碳化鈣(CaC2)

碳化鈣

CaC2一般指本詞條

碳化鈣,電石的主要成分,是無機化合物,白色晶體,工業品為灰黑色塊狀物,斷面為紫色或灰色。遇水立即發生激烈反應,生成乙炔,並放出熱量。碳化鈣是重要的基本化工原料,主要用於產生乙炔氣。也用於有機合成、氧炔焊接等。

2017年10月27日,世界衛生組織國際癌症研究機構公布的致癌物清單初步整理參考,碳化鈣生產在3類致癌物清單中。

基本介紹

  • 中文名:碳化鈣
  • 英文名:Calcium Carbide
  • 別稱:電石、乙炔鈣、嘎石
  • 化學式:CaC2
  • 分子量:64.10
  • CAS登錄號:75-20-7
  • EINECS登錄號:200-848-3
  • 熔點:2300℃
  • 水溶性:分解
  • 密度:2.22 g/cm3
  • 外觀:白色晶體
  • 閃點:-17.8℃
  • 套用:生產乙炔
  • 危險性符號:F, T
  • 危險性描述:易燃,有毒
  • 危險品運輸編號:UN 1402 4.3/PG 2
結構及性質,理化特性,晶體結構,套用,製法,危害,健康危害,毒理學特性及環境行為,急救措施,應急處理,儲藏,

結構及性質

理化特性

英文別名: Calcium carbide; calcium acetylide; Quartz crystal; calcium ethynediide; ethyne, calcium salt (1:1)
碳化鈣
電子式:Ca2+[:C≡C:]2- 中間的“≡”代表三對共用電子對
InChI: InChI=1/C2. Ca/c1-2;/q-2;+2
理化性質:礦石為黃褐色或黑色的塊狀固體,純品為白色晶體(含CaC2較高的是紫色)。密度2.22克/立方厘米,熔點2300℃(與CaC2含量有關),遇水立即發生激烈反應,生成乙炔,並放出熱量,電石含量不同熔點也隨之變化。
雜質:因電石中常含有化鈣(Ca3 As2)、磷化鈣(Ca3 P2)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,因此使用由電石產生的乙炔有毒。

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,但由於[: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,相當於碳碳叄鍵的鍵長,Ca和C間的距離為259和282pm。
CaC2的晶體結構CaC2的晶體結構

套用

反應原理:CaC2+2H2O==Ca(OH)2+C2H2
這是一個放熱反應,ΔH = -120kJ/mol,因此需要用飽和食鹽水與之反應來控制反應速率。
CaC2能導電,純度越高,導電越易。
(1)電石與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於金屬的焊接和切割。
電石-石灰相平衡圖電石-石灰相平衡圖
(2)加熱粉狀電石與氮氣時,反應生成氰氨化鈣,即石灰氮
CaC2 + N2 → CaCN2 + C , ΔH = -296kJ/mol
石灰氮是製備氨基氰的重要原料。加熱石灰氮 與食鹽反應生成的熔體用於採金及有色金屬工業。
(3)電石本身可用於鋼鐵工業的脫硫劑。
(4)生產聚氯乙烯(PVC),電石法生產聚氯乙烯利用電石(碳化鈣CaC2),遇水生成乙炔(C2H2),將乙炔與氯化氫(HCl)合成制出氯乙烯單體(CH2=CHCl),再通過聚合反應使氯乙烯生成聚氯乙烯—[CH2—CHCI]n—的化學反應方法。
(5)舊時礦工下礦,將電石放入鐵罐之中利用生成的乙炔(C2H2)製作成電石燈。

製法

反應方程式:CaO + 3C → CaC2 + CO , ΔH = +465.7kJ/mol
這是一個強吸熱反應,故需在2100-2500K的電爐中進行。
工業上一般使用電爐熔煉法與氧熱法,電爐熔煉法是將焦炭氧化鈣(分子式 CaO)置於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生產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,使煤氣的產(發)生自然化。每熔煉一噸80% CaC2,從石灰石中提取純炭168kg左右,產生煤氣(CO在55%—95%)6000—2600 m3,可生產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,用於煤化工或清潔發電。此工藝為無消耗能源型和無污染型的CaC2生產和煤氣生產。
電石燈電石燈
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。避免產生粉塵。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。配備泄漏應急處理設備。倒空的容器可能殘留有害物。

危害

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、齲齒髮病率增高。

毒理學特性及環境行為

燃爆危險: 本品遇濕易燃。
危險特性:乾燥時不燃,遇水或濕氣能迅速產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)產物:乙炔、一氧化碳、二氧化碳。

急救措施

皮膚接觸:立即脫去污染的衣著,用大量流動清水沖洗至少15分鐘。就醫。
眼睛接觸:立即提起眼瞼,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

隔離泄漏污染區,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。不要直接接觸泄漏物。小量泄漏:用砂土、乾燥石灰或蘇打灰混合。使用無火花工具收集於乾燥、潔淨、有蓋的容器中,轉移至安全場所。大量泄漏:用塑膠布、帆布覆蓋。與有關技術部門聯繫,確定清除方法。
滅火方法:禁止用水或泡沫滅火。二氧化碳也無效。須用乾燥石墨粉或其它乾粉(如乾砂)滅火。

儲藏

儲存於陰涼、乾燥、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。儲區應備有合適的材料收容泄漏物。

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