Kalcijev karbid (CaC₂), splošno znan kotkarbidozelektrični kamen, se večinoma proizvaja z industrijskimi procesi, ki vključujejo visokotemperaturne reakcije.
1. Metoda elektroobločne peči (glavni industrijski proces)
Načelo
S to metodoapnenec (CaCO₃)inkoks (ogljik)reagirajo v elektroobločni peči pri temperaturi2000-2200 stopinj. Reakcija poteka v dveh fazah:
Razgradnja apnenca:CaCO₃ΔCaO+CO₂↑
Redukcija kalcijevega oksida z ogljikom:CaO+3CEEelektrični lokCaC₂+CO↑
Proces
Priprava surovin:
Apnenec(čistost večja ali enaka 90 %) se zdrobi na določeno velikost delcev.
kokakola(visoka vsebnost vezanega ogljika, malo žvepla) deluje kot reducent in prevodnik električne energije.
Mešanje:
Vmešata apnenec in koksmasno razmerje 1:3in dal v pečico.
Visokotemperaturna reakcija:
Pod vplivom električnega toka (200-400 V) nastane lok, ki segreje mešanico na temperaturo več kot 2000 stopinj.
Kalcijev oksid reagira z ogljikom, da nastane kalcijev karbid in ogljikov monoksid (CO).
Obdelava izdelka:
Staljeni kalcijev karbid se ohladi v kalupih, da se oblikujejo trdni bloki.
Plin CO se sprosti (s čiščenjem) ali reciklira.
Prednosti
Visoka učinkovitost, primerna za obsežno proizvodnjo (svetovna letna proizvodnja presega 100 milijonov ton).
Stroškovno učinkovito za proizvodnjo acetilena v industrijskem obsegu.
Napake
Izjemno energetsko intenziven (~3000-4000 kW/h na tono CaC₂).
Potreben je koks visoke čistosti in nastajajo emisije CO.
2. Visokotemperaturna karbotermična redukcija (laboratorijski ali specializirani postopki)
Načelo
Uporaba silicijevega dioksida (SiO₂) ali aluminija kot redukcijskega sredstva za proizvodnjo kalcijevega karbida iz kalcijevega oksida:
CaO+3CHVisoka temp.CaC₂+CO↑
oz
4CaO+Al₂O₃Visoka temp.2CaC₂+2CaO\\cdotpAl₂O₃
Proces
Kalcinacija: apnenec se segreva, da nastane kalcijev oksid (CaO).
Reakcija: CaO смешивается с углеродом (или кремнием/алюминием) и нагревается в печи (>2000 stopinj).
Čiščenje izdelka: Ohlajeni produkt se zdrobi in prečisti, da se sprosti CaC₂.
Prednosti
Primerno za laboratorijsko sintezo ali proizvodnjo v majhnem obsegu.
Omogoča natančno kontrolo čistoče.
Napake
Nizka učinkovitost in visoki stroški energije omejujejo industrijsko uporabo.
3. Alternativne metode
(1) Karbotermična redukcija z uporabo silicijevega dioksida
Uporablja SiO₂ kot redukcijsko sredstvo: 2CaO+SiO₂+5CΔ2CaC₂+SiC+4CO↑.
Proizvaja kalcijev karbid in silicijev karbid (SiC) kot stranski proizvod.
(2) Elektrodna peč s plinastimi viri ogljika
Eksperimentalna metoda z uporabo metana (CH₄) kot vira ogljika: CaO+CH₄ΔCaC₂+2H₂↑
Še vedno v raziskavi zaradi-tehničnih težav.
(3) Bioredukcija (eksperimentalno)
Uporablja mikroorganizme za zmanjšanje CaCO₃ na CaC₂, vendar je razširljivost omejena.