Карбит: состав, свойства и применение¶

Карбит — промышленное название карбида кальция (CaC₂), неорганического соединения, получаемого восстановлением извести углём в электропечи при температуре около 2000 °C. Представляет собой твёрдое вещество серого или чёрного цвета с характерным запахом, образующимся при контакте с влагой из-за примесей ацетилена и сернистых соединений. Широко применяется для получения ацетилена, а также в металлургии и сельском хозяйстве.

¶Состав и свойства

Чистый карбид кальция — бесцветные кристаллы, однако промышленный карбит содержит примеси: оксид кальция (CaO), карбиды кремния, алюминия, железа, сернистые соединения. Именно примеси придают ему характерный резкий запах. Плотность карбида — около 2,22 г/см³, температура плавления — 2160 °C.

Основная химическая реакция карбида — взаимодействие с водой с выделением ацетилена:

CaC₂ + 2H₂O → C₂H₂↑ + Ca(OH)₂

Реакция идёт бурно, с выделением тепла; в промышленных условиях воду подают на карбит дозированно. Карбид реагирует также с азотом при нагревании, образуя цианамид кальция (CaCN₂), — этот процесс использовался для производства азотных удобрений.

¶Получение

Промышленный карбит получают в электропечах с дуговым разрядом. Смесь извести (CaO) и кокса (угля) нагревают до 2000–2200 °C; при этом известь восстанавливается углём:

CaO + 3C → CaC₂ + CO

Полученный расплав разливают в изложницы, охлаждают и дробят. Основные производители карбида в мире — Китай, Индия, Россия, Европа. В России крупнейшие предприятия расположены в Сибири, где доступна дешёвая электроэнергия для электропечей.

¶Применение

¶Ацетиленовая сварка и резка

Главный потребитель карбида — производство ацетилена, который используется в автогенной сварке и резке металлов. Карбит помещают в генератор (ацетиленовый аппарат), куда подают воду; выделяющийся ацетилен сжигают с кислородом, получая пламя с температурой до 3100 °C. Несмотря на конкуренцию пропан-бутановых смесей, автогенная сварка сохраняет значение там, где нет доступа к баллонным газам.

¶Металлургия

В чёрной металлургии карбид применяют для десульфурации чугуна и стали — он связывает серу, образуя сульфид кальция. Также карбид используется как восстановитель в производстве некоторых металлов (например, хрома, марганца).

¶Сельское хозяйство

Цианамид кальция, получаемый из карбида, применяется как азотное удобрение и гербицид. В некоторых странах карбид используют для обработки зерна и борьбы с грызунами (газ, выделяющийся при реакции с водой, применяется в фумигации).

¶Прочее

Карбид применяется в производстве кальцияцианида (для очистки металлов от серы и фосфора), в химической промышленности для синтеза различных органических соединений. В быту карбид использовался в карбидных лампах («лампах Дрейфуса») и фонарях для освещения шахт и тоннелей — в XX веке они постепенно вытеснены электрическими источниками света.

¶Хранение и безопасность

Карбид гигроскопичен и реагирует с влагой воздуха, поэтому хранят его в герметичной таре — металлических бочках или мешках из плотной плёнки. При контакте с водой выделяется ацетилен — горючий и взрывоопасный газ; смесь ацетилена с воздухом взрывается при концентрации 2,5–80 %. Поэтому работы с карбитом требуют соблюдения мер пожарной безопасности. Пыль карбида раздражает слизистые оболочки и кожу.

¶Экология

Побочный продукт производства карбида — избыток извести и шлак, а также угарный газ. Современные предприятия утилизируют отходы и используют их в дорожном строительстве. При неправильной утилизации отработанный карбит (карбидная каша) может загрязнять почву и грунтовые воды.

Источники:

• Химическая энциклопедия / под ред. И. Л. Кнунянца. — М.: Большая Российская энциклопедия.
• Справочник химика / под ред. Б. П. Никольского. — Л.: Химия.
• ГОСТ 1460-81 «Карбид кальция технический. Технические условия».
• Учебник «Неорганическая химия» под ред. А. Е. Печенкина.