Краткое описание технологического процесса производства карбида кальция 

Карбид кальция (CaC₂) в просторечии называется карбидом. Промышленный продукт имеет серый, желтовато-коричневый или черный цвет; продукт с более высоким содержанием карбида кальция имеет фиолетовый оттенок. Его свежий излом имеет блеск, на воздухе он поглощает влагу и становится серым или серовато-белым. Обладает электропроводностью: чем выше чистота, тем лучше проводимость. На воздухе способен поглощать влагу. При разложении водой образует ацетилен и гидроксид кальция. При взаимодействии с азотом образует цианамид кальция.

Карбид кальция является одним из основных видов сырья в химической промышленности органического синтеза. Он является важным сырьем для ацетиленовой химии. Ацетилен, получаемый из карбида кальция, широко используется для сварки и резки металлов.

Методы производства включают термоокислительный и электротермический способы. Обычно для производства карбида кальция применяется электротермический метод, при котором негашеная известь и углеродсодержащее сырье (кокс, антрацит или нефтяной кокс) в карбидной печи под действием высоких температур электрической дуги плавятся и вступают в реакцию с образованием карбида кальция. Схема производственного процесса показана на рисунке. Основные этапы производства: подготовка сырья; дозирование и смешивание; загрузка смеси в печь через верхние загрузочные устройства или трубопроводы; нагрев в открытой или закрытой печи до температуры около 2000°C, где протекает реакция образования карбида кальция по следующей формуле: CaO + 3C → CaC₂ + CO.

Расплавленный карбид кальция выпускается со дна печи, после охлаждения и дробления упаковывается как готовая продукция. Образующийся в ходе реакции монооксид углерода отводится различными способами в зависимости от типа печи: в открытых печах CO сгорает над поверхностью шихты, и образующееся пламя вместе с пылью рассеивается наружу; в полузакрытых печах часть CO отсасывается вытяжными зонтами, установленными над печью, а остальная часть сгорает на поверхности шихты; в закрытых печах весь CO отсасывается.

(I) Технологический процесс производства карбида кальция

Обожженная известь после дробления и грохочения подается в силосы для хранения и ожидания использования. Известь и кокс, соответствующие требованиям производства карбида кальция, дозируются в установленном соотношении. С помощью ковшового элеватора шихта подается в бункеры на верху печи, затем через загрузочные трубы поступает в печь. В печи под действием тепла электрической дуги электродов и сопротивления шихты протекает реакция с образованием карбида кальция.

Карбид кальция периодически выпускается из печи в карбидные ковши, после охлаждения дробится до определенных требуемых фракций, получая готовый продукт — карбид кальция. В карбидной печи тепло, выделяемое электрической дугой и сопротивлением, нагревает шихту до 1900-2200°C. Общее химическое уравнение реакции выглядит следующим образом:

CaO + 3C = CaC₂ + CO + 10800 ккал

(II) Технология производства в карбидной печи

1. Дозирование, подача и распределение шихты на колошнике печи

Качественное сырье после дозирования и смешивания в цехе подготовки сырья подается ковшовым элеватором в бункеры цеха карбидных печей. С помощью оборудования для распределения шихты на колошнике, стационарного ленточного конвейера и кольцевого распределителя шихта подается в кольцевые бункеры на верху печи.

Оборудование для распределения шихты на колошнике распределяет шихту по бункерам по мере необходимости, откуда она порционно загружается в печь через загрузочные трубы.

2. Электрическая печь

Полузакрытая карбидная печь состоит из корпуса печи, свода, механизма держателя электродов, механизма перепуска электродов и механизма подъема и опускания электродов и является основным оборудованием для производства карбида кальция.

Печь питается от трансформатора. Шихта в печи под воздействием высокой температуры вступает в реакцию, образуя карбид кальция, и выделяется газообразный монооксид углерода. Образовавшийся карбид кальция выпускается через летки. Летка открывается с помощью прожогного аппарата, и расплавленный карбид кальция стекает в карбидные ковши, установленные на вагонетках охлаждения.

Перепуск электродов контролируется гидравликой. Для зажима и подъема электродов используется система с однослойными гидроцилиндрами, прижимающими токопроводящие щеки через коническое кольцо. Нормальный подъем и опускание электродов контролируется тремя лебедками, расположенными на четвертом этаже. Управление подъемом, опусканием, перепуском, зажимом электродов, а также загрузкой шихты осуществляется нажатием кнопок на пульте управления, расположенном на втором этаже.

Печь питается от трансформатора. Шихта в печи под воздействием высокой температуры вступает в реакцию, образуя карбид кальция, и выделяется газообразный монооксид углерода. Образовавшийся карбид кальция выпускается через летки. Летка открывается с помощью прожогного аппарата, и расплавленный карбид кальция стекает в карбидные ковши, установленные на вагонетках охлаждения.

У выпускного отверстия печи установлены защитный экран и рама для работы прожогным аппаратом. Над выпускным отверстием расположен вытяжной зонт, с помощью вентилятора удаляющий дым и газы, образующиеся при выпуске.

3. Охлаждение карбида кальция, дробление и упаковка

Расплавленный карбид кальция в карбидных ковшах с помощью вагонетки-толкателя транспортируется в пролет охлаждения или упаковочное отделение для охлаждения. После затвердевания слитка карбида кальция его извлекают с помощью мостового крана и однозахватных клещей, помещают на чугунный пол для дальнейшего охлаждения. После охлаждения до соответствующей температуры карбид кальция дробят до требуемого гранулометрического состава, затем сортируют по маркам, упаковывают и отправляют на склад готовой продукции.