概述
簡介
中文名稱:碳化鈣
中文别名:電石;電石四級;電石塊
英文别名:Calcium carbide; calcium acetylide; Quartz crystal; calcium ethynediide; ethyne, calcium salt (1:1)
電子式:Ca2+[:C≡C:]2-中間的“≡”代表三對共用電子對
晶體結構
CaC2最常見的晶型屬四方晶系,在298K到720K之間穩定,
其結構如右圖所示。四方CaC2的晶體結構類似NaCl型,但由于[:C≡C:]2-離子呈橢圓形,定向排列,晶體屬四方晶系。在CaC2晶體的[:C≡C:]2-離子中,C-C距離為120pm,相當于碳碳叁鍵的鍵長,Ca和C間的距離為259和282pm。
理化特性
主要成分
理化性質:礦石為黃褐色或黑色的塊狀固體,純品為無色晶體(含CaC2較高的是紫色)。密度2.22克/立方厘米,熔點2000℃(與CaC2含量有關),遇水立即發生激烈反應,生成乙炔,并放出熱量,電石含量不同熔點也随之變化。
雜質:因電石中常含有砷化鈣(Ca3As2)、磷化鈣(Ca3P2)等雜質,與水作用時同時放出砷化氫(AsH3)、磷化氫(PH3)等有毒氣體,因此使用由電石産生的乙炔有毒(須通過濃H2SO4和重鉻酸鉀洗液除去)。
主要用途
碳化鈣是重要的基本化工原料,主要用于産生乙炔氣。也用于有機合成、氧炔焊接等。CaC2能導電,純度越高,導電越易。
制取乙炔:
反應原理:CaC2+2H2O==Ca(OH)2+C2H2↑
CaC2能導電,純度越高,導電越易。
其他用途
(1)電石與水反應生成的乙炔可以合成許多有機化合物
例如:合成橡膠、人造樹脂、丙酮、烯酮、炭黑等;同時乙炔一氧焰廣泛用于金屬的焊接和切割。
(2)加熱粉狀電石與氮氣時,反應生成氰氨化鈣,即石灰氮,加熱石灰氮與食鹽反應生成的氰熔體用于采金及有色金屬工業。
(3)電石本身可用于鋼鐵工業的脫硫劑。
(4)生産聚氯乙烯(PVC),電石法生産聚氯乙烯利用電石(碳化鈣CaC2),遇水生成乙炔(C2H2),将乙炔與氯化氫(HCl)合成制出氯乙烯單體(CH2CHCl),再通過聚合反應使氯乙烯生成聚氯乙烯—[CHCHCI]n—的化學反應方法。
具體代表廠家為:新疆天業、新疆中泰、青島海晶、宜賓天原等。
工業制法
工業上一般使用電爐熔煉法與氧熱法,電爐熔煉法是将焦炭與氧化鈣(分子式CaO)置于2200℃左右的電爐中熔煉,生成碳化鈣(分子式CaC2)。氧熱法:即:高爐富氧氧熱法熔煉CaC2(電石))、石灰石中提取炭、高溫低壓煤氣發生爐。此一爐三使用工藝技術,使CaC2生産綜合利用了煤氣化過程中的餘熱和煤灰,煤灰加配料熔融後生成CaC2和矽鐵(提純CaC2時);“高溫低壓”煤氣發生爐,使煤氣的産(發)生自然化。每熔煉一噸80%CaC2,從石灰石中提取純炭168kg左右,産生煤氣(CO在55%-95%)、6000-2600m3,可生産4.5噸左右的甲醇。富氧既提高爐溫又提高了煤氣的CO質量,氧氣尤為一舉兩用,煤熱能利用後的煤氣,用于煤化工或清潔發電。此工藝為無消耗能源型和無污染型的CaC2生産和煤氣生産。
操作處理
密閉操作,全面排風。操作人員必須經過專門培訓,嚴格遵守操作規程。建議操作人員佩戴自吸過濾式防塵口罩,戴化學安全防護眼鏡,穿化學防護服,戴橡膠手套。避免産生粉塵。避免與酸類、醇類接觸。尤其要注意避免與水接觸。搬運時要輕裝輕卸,防止包裝及容器損壞。配備洩漏應急處理設備。倒空的容器可能殘留有害物。
危害
危險特性
在空氣中碳化鈣可吸收水分,能導電、純度愈高、導電愈易。遇水或水蒸汽即能發生易燃易爆的乙炔氣(俗稱電石氣),該氣體遇火花可着火,也會被反應的熱點燃。乙炔氣與某些重金屬鹽可排成高級爆炸混合物。碳化鈣常含有磷、硫等雜質,與水作用還會放出磷化氫和硫化氫等有毒氣體。當磷化氫含量超過0.08%,硫化氫含量超過0.15%時,容易引起自燃爆炸。其粉末對眼睛及呼吸器官有刺激,會引起皮膚燒傷。碳化鈣是有機合成工業的基本原料之一,它既能生成乙炔氣,用于焊接和切割金屬,也是制造聚氯乙烯的原料。粉塵能使皮膚産生刺激性症狀,生成的雜質特别是硫化氫和磷化氫能使人中毒。另外還由于遇水易生成可燃和易爆炸的乙炔,故列為危險品。
健康危害
損害皮膚,引起皮膚瘙癢、炎症、“鳥眼”樣潰瘍、黑皮病。皮膚灼傷表現為創面長期不愈及慢性潰瘍型。接觸工人出現汗少、牙釉質損害、齲齒發病率增高。
毒理學特性及環境行為
燃爆危險:本品遇濕易燃。
危險特性:幹燥時不燃,遇水或濕氣能迅速産生高度易燃的乙炔氣體,在空氣中達到一定的濃度時,可發生爆炸性災害。與酸類物質能發生劇烈反應。
燃燒(分解)産物:乙炔、一氧化碳、二氧化碳。
急救措施
皮膚接觸:立即脫去污染的衣着,用大量流動清水沖洗至少15分鐘。就醫。
眼睛接觸:立即提起眼睑,用大量流動清水或生理鹽水徹底沖洗至少15分鐘。就醫。
吸入:脫離現場至空氣新鮮處。保持呼吸道通暢。如呼吸困難,給輸氧。如呼吸停止,立即進行人工呼吸。就醫。
應急處理
隔離洩漏污染區,限制出入。切斷火源。建議應急處理人員戴自給正壓式呼吸器,穿化學防護服。不要直接接觸洩漏物。小量洩漏:用砂土、幹燥石灰或蘇打灰混合。使用無火花工具收集于幹燥、潔淨、有蓋的容器中,轉移至安全場所。大量洩漏:用塑料布、帆布複蓋。與有關技術部門聯系,确定清除方法。
滅火方法:禁止用水或泡沫滅火。二氧化碳也無效。須用幹燥石墨粉或其它幹粉(如幹砂)滅火。
非法催熟
在德裡Azadpur Mandi市場,蘋果販布希姆(Bhim)承認多年來一直在向蘋果中注入化學物質碳化鈣,以幫助這些産于喜馬拉雅山腳下的蘋果催熟後進入市場。盡管印度食品安全标準局禁止使用碳化鈣,因為碳化鈣可能導緻癌症,但此舉仍屢禁不止。
儲藏
儲存于陰涼、幹燥、通風良好的庫房。遠離火種、熱源。相對濕度保持在75%以下。包裝必須密封,切勿受潮。應與酸類、醇類等分開存放,切忌混儲。儲區應備有合适的材料收容洩漏物。