کلسیم کاربید چیست؟ ویژگی، کاربرد و قیمت خرید و فروش

کلسیم کاربید یک ماده شیمیایی صنعتی است که از عناصر کلسیم و کربن تشکیل شده است. این ترکیب در شکل خالص به صورت جامد سفید به نظر می رسد اما درجه فنی آن به رنگ خاکستری یا قهوه ای ظاهر می شوند. کلسیم کاربید در مجاورت رطوبت، بوی ناخوشایندی شبیه سیر متصاعد می کند.

این ترکیب با آب به شدت واکنش نشان می دهد و به عنوان استیلید کلسیم نیز شناخته می شود. فرمول شیمیایی کلسیم کاربید CaC2 است .این ماده شیمیایی کاربردهای صنعتی زیادی دارد اما بیشتر در صنایع شیمیایی مورد استفاده قرار می گیرد.

کلسیم کاربید  فرار نیست و در هیچ حلال شناخته شده ای محلول نیست. این ترکیب با آب واکنش می دهد و گاز استیلن و هیدروکسید کلسیم تولید می کند. چگالی آن ۲.۲۲ g/cm³ است. نقطه ذوب آن ۲۱۶۰ درجه سانتی گراد و نقطه جوش آن ۲۳۰۰ درجه سانتی گراد است. از آنجایی که استیلن در تماس با آب قابل اشتعال است این ماده در کلاس خطر ۴.۳ ذکر شده است. در ادامه مقاله در نشریه جهان شیمی فیزیک توضیحات بیشتری در این رابطه ارائه می گردد لطفا همراه ما باشید.

کلسیم کاربید چیست

کلسیم کاربید یک ترکیب شیمیایی با کاربردهای صنعتی متعدد است. هنگامی که با آب ترکیب می شود، گاز استیلن تولید می کند که در جوشکاری و برش مشعل ها استفاده می شود. کاربید کلسیم همچنین یک جزء کلیدی در تولید پلی وینیل کلرید (PVC) است. این ترکیب از اواخر دهه ۱۸۰۰ با واکنش آهک و زغال سنگ در یک کوره تولید شده است.

ویژگی های شیمیایی کلسیم کاربید

این ترکیب برای اولین بار توسط شیمیدان آلمانی فردریش ویلر در سال ۱۸۶۲ هنگامی که آلیاژی از روی و کلسیم را با زغال سنگ حرارت داد به دست آمد. این دانشمند واکنش کاربید کلسیم با آب را تشریح کرد. کاربید کلسیم حتی با مقدار بسیار کمی  از آب به شدت واکنش می دهد و مقدار زیادی گرما آزاد می کند.

اگر مقدار کافی آب وجود نداشته باشد، استیلید حاصل خود به خود می‌سوزد. استیلید کلسیم به شدت با محلول های آبی، قلیایی ها و اسیدهای غیر آلی رقیق شده واکنش نشان می دهد. این واکنش ها استیلید را آزاد می کند. CaC2 با خواص احیایی قوی خود، تمام اکسیدهای فلزی را به فلزات خالص کاهش می دهد یا آنها را به کاربید تبدیل می کند.

بدست آوردن کاربید کلسیم از اکسید آن آسانتر از خود کلسیم است زیرا اکسید در دمای بالای ۲۰۰۰ درجه سانتی گراد کاهش می یابد. ترکیب فلز و کربن:

CaO + 3C → CO↑ + CaC2

این واکنش در یک کوره قوس الکتریکی، جایی که مخلوطی از آهک و کک و یا آنتراسیت گرم می شود، انجام می شود. این محصول به دلیل وجود کربن آزاد، اکسید کلسیم، فسفید، سولفید و سایر ترکیبات شیمیایی خاکستری رنگ است. ۸۰-۸۵ درصد از محصول را کاربید کلسیم تشکیل می دهد.

موارد مصرف کلسیم کاربید

در گذشته کاربید کلسیم در لامپ های کاربید استفاده می شد و به عنوان منبع شعله استیلن عمل می کرد. امروزه از این لامپ ها برای تامین انرژی فانوس ها و فانوس های دریایی و همچنین در کاوش غارها استفاده می شود. CaC2 همچنین به عنوان یک ماده خام در توسعه فناوری های شیمیایی  به ویژه لاستیک مصنوعی مورد استفاده قرار می گیرد. کاربید کلسیم همچنین برای ساخت وینیل کلرید، استیلن سیاه، آکریلونیتریل، اسید استیک، استون، اتیلن، استایرن و رزین های مصنوعی استفاده می شود.

همچنین، هنگامی که با نیتروژن واکنش می دهد، سیانامید کلسیم تولید می کند که معمولا به عنوان آهک نیترو شناخته می شود و ما از آن به عنوان کود استفاده می کنیم.

علاوه بر این، از آن در تولید توپ های اسباب بازی و همچنین توپ های بامبو استفاده می کنند. همچنین با فسفید کلسیم در شعله های خورشیدی شناور و خود اشتعال استفاده می شود.

کاربرد کلسیم کاربید

در متالورژی از این ترکیب  برای اکسیداسیون فلزات و کاهش میزان اکسیژن و گوگرد (گوگرد زدایی) استفاده می شود. کاربید کلسیم برای تولید کاربید پودری که یک تنظیم کننده رشد گیاه است، استفاده می شود. برای بدست آوردن یک تن CaC2 به ۳۰۰۰ کیلووات در ساعت برق نیاز است. به همین دلیل، ساخت این ماده تنها زمانی سودآور است که هزینه برق کم باشد. در عین حال، تولید آن در سراسر جهان به طور مداوم در حال افزایش است.

از کاربید کلسیم می توان در لامپ های کاربیدی استفاده کرد. چکیدن آب روی کاربید باعث تولید گاز استیلن می شود که به نوبه خود می سوزد و نور تولید می کند. در حالی که این لامپ ها مقاوم تر و پر نورتر از شمع هستند ولی استفاده از آنها در معادن زغال سنگ بسیار خطرناک بود زیرا گاز متان قابل اشتعال آنها را به یک خطر جدی تبدیل می کرد.

با این وجود  از لامپ های کاربیدی در معادن مس، قلع و تخته سنگ که در آنها متان خطری جدی محسوب نمی شود، استفاده فراوان می شود. در حال حاضر بیشتر لامپ های معدنچیان با لامپ های برقی جایگزین شده است.

با این وجود، لامپ های کاربید برای معدن در چند کشور کمتر ثروتمند هنوز هم استفاده می شود. نمونه ای از آنها معادن نقره در نزدیکی پوتوسی و بولیوی است. آنها همچنین در حال حاضر توسط غارنوردان جستجوگر و دیگر مناطق زیرزمینی مورد استفاده قرار می گیرند اگرچه در این موارد به طور فزاینده ای با چراغ های LED جایگزین شده اند.

کاربرد کاربید کلسیم در فولادسازی

از این ترکیب می توان در گوگرد زدایی آهن (چدن و ​​فولاد) استفاده کرد. بسته به شرایط اقتصادی می توان از آن به عنوان سوخت در فولادسازی برای افزایش نسبت ضایعات به آهن مایع استفاده کرد. همچنین به عنوان یک اکسید کننده در صنعت فولاد استفاده می شود به این معنی که در حذف اکسیژن کمک می کند.

واکنش کلسیم کاربید با آب

هنگامی که کاربید کلسیم با آب واکنش نشان می دهد، استیلن آزاد می شود. استیلن (C2H2) کارآمدترین و داغترین گاز جوشکاری استاندارد جهان است. برای تولید استیلن، از واکنش کاربید کلسیم (CaC2) با آب (H2O) استفاده می شود، در حالی که استیلن و شیر آهک (Ca (OH) 2) تولید می شود.

۲H2O + CaC2 → C2H2↑ + Ca(OH)2

استیلن یک ماده صنعتی با بوی نامطبوع است که ناشی از ناخالصی های موجود در آن (NH₃ ، H₂S ، PH₃ و سایرین) است. استیلن در شکل خالص خود گازی بی رنگ با بوی ضعیف مشخص است و در آب حل می شود.

آزمایش واکنش کلسیم کاربید با آب

برای نشان دادن واکنش کاربید کلسیم با آب می توان از یک آزمایش ساده استفاده کرد. آب را در یک بطری ۱.۵ لیتری بریزید به سرعت چند قطعه کاربید کلسیم اضافه کنید و در بطری را با یک درب ببندید. در نتیجه واکنش بین CaC2 و آب، با افزایش فشار، استیلن در بطری جمع می شود.

به محض اینکه واکنش متوقف شد یک تکه کاغذ در حال سوختن را در بطری قرار دهید. این عمل باید باعث انفجار شود که با یک ابر آتشین همراه است. از آنجایی که دیواره های بطری ممکن است در اثر واکنش بترکد این آزمایش خطرناک است و فقط باید با رعایت دقیق اقدامات احتیاطی انجام شود.

ساختار کلسیم کاربید

کاربید کلسیم یک نمک ترکیب شیمیایی است. همچنین می توان آن را استیلید کلسیم نامید. علاوه بر این، ترکیبی است که ما در صنایع تولیدی از آن استفاده می کنیم.  فرمول شیمیایی آن CaC2 (یک اتم کلسیم و دو اتم کربن) است.

عمدتا در صنایع در تولید استیلن و کلسیم سیانامید از آن استفاده می کنیم. علاوه بر این، در صورت وجود ردی از رطوبت، کاربید کلسیم درجه فنی بوی نامطبوعی مانند سیر متصاعد می کند.

انتشار هیدروکربن در فرآیند تولید آن حداقل است. همچنین شکل خالص آن بی رنگ و جامد بلوری مانند سنگ نمک است. علاوه بر این شعله های آتش قوی تولید می کند یعنی شعله هایی که داغتر از شعله های معمولی هستند.

تولید کاربید کلسیم

این ترکیب در صنایع با استفاده از کوره قوس الکتریکی و با مخلوط کک و آهک در دمای حدود ۲۲۰۰ درجه سانتی گراد تولید می شود. این یک واکنش گرماگیر است که برای خارج کردن مونوکسید کربن با ۱۱۰ کیلوکالری (۴۶۰ کیلوژول) در هر مول به دمای بالا نیاز دارد. از زمان اختراع آن در سال ۱۸۹۲، این روش تغییر نکرده است.

CaO + 3C → CaC2 + CO

از آنجاییکه دمای بالایی برای این واکنش لازم است عملا با احتراق ساده قابل دستیابی نیست برای این واکنش باید از کوره قوس الکتریکی با الکترودهای گرافیتی استفاده کرد. در این روش کاربید تولید شده از نظر وزنی حدود ۸۰٪ کاربید کلسیم را شامل می شود. سپس کاربید بیشتر خرد می شود تا توده های کوچکی تولید شود که حداکثر تا ۵۰ میلی متر می رسد و ناخالصی ها در بخش های ریزتر متمرکز می شوند.

محتوای  CaC2 محصول با اندازه گیری مقدار استیلن تولید شده در هیدرولیز مورد سنجش قرار می گیرد. به عنوان مثال، استانداردهای آلمان و بریتانیا برای محتوای کسرهای درشت به ترتیب ۲۹۵ L/kg و ۳۰۰ L/kg (در فشار ۱۰۱ کیلو پاسکال و دمای ۲۰ درجه سانتی گراد است. ناخالصی های کاربید شامل فسفید است که هنگام هیدرولیز کردن فسفین تولید می کند.

این واکنش بخش مهمی از انقلاب صنعتی نبود و در ایالات متحده در نتیجه مقادیر بیش از حد انرژی برق آبی ارزان قیمت امکان پذیر شد.

خطر استفاده از کلسیم کاربید در میوه ها

چندین کشور از این ترکیب برای رسیدن مصنوعی میوه ها  استفاده می کنند. همانطور که گفته شد این ترکیب با آب واکنش نشان می دهد و گاز استیلن تولید می کند  که عملکرد اتیلن را تقلید می کند و به عنوان عامل رسیدن مصنوعی میوه ها استفاده می شود. با این حال  استیلن تقریبا به اندازه اتیلن موثر نیست و از همه مهمتر اینکه استیلن یک هورمون گیاهی طبیعی مانند اتیلن نیست.

همچنین در این فرآیند کاربید کلسیم احتمالا مقداری آرسنیک و فسفر تولید می کند  که هر دو برای انسان بسیار سمی هستند. علاوه بر این، از آنجا که مقدار زیادی استیلن برای تقلید از اتیلن مورد نیاز است مقدار مواد شیمیایی سمی که وارد میوه  می شود را تشدید می کند.

مصرف میوه های رسیده با این روش  می تواند مشکلات جدی برای سلامتی ایجاد کند. بنابراین استفاده از این کاربید کلسیم برای رسیدن در اکثر کشورها غیرقانونی است. فقط از اتیلن، هورمون طبیعی گیاهی و به عنوان عامل رسیدن میوه استفاده کنید!

عوارض سلامتی استفاده از کلسیم کاربید در میوه ها

مطالعات نشان داده است کاربید کلسیم ترکیب ارگانیک ویتامین ها و سایر ریز مغذی ها را تجزیه می کند. علاوه بر این، فقط رنگ پوست را تغییر می دهد و میوه درون آن خام باقی می ماند. همچنین  کاربید کلسیم درجه صنعتی اغلب آلوده به مقدار کمی آرسنیک و فسفر است که مواد شیمیایی سمی هستند.

علائم مسمومیت با آرسنیک و فسفر شامل استفراغ، اسهال، ضعف، احساس سوزش در قفسه سینه و شکم، تشنگی، مشکل در بلع، سوزش چشم، آسیب دائمی چشم، زخم روی پوست، دهان، بینی و گلو است.

علائم دیگر شامل زخم گلو، سرفه، خس خس سینه و تنگی نفس است. به عنوان مثال مصرف انبه رسیده مصنوعی می تواند معده را ناراحت کند. به بافت مخاطی معده آسیب می رساند و عملکرد روده را مختل می کند. اگر فردی به مدت طولانی در معرض مواد شیمیایی قرار گیرد،می تواند باعث زخم معده شود.

طبق مطالعات انجام شده  کاربید کلسیم همچنین می تواند با تحریک هیپوکسی طولانی مدت بر سیستم عصبی تاثیر بگذارد. این دارو علائمی مانند سردرد، سرگیجه، خواب آلودگی زیاد، از دست دادن حافظه، ادم مغزی، بی حسی در پاها و دست ها، ضعف عمومی، سرما و مرطوب شدن پوست، فشار خون پایین و تشنج را ایجاد می کند. زنان باردار به ویژه باید بسیار مراقب باشند و نباید چنین میوه ها و سبزیجاتی را مصرف کنند.

آیا کلسیم کاربید بی خطر است

کاربید کلسیم به طور کلی ایمن نیست زیرا این ماده شیمیایی سمی است. قرار گرفتن در معرض این ماده شیمیایی می تواند اثرات حاد یا مزمن بر سلامت داشته باشد. طبق MSDS کاربید کلسیم، ممکن است باعث تحریک پوست، آسیب جدی چشم و تحریکات تنفسی شود. همچنین برای آبزیان سمی است. برای جلوگیری از عوارض ناخواسته، ذخیره و دفع مناسب آن باید مورد توجه قرار گیرد.

قیمت کلسیم کاربید

قیمت کلسیم کاربید به فاکتورهای مختلفی بستگی دارد مثلا قیمت محصولات وارداتی بالاتراز محصولات داخلی است. خرید کلسیم کاربید در حال حاضر به صورت حضوری و اینترنتی از شرکت های تولید و توزیع مواد شیمیایی در دسترس است.