Metody produkcji węgliku wapnia (CAC₂)
Węglik wapnia (CAC₂), powszechnie znany jakoWęglikaLubKamień elektryczny, Jest produkowany przede wszystkim metodami przemysłowymi, które obejmują reakcje o wysokiej temperaturze.
1. Metoda pieca elektrycznego (główny proces przemysłowy)
Zasada
W tej metodzie,Wapień (caco₃)IKoks (węgiel)Reagowane w elektrycznym piecu łukowym w temperaturach2000–2200 stopni. Reakcja występuje w dwóch etapach:
Rozkład wapienia: CACO₃δ CaO+CO₂ ↑
Zmniejszenie tlenku wapnia przez węgiel: Cao +3 Arc CAC₂+CO ↑
Przepływ procesu
Przygotowanie surowców:
Wapień(Czystość większa lub równa 90%) jest zmiażdżona do określonej wielkości cząstek.
Coke(Wysoka stała zawartość węgla, niska siarka) działa zarówno jako środek redukujący, jak i przewodnik elektryczny.
Mieszanie:
Wapień i koks są mieszane w1: 3 Współczynnik masyI karmiony do pieca.
Reakcja w wysokiej temperaturze:
Prąd elektryczny (200–400 V) wytwarza łuk, ogrzewając mieszaninę do ponad 2000 stopni.
Tlenek wapnia reaguje z węglem, tworząc węglik wapnia i tlenek węgla (CO).
Obsługa produktów:
Stopiony węglika wapnia jest chłodzony w formach, tworząc solidne bloki.
CO Gas jest albo wentylowany (z szorowaniem) lub poddany recyklingowi.
Zalety
Wysoka wydajność, odpowiednia do produkcji na dużą skalę (globalna roczna produkcja przekracza 100 milionów ton).
Opłacalny dla produkcji acetylenu w skali przemysłowej.
Wady
Niezwykle energochłonne (~ 3000–4000 kWh na tonę CAC₂).
Wymaga koksu o dużej czystości i generuje emisję CO.
2. Wysokotemperaturowa redukcja karbotermiczna (procesy w skali laboratoryjnej lub wyspecjalizowane)
Zasada
Używa dwutlenku krzemu (SiO₂) lub aluminium jako środka redukującego do wytworzenia węglika wapnia z tlenku wapnia:
Cao +3 Chigh Temp. CAC₂+CO ↑
Lub
4cao+al₂o₃high Temp. 2cac₂ +2 cao \ cdotpal₂o₃
Przepływ procesu
Kalcynacja: Wapień jest podgrzewany w celu wytwarzania tlenku wapnia (CAO).
Reakcja: CaO is mixed with carbon (or silicon/aluminum) and heated in a furnace (>2000 stopnia).
Oczyszczanie produktu: Ochłodzony produkt jest zmiażdżony i udoskonalany w celu izolacji CAC₂.
Zalety
Nadaje się do syntezy laboratoryjnej lub produkcji na małą skalę.
Umożliwia precyzyjną kontrolę nad czystością.
Wady
Niska wydajność i wysokie koszty energii ograniczają zużycie przemysłowe.
3. Alternatywne metody
(1) Redukcja węgla z dwutlenkiem krzemu
Używa SiO₂ jako środka redukującego: 2CAO+SIO₂ +5 Cδ 2CAC₂+SIC +4 CO ↑
Produkuje węglik wapnia i węglika krzemu (SIC) jako produkt uboczny.
(2) Piec elektrodowy z gazowymi źródłami węgla
Metoda eksperymentalna z wykorzystaniem metanu (CH₄) jako źródła węgla: CaO+CH₄δ CAC₂ +2 H₂ ↑
Nadal w fazie badawczej z powodu wyzwań technicznych.
(3) Bio-redukcja (eksperymentalna)
Wykorzystuje mikroorganizmy do zmniejszenia kako₃ do CAC₂, ale skalowalność jest ograniczona.
