炭化カルシウム 化学特性,用途語,生産方法
外観
白色～灰褐色、塊～粉末
性質
炭化カルシウムの融点は約2,300℃で、相対密度は2.22です。常温での一般的な結晶形は正方晶系で、カルシウムイオン (Ca2+) とアセチリドイオン (C22−) で満たされた塩化ナトリウム型の結晶構造をとります。
加熱していくと、450℃ で立方晶系に転移します。純粋な炭化カルシウムは無色ですが、低純度の炭化カルシウムの破片は灰色または茶色で、約80〜85%のCaC2で構成されています。残りはCaO (酸化カルシウム)、Ca3P2 (リン化カルシウム)、CaS (硫化カルシウム)、Ca3N2 (窒化カルシウム)、SiC (炭化ケイ素) などです。
反応
炭化カルシウムは、水と接触するとアセチレンを生成します (CaC2+2H2O→C2H2+Ca(OH)2)。1gの炭化カルシウムから370mLのアセチレンが合成できます。
炭化カルシウムは、高温下 (約1,100℃) で窒素と反応させると、肥料として使われているカルシウムシアナミドが生成します (CaC2+N2→CaCN2+C)。窒素分子の三重結合を化学的に切断する数少ない方法の一つです。
溶解性
水と激しく反応。水または湿気に触れると分解し、発熱して自然発火するおそれがある。分解の際にはアセチレンを発生する。
解説
炭化カルシウム，タンカカルシウム，CaC2(69.10)．IUPAC組成方式名称は二炭化(2－)カルシウム(calcium dicarbide(2－))．工業製品名としての通俗名はカーバイド．コークスと生石灰を，電気炉で2000 ℃ 以上に加熱してつくる．4種類の変態がある．常温では正方晶系，450 ℃ で立方晶系に転移する．無色の結晶．ただし，工業製品は不純物(炭素など)のため，黒灰色の塊．Ca2＋ とC≡ C2－が岩塩型構造の結晶をつくるが，C≡ C2－は Cl－ のように球対称でないため，ひずんでいる．密度2.22 g cm－3(18 ℃)．Ca-C 2.60，2.81 Å，C-C 1.19 Å．融点2300 ℃．水と反応してアセチレンを発生する．乾燥空気中では室温では安定であるが，350 ℃ 以上では酸化される．N2 と600 ℃ 以上で反応してカルシウムシアナミドCaCN2となる．高温では還元性で，多くの酸化物などを還元する．たとえば，CuS，CuO→Cu．おもな用途は石灰窒素肥料の原料，そのほか小規模アセチレン発生用(実験室・野外など)．以前はレッペ反応で各種の有機化合物を合成するためのアセチレンを炭化カルシウムからつくったが，現在は石油化学製品にかわった．金属製造用の還元剤にも用いられる．消防法第3類危険物・自然発火性物質及び禁水性物質指定．
用途
石灰窒素製造、金属酸化物の還元、鋼の脱硫?脱水剤、溶接及び溶断用、火工?鉄鋼などの火焔硬化用
用途
工業的な慣用名はカーバイトである。アセチレンの原料として有機合成化学工業に用いられるほか、石灰窒素の原料となり、製鋼の脱硫、脱酸剤として用いられ、酸化マグネシウムを高温で還元して金属マグネシウムを製造する還元剤として実用されたこともある。
製法
炭化カルシウムは、コークスと生石灰を2,200℃ 以上になどで加熱して製造します 。
CaO+3C→CaC2+CO
この反応に必要な高温は、従来の燃焼では実際には達成できないため、反応はグラファイト電極を備えた電気炉で行われます。電気炉法は、1892年にT.L.ウィルソンによって発見され、同じ年にH.モアッサンによって独立して発見されました。
説明
Calcium carbide,is a binary salt. It is a grayish-black hard solid that reacts with water to produce acetylene gas, a solid corrosive that is calcium hydroxide, and release heat. Acetylene gas is manufactured by reacting calcium carbide with water. Because acetylene is so unstable, it is not shipped in bulk quantities.
