Карбит: свойства, получение и применение¶
Карбит — устаревшее и просторечное название технического карбида кальция (CaC₂), а также газообразного ацетилена, получаемого при его взаимодействии с водой. В быту и в среде сварщиков, газосварщиков и работников автономного освещения под «карбитом» чаще всего понимают именно твёрдое вещество — карбид кальция, тогда как «карбитным газом» называют выделяющийся ацетилен. Термин закрепился в русском языке в конце XIX — начале XX века, когда карбидные лампы и карбидная сварка получили массовое распространение.
¶Химическая природа
Карбид кальция — это химическое соединение кальция и углерода с формулой CaC₂. Чистое вещество представляет собой прозрачные кристаллы, однако технический продукт, поступающий в продажу, имеет серо-коричневый или тёмно-серый цвет из-за примесей (оксидов, фосфидов, сульфидов кальция и других соединений). Молярная масса составляет около 64,1 г/моль, плотность технического продукта — примерно 2,2 г/см³.
Кристаллическая решётка карбида кальция тетрагональная и содержит так называемые ацетиленид-ионы C₂²⁻. Именно наличие этой группировки определяет главное химическое свойство вещества — способность при реакции с водой выделять ацетилен:
CaC₂ + 2H₂O → Ca(OH)₂ + C₂H₂↑
Реакция экзотермическая, протекает бурно, сопровождается сильным разогревом и характерным резким запахом, который обусловлен примесями — фосфином (PH₃) и сероводородом (H₂S).
¶История получения
Промышленный способ получения карбида кальция был открыт в 1892 году американским химиком Томасом Уилсоном, а независимо от него — французским химиком Анри Муассаном в 1894 году. Метод основан на восстановлении оксида кальция углеродом в электродуговой печи при температуре около 2000–2200 °C:
CaO + 3C → CaC₂ + CO
Именно это открытие дало толчок развитию электротермической промышленности и сделало ацетилен доступным газом. В России первые карбидные заводы появились в начале XX века; значительную роль в развитии технологии сыграли предприятия Урала и Донбасса.
¶Получение и производство
Современное производство карбида кальция включает несколько стадий:
- Обжиг известняка для получения негашёной извести (CaO).
- Смешивание извести с коксом или антрацитом в заданной пропорции.
- Плавление шихты в рудно-термической электропечи при температуре свыше 2000 °C.
- Слив расплава, охлаждение и дробление на куски определённого размера.
Готовый продукт сортируется по гранулометрическому составу — от мелкой крошки до крупных кусков диаметром 50–80 мм. Для газосварки и газовой резки обычно применяют гранулы 25–80 мм, для карбидных ламп — более мелкие фракции.
¶Применение
¶Газосварка и резка металлов
Долгое время карбид кальция был основным источником ацетилена для газовой сварки и резки металлов. Ацетиленовое пламя даёт температуру до 3100–3200 °C, что позволяет сваривать и разрезать стальные конструкции. В СССР карбидные генераторы были распространены на стройках, в мастерских и на монтажных работах.
¶Карбидные лампы
Карбидная лампа — осветительный прибор, в котором ацетилен, получаемый при капельном подводе воды к карбиду, сгорает в специальной горелке, давая яркое белое пламя. Такие лампы применялись шахтёрами, спелеологами, велосипедистами и путешественниками до широкого распространения электрических фонарей и аккумуляторных батарей.
¶Химическая промышленность
Ацетилен, получаемый из карбида, служит сырьём для синтеза многих органических веществ: уксусной кислоты, винилхлорида, акрилонитрила, растворителей и синтетических каучуков. В середине XX века карбидный ацетилен был основой крупнотоннажной химии, однако позднее значительную часть производств перевели на более экономичный способ получения ацетилена из природного газа (пиролиз метана).
¶Другие области
Карбид кальция применяется также для десульфурации чугуна и стали в металлургии, для получения цианамида кальция (удобрение и исходное вещество для синтеза цианамида), а также в некоторых технологиях обезвоживания и сушки.
¶Хранение и техника безопасности
Карбид кальция относится к веществам повышенной опасности. При контакте с водой, влагой воздуха или даже с потом на коже он бурно реагирует с выделением горючего ацетилена. Хранят его в герметичных металлических барабанах в сухих, хорошо проветриваемых помещениях, вдали от источников огня и воды. Запрещается тушить загоревшийся карбид водой — применяют сухой песок или углекислотные огнетушители.
Ацетилен образует с воздухом взрывоопасные смеси в широком диапазоне концентраций (от 2,3 до 80,7 % по объёму), поэтому работы с карбидными генераторами требуют строгого соблюдения правил безопасности. Кроме того, примеси фосфина делают «карбитный газ» токсичным, что требует эффективной вентиляции помещений.
¶Карбит в языке и культуре
Слово «карбит» прочно вошло в русскую речь: «карбидка» — карбидная лампа, «карбитчик» — работник, занятый на карбидном производстве или сварке. В шахтёрском и спелеологическом фольклоре карбидная лампа стала символом подземных исследований. В настоящее время термин в значительной степени вытеснен точным наименованием «карбид кальция», однако продолжает встречаться в разговорной речи, технической документации прошлых лет и художественной литературе.
¶Современное состояние
Сегодня карбид кальция сохраняет значение в металлургии, в производстве ацетилена для локальных нужд и в ряде химических синтезов. Крупнейшими производителями являются Китай, Россия, Индия и страны Европы. В России карбид кальция выпускается преимущественно на предприятиях химической и металлургической отраслей. Постепенное сокращение применения карбидного ацетилена в промышленности компенсируется устойчивым спросом на вещество в малой энергетике, ремонтных работах и специальных областях.
Источники: технические справочники по неорганической химии; ГОСТ на карбид кальция; материалы по истории электротермического производства; энциклопедические словари по химии и технике.