерират CO емисии.
2. Високотемпературна карботермична редукция (лабораторни или специализирани процеси)
Принцип
Използване на силициев диоксид (SiO₂) или алуминий като редуциращ агент за получаване на калциев карбид от калциев оксид:
CaO+3CHВисока температура CaC₂+CO↑
или
4CaO+Al₂O₃Висока температура 2CaC₂+2CaO\\cdotpAl₂O₃
Процес
Калциниране: Варовикът се нагрява, за да се получи калциев оксид (CaO).
реакция: CaO смешивается с углеродом (или кремнием/алюминием) и нагревается в печи (>2000 градуса).
Почистване на продукта: Охладеният продукт се раздробява и пречиства, за да се освободи CaC₂.
Предимства
Подходящ за лабораторен синтез или производство в малък мащаб.
Позволява прецизен контрол на чистотата.
недостатъци
Ниската ефективност и високите енергийни разходи ограничават промишлената употреба.
3. Алтернативни методи
(1) Карботермична редукция с помощта на силициев диоксид
Използва SiO₂ като редуциращ агент: 2CaO+SiO₂+5CΔ2CaC₂+SiC+4CO↑.
Произвежда калциев карбид и силициев карбид (SiC) като страничен продукт.
(2) Електродна пещ с източници на газообразен въглерод
Експериментален метод, използващ метан (CH₄) като източник на въглерод: CaO+CH₄ΔCaC₂+2H₂↑
Все още се проучва поради -технически проблеми.
(3) Биоредукция (експериментално)
Използва микроорганизми за редуциране на CaCO₃ до CaC₂, но мащабируемостта е ограничена.