Calciumcarbide (CaC₂), algemeen bekend alscarbideofelektrische steen, wordt voornamelijk geproduceerd door industriële processen waarbij reacties bij hoge temperaturen betrokken zijn.
1. Elektroboogovenmethode (belangrijkste industriële proces)
Beginsel
Met deze methodekalksteen (CaCO₃)Encokes (koolstof)een reactie ondergaan in een vlamboogoven bij een bepaalde temperatuur2000-2200 graden. De reactie vindt plaats in twee fasen:
Ontleding van kalksteen:CaCO₃ΔCaO+CO₂↑
Reductie van calciumoxide door koolstof:CaO+3CEElektrische boogCaC₂+CO↑
Proces
Bereiding van grondstoffen:
Kalksteen(zuiverheid Groter dan of gelijk aan 90%) wordt vermalen tot een bepaalde deeltjesgrootte.
Cokes(hoog koolstofgehalte, laag zwavelgehalte) werkt als reductiemiddel en geleider van elektriciteit.
Mengen:
Kalksteen en cokes worden erdoor gemengdmassaverhouding 1:3en in de oven gevoerd.
Reactie op hoge temperatuur:
Onder invloed van elektrische stroom (200-400 V) wordt een boog gevormd, waardoor het mengsel wordt verwarmd tot een temperatuur van meer dan 2000 graden.
Calciumoxide reageert met koolstof en vormt calciumcarbide en koolmonoxide (CO).
Productverwerking:
Gesmolten calciumcarbide wordt in mallen gekoeld om massieve blokken te vormen.
Het CO-gas komt vrij (met zuivering) of wordt gerecycled.
Voordelen
Hoog rendement, geschikt voor grootschalige productie (de jaarlijkse productie in de wereld bedraagt meer dan 100 miljoen ton).
Kosteneffectief voor de productie van acetyleen op industriële schaal.
Gebreken
Extreem energie-intensief (~3000-4000 kW/u per ton CaC₂).
Er is hoogzuivere cokes nodig en er ontstaat CO-uitstoot.
2. Carbotherme reductie bij hoge temperaturen (laboratorium- of gespecialiseerde processen)
Beginsel
Gebruik van siliciumdioxide (SiO₂) of aluminium als reductiemiddel om calciumcarbide uit calciumoxide te produceren:
CaO+3CHoge temperatuurCaC₂+CO↑
of
4CaO+Al₂O₃Hoge temperatuur.2CaC₂+2CaO\\cdotpAl₂O₃
Proces
Calcineren: Kalksteen wordt verwarmd om calciumoxide (CaO) te produceren.
Reactie: CaO смешивается с углеродом (или кремнием/алюминием) и нагревается в печи (>2000 graden).
Productreiniging: Het gekoelde product wordt vermalen en gezuiverd, waarbij CaC₂ vrijkomt.
Voordelen
Geschikt voor laboratoriumsynthese of kleinschalige productie.
Maakt nauwkeurige controle van de netheid mogelijk.
Gebreken
Een laag rendement en hoge energiekosten beperken het industriële gebruik.
3. Alternatieve methoden
(1) Carbothermische reductie met behulp van silica
Gebruikt SiO₂ als reductiemiddel: 2CaO+SiO₂+5CΔ2CaC₂+SiC+4CO↑.
Produceert calciumcarbide en siliciumcarbide (SiC) als bijproduct.
(2) Elektrodenoven met gasvormige koolstofbronnen
Experimentele methode met methaan (CH₄) als koolstofbron: CaO+CH₄ΔCaC₂+2H₂↑
Nog steeds in onderzoek vanwege -technische problemen.
(3) Bioreductie (experimenteel)
Gebruikt micro-organismen om CaCO₃ terug te brengen tot CaC₂, maar de schaalbaarheid is beperkt.