Calcium carbide is shipped to acetylene-generating plants where it is reacted with water in a controlled reaction. After the reaction process, the acetylene gas is placed into specially designed containers with a honeycombed mesh inside for shipment and use. It is dissolved in acetone for stability. Calcium carbide has a specific gravity of 2.22, which is heavier than water. The four-digit UN identification number for calcium carbide is 1402. The NFPA 704 designation is health 3, flammability 3, and reactivity 2. The white section at the bottom of the diamond contains a W with a slash through it, indicating water reactivity. It is shipped in metal cans, drums, and specially designed covered bins on railcars and trucks. When shipped and stored, it should be kept in a cool, dry place. Primary uses are in the generation of acetylene gas for welding, vinyl acetate monomer, and as a reducing agent.
化学的特性
grey or black solid with a garlic-like odour
物理的性質
Grayish-black orthorhombic crystal; density 2.22 g/cm
3; melts at 2,200°C; reacts with water.
使用
Calcium carbide is the most relevant carbide industrially because of its important role as the basis of acetylene industry. In locations where there is shortage of petroleum, Calcium Carbide is used as the starting material for the production of acetylene (1 kg of carbide yields ~300 liters acetylene), which, in turn, can be used as a building block for a range of organic chemicals (e.g. vinyl acetate, acetaldehyde and acetic acid). In some locations, acetylene is also used to produce vinyl chloride, the raw material for the production of PVC.
A less important use of Calcium Carbide is related to the ferilizers industry. It reacts with nitrogen to form calcium cyanamide, which is the starting material for the production of cyanamide (CH2N2). Cyanamide is a common agricultural product used to stimulate early foliation.
Calcium Carbide can also be employed as desulfurizing agent for producing low-sulfur carbon steel. Also, it is used as a reducing agent to produce metals from their salts, e.g., for direct reduction of copper sulfide to metallic copper.
製造方法
Calcium carbide (CaC2) is manufactured by heating a lime and carbon mixture to 2000 to 2100°C (3632 to 3812°F) in an electric arc furnace. At those temperatures, the lime is reduced by carbon to calcium carbide and carbon monoxide (CO), according to the following reaction: CaO + 3C → CaC2 + CO
Lime for the reaction is usually made by calcining limestone in a kiln at the plant site. The sources of carbon for the reaction are petroleum coke, metallurgical coke, and anthracite coal. Because impurities in the furnace charge remain in the calcium carbide product, the lime should contain no more than 0.5 percent each of magnesium oxide, aluminum oxide, and iron oxide, and 0.004 percent phosphorus. Also, the coke charge should be low in ash and sulfur. Analyses indicate that 0.2 to 1.0 percent ash and 5 to 6 percent sulfur are typical in petroleum coke. About 991 kilograms (kg) (2,185 pounds [lb]) of lime, 683 kg (1,506 lb) of coke, and 17 to 20 kg (37 to 44 lb) of electrode paste are required to produce 1 megagram (Mg) (2,205 lb) of calcium carbide.
反応性
Calcium carbide is grayish-black solid, reacts with water yielding acetylene gas and calcium hydroxide, formed at electric furnace temperature from calcium oxide and carbon.
一般的な説明
Grayish-black irregular lump solid. Used to make acetylene and in steel manufacture.
空気と水の反応
Reacts rapidly with water to generate the flammable gas acetylene and the base calcium hydroxide. Enough heat may be generated to ignite the gas [Jones, G.W. BM Report Invest. 3755 1944].
反応プロフィール
Calcium carbide is a reducing agent. May react vigorously with oxidizing materials. The powdered mixture of the acetylide and iron oxide and iron chloride burns violently upon ignition, producing molten iron. Calcium carbide incandesces with chlorine, bromine, or iodine at 245, 350, or 305°C., respectively, [Mellor, 1946, Vol. 5, 862]. The carbide burns incandescently when mixed and heated with lead difluoride, magnesium, hydrogen chloride, and tin (II) chloride, [Mellor, 1946, 1940, 1946, and 1941], respectively. Interaction of Calcium carbide with methanol to give calcium methoxide is vigorous , but subject to an induction period of variable length. Once reaction starts, evolution of acetylene gas is very rapid, unpublished observations [Bretherick 1995]. Mixing Calcium carbide with silver nitrate solutions forms silver acetylide, a highly sensitive explosive. Copper salt solutions would behave similarly, [Photogr. Sci. Eng., 1966, 10, 334]. The mixture of Calcium carbide and sodium peroxide is explosive, as is Calcium carbide and perchloryl fluoride as gases at 100-300°C.
危険性
Forms flammable and explosive gas and
corrosive solid with moisture.
健康ハザード
It is a corrosive solid. Because it is highlywater-reactive, skin contact can cause burn.
火災危険
Behavior in Fire: If wet by water, highly flammable acetylene gas is formed.
取扱いおよび保管上の注意
取扱い及び保管上の注意は、下記の通りです。
- 直射日光を避け、換気の良いなるべく涼しい場所に容器を密栓して保管する。
- 屋外や換気の良い区域のみで使用する。
- 水や湿気と激しく反応し爆発のおそれがあるため、接触を避ける。
- 発火し激しく燃焼する可能性があるため、塩化鉄、酸化鉄、塩化スズとの混合は避ける。
- 火災や爆発のおそれがあるため、ハロゲンや塩化水素、鉛、フッ化マグネシウム、過酸化ナトリウム、硫黄との接触は避ける。
- 使用時は保護手袋、保護衣、保護眼鏡を着用する。
- 取扱い後はよく手を洗浄する。
- 皮膚に付着した場合は、大量の水で洗い流す。
- 眼に入った場合は、水で15～20分間注意深く洗う。
参考文献
法規情報
炭化カルシウムは国内法規上において、毒物及び劇物取締法や化学物質排出把握管理促進法 (PRTR法) には指定がありません。
一方で、労働安全衛生法では「危険物・発火性の物」、消防法では「危険物第3類自然発火性物質及び禁水性物質 (危険等級II)、カルシウムの炭化物」に指定されているので、取り扱いには注意が必要です。
使用用途
炭化カルシウムのおもな用途は、石灰窒素肥料の原料および溶切断用アセチレンバーナーへの使用です。また、実験室・野外などで、小規模なアセチレン発生用にも用いられています。伝統的な照明器具であるアセチレンランプは、炭化カルシウムに水を滴下することで発生させたアセチレンガスを燃焼させています。
各種の有機化合物を合成するためのアセチレンは、古くには炭化カルシウムからレッペ反応で製造していましたが、その後石油化学製品を原料にする形に変わりました。金属製造用の還元剤にも用いられており、製鉄製造の製鋼工程においては、脱硫、脱酸剤としても使用されています。
安全性プロファイル
Reaction on contact
with moisture forms explosive acetylene gas.
Flammable on contact with moisture, acid
or acid fumes; evolves heat or flammable
vapors. Moderate explosion hazard.
Incandescent reaction with Cl2 (245℃), Brz
(350℃), IS (305℃), HCl gas + heat, PbF2,
Mg + heat. Incompatible with Se, (KOH +
Ch), AgNO3, Na2O2, SnCl2, S, water.
Mixtures with iron(IⅡ) chloride, iron(IⅡ)
oxide, tin(Ⅱ) chloride are easily ignited and
burn fiercely. Vigorous reaction with
methanol after an induction period.
Addttion to silver nitrate solutions
precipitates the dangerously explosive silver
acetylide. Copper salt solutions behave
similarly. See also CALCIUM
HYDROXIDE and ACETYLENE.
炭化カルシウム 上流と下流の製品情報
原材料
準備製品