Jak karbid funguje?

Dodání produktu provádí společnost HIMOPTTORG do všech oblastí středního Ruska:

• Belgorod region
• Липецкая область
• Kurská oblast
• Tambov region
• Voroněžský region

Karbid vápníku: použití a bezpečnostní opatření

Definice

– chemické sloučeniny, které se získávají v důsledku alkalických reakcí uhlíku s kovy. Ve většině případů se získají supertvrdé slitiny, srovnatelné svými charakteristikami tvrdosti s diamantem.

Nejznámější a nejrozšířenější slitina je tzv karbid vápníku – chemický vzorec sloučeniny CaC₂

Nyní krátký exkurz do historie vzniku této chemické sloučeniny.

Stručně o příběhu

Nejprve byl syntetizován karbid vápníku Vědec se pokusil oddělit vápník od vápna nepřetržitým zahříváním směsi s uhlím. Ve výsledku jsem dostal hmotu světle šedé barvy bez jakýchkoliv známek kovu. Na začátku dvacátého století byl karbid vápníku hlavním zdrojem výroby acetylenu ve velkých objemech, takže byla naléhavá potřeba procesu hromadné výroby.

Thomas Wilson a Ferdinand Moissan, pracující odděleně, téměř současně vyvinuli metodu výroby karbidu vápníku v elektrické tavicí peci. Tento objev byl impulsem pro zahájení průmyslu na výrobu technického karbidu vápníku.

Технология

Výroba karbidu vápníku zahrnuje dva prvky: oxid vápenatý (CaO), také známý jako nehašené vápno и sloučeniny uhlíku ve formě koksu (antracit, uhlí):

CaO + 3C = CaC2 + CO
Obě složky jsou rozdrceny a následně vypáleny a roztaveny metodou elektrického oblouku.

Hotový roztok se ve speciálních formách dostává do pevného stavu a následně se drtí a třídí.

Závislost měrné hmotnosti technického karbidu vápníku na obsahu CaC2

Složení CaC2 (technické) používané pro svářečské práce

Minimální teplotní práh pro tvorbu karbidu vápníku je 1619°C. Výrobní proces se zpravidla provádí při 1900-1950°C. Zvýšení teploty způsobí, že se karbid vápníku rozloží na kov a uhlík.

Pokud máte malou elektrickou obloukovou pec a zdroj proudu, můžete proces tvorby karbidu vápníku reprodukovat:

• Vezměte grafitový kelímek nebo uhlíkovou elektrodu (před vytvořením prohlubně) ⇒ vložte nehašené vápno a kousky koksu o stejné hmotnosti
• Přivedeme elektrodu ke směsi a vytvoříme elektrický oblouk. Uhlí dobře vede proud ve směsi ⇒ počkejte asi půl hodiny, než se oblouk zapálí
• Po ochlazení se směs změní na slitinu, která v případě úspěšného pokusu obsahuje malé kousky karbidu. Chcete-li to zkontrolovat, vložte výslednou hmