Kalcijum karbid (CaC₂), opšte poznat kaokarbidilielektrični kamen, uglavnom se proizvodi industrijskim procesima koji uključuju reakcije na visokim temperaturama.
1. Metoda elektrolučne peći (glavni industrijski proces)
Princip
Ovom metodomkrečnjak (CaCO₃)Ikoksa (ugljik)podvrgnuti reakciji u elektrolučnoj peći na temperaturi2000-2200 stepeni. Reakcija se odvija u dvije faze:
Raspadanje krečnjaka:CaCO₃ΔCaO+CO₂↑
Redukcija kalcijum oksida ugljenikom:CaO+3CEElectric arcCaC₂+CO↑
Proces
Priprema sirovina:
Krečnjak(čistoća veća ili jednaka 90%) se drobi do određene veličine čestica.
Koka-kola(visoko fiksirani ugljik, nisko sumpor) djeluje kao redukciono sredstvo i provodnik električne energije.
Miješanje:
U njega se miješaju krečnjak i koksomjer mase 1:3i stavljen u rernu.
Reakcija visoke temperature:
Pod uticajem električne struje (200-400 V) formira se luk koji zagrijava smjesu na temperaturu veću od 2000 stepeni.
Kalcijum oksid reaguje sa ugljenikom i formira kalcijum karbid i ugljen monoksid (CO).
Obrada proizvoda:
Rastopljeni kalcijum karbid se hladi u kalupima kako bi se formirali čvrsti blokovi.
CO gas se ili oslobađa (uz prečišćavanje) ili reciklira.
Prednosti
Visoka efikasnost, pogodna za veliku proizvodnju (svjetska godišnja proizvodnja prelazi 100 miliona tona).
Isplativo za proizvodnju acetilena u industrijskom obimu.
Nedostaci
Izuzetno energetski intenzivan (~3000-4000 kW/h po toni CaC₂).
Potreban je koks visoke čistoće i stvaraju se emisije CO.
2. Karbotermička redukcija na visokim temperaturama (laboratorijski ili specijalizovani procesi)
Princip
Upotreba silicijum dioksida (SiO₂) ili aluminijuma kao redukcionog sredstva za proizvodnju kalcijum karbida iz kalcijum oksida:
CaO+3CHVisoka temp.CaC₂+CO↑
ili
4CaO+Al₂O₃Visoka temp.2CaC₂+2CaO\\cdotpAl₂O₃
Proces
Kalcinacija: Krečnjak se zagrijava kako bi se proizveo kalcijum oksid (CaO).
Reakcija: CaO смешивается с углеродом (или кремнием/алюминием) и нагревается в печи (>2000 stepeni).
Čišćenje proizvoda: Ohlađeni proizvod se drobi i pročišćava kako bi se oslobodio CaC₂.
Prednosti
Pogodno za laboratorijsku sintezu ili manju proizvodnju.
Omogućava preciznu kontrolu čistoće.
Nedostaci
Niska efikasnost i visoki troškovi energije ograničavaju industrijsku upotrebu.
3. Alternative Methods
(1) Karbotermična redukcija upotrebom silicijum dioksida
Koristi SiO₂ kao redukciono sredstvo: 2CaO+SiO₂+5CΔ2CaC₂+SiC+4CO↑.
Proizvodi kalcijum karbid i silicijum karbid (SiC) kao nusproizvod.
(2) Elektrodna peć sa gasovitim izvorima ugljenika
Eksperimentalna metoda koja koristi metan (CH₄) kao izvor ugljika: CaO+CH₄ΔCaC₂+2H₂↑
Još uvijek u istraživanju zbog-tehničkih problema.
(3) Bioredukcija (eksperimentalna)
Koristi mikroorganizme za redukciju CaCO₃ u CaC₂, ali je skalabilnost ograničena.