Le carbure de calcium réagit immédiatement au contact de l'eau pour libérer de l'acétylène gazeux et de l'hydroxyde de calcium. Cette réaction, la méthode au carbure, était la source industrielle originale d'acétylène et est toujours utilisée pour le gaz de soudage, la synthèse chimique et comme source de gaz portable sur le terrain.
Équation de réaction et produits
La conversion s'écrit CaC2 + 2H2O=C2H2 + Ca(OH)2. Une mole de carbure de calcium consomme deux moles d'eau et donne une mole d'acétylène plus de l'hydroxyde de calcium, de sorte que le rendement en acétylène par tonne de carbure dépend principalement de la teneur en CaC2 de la nuance chargée.
La réaction est fortement exothermique et rapide. Un gros morceau tombé dans l'eau siffle, mousse et libère du gaz en quelques secondes, et la chaleur produite est importante à l'intérieur d'un récipient fermé. La conception du réacteur doit donc évacuer la chaleur et contrôler le débit d'alimentation plutôt que de simplement ajouter du carbure à l'eau.
Pourquoi le carbure de calcium acétylène a une odeur distincte
Le carbure de calcium technique n'est pas pur. Les composés de soufre et de phosphore présents dans la charge de coke et de chaux traversent le four et se retrouvent dans le carbure, de sorte que l'acétylène libéré transporte de petites quantités de sulfure d'hydrogène et de phosphine. Ces impuretés donnent au gaz son odeur désagréable caractéristique. Dans les trains de purification, les gaz bruts sont épurés pour les éliminer, et le flux purifié est utilisé là où de l'acétylène sans contaminants - est requis.
Comment le carbure de calcium est produit
La méthode de réduction par four électrique est la seule voie utilisée commercialement. Le coke et la chaux sont broyés, mélangés dans un rapport contrôlé et introduits dans un four à carbure de calcium fermé, où la charge est chauffée électriquement et l'étape de réduction CaO + 3C=CaC2 + CO a lieu. Les températures de la zone de réaction sont d'environ 2 000 à 2 200 degrés, c'est pourquoi le processus est si gourmand en énergie ; les premières usines avaient besoin de l’énergie hydroélectrique bon marché qui rendait la méthode viable après sa première industrialisation en 1895.
Le carbure de calcium fondu extrait du four s'écoule dans un pot de carbure pour refroidir, puis est broyé, criblé et emballé dans des fûts scellés. Les gaz dégagés-sont riches en monoxyde de carbone et sont récupérés comme combustible dans les usines modernes. Les fours fermés avec des puissances nominales plus élevées sont préférés car ils améliorent les conditions de fonctionnement, réduisent les pertes de chaleur et augmentent la récupération du monoxyde de carbone, tandis que l'extraction des poussières est nécessaire tout au long du concassage et du criblage.
Préparation du laboratoire et contrôle du débit
En laboratoire, laisser tomber du carbure de calcium directement dans l’eau provoque une réaction violente et un flux gazeux incontrôlé. Une saumure saturée de chlorure de sodium est utilisée à la place de l'eau. La saumure ralentit la réaction, de sorte que l'acétylène est délivré sous forme d'un débit constant et que le chlorure de sodium lui-même ne réagit pas avec le carbure de calcium, ce qui maintient le gaz raisonnablement pur. Le même principe explique pourquoi l'humidité doit être exclue du stockage : toute eau qui atteint le carbure commence immédiatement à générer du gaz.
Risques, stockage et lutte contre les incendies
Réactivité à l'eau :le matériau émet de l'acétylène au contact de l'eau et le gaz s'enflamme facilement.
Risque comburant :L'acétylène peut exploser lorsqu'il est mélangé à des agents oxydants et forme des mélanges explosifs avec l'air dans une large plage.
Toxicité des impuretés :de petites quantités de sulfure d'hydrogène et de phosphine sont libérées avec le gaz et sont toxiques.
Stockage:des entrepôts aérés, frais et secs, éloignés des comburants et des acides forts, et protégés de l'humidité, des fuites et des conduites de vapeur.
Lutte contre les incendies :poudre sèche, sable sec et poudre de pierre sèche. L'eau ne doit pas être utilisée sur du carbure en feu ou sur du carbure susceptible d'être impliqué dans un incendie.
Les fûts doivent être ouverts uniquement dans un endroit bien-aéré, loin des sources d'inflammation, et les résidus ne doivent jamais être lavés dans les égouts. La détection de gaz et les équipements électriques-antidéflagrants sont des exigences standard dans les zones de stockage et de manipulation du carbure.
Foire aux questions
Q : Quelle est la réaction entre le carbure de calcium et l’eau ?
Le carbure de calcium et l'eau réagissent pour donner de l'acétylène et de l'hydroxyde de calcium, écrit CaC2 + 2H2O=C2H2 + Ca(OH)2. La réaction est rapide et fortement exothermique.
Q : Pourquoi le carbure d'acétylène sent-il mauvais ?
Le soufre et le phosphore contenus dans la charge de coke et de chaux se retrouvent dans le carbure, de sorte que le gaz brut transporte du sulfure d'hydrogène et de la phosphine, qui donnent à l'acétylène son odeur désagréable.
Q : À quelle température le carbure de calcium est-il fabriqué ?
La chaux et le carbone sont réduits électriquement à environ 2 000-2 200 degrés dans la zone de réaction d'un four fermé, produisant du carbure fondu qui est exploité, refroidi et broyé.
Q : Pourquoi la saumure saturée est-elle utilisée pour générer de l'acétylène en laboratoire ?
La saumure ralentit la réaction jusqu'à un flux de gaz constant et le chlorure de sodium ne réagit pas avec le carbure de calcium, de sorte que l'acétylène produit est stable et raisonnablement pur.
Q : Quels sont les principaux dangers du carbure de calcium ?
Il libère de l'acétylène inflammable au contact de l'eau, peut exploser lorsqu'il est mélangé à des comburants et émet de petites quantités de sulfure d'hydrogène et de phosphine toxiques avec le gaz.
Q : Comment le carbure de calcium doit-il être stocké et éteint ?
Conservez-le au sec, au frais et aéré, à l'écart des oxydants et des acides forts. Utilisez de la poudre sèche, du sable sec ou de la poudre de pierre sèche sur les incendies ; n’appliquez jamais d’eau sur le carbure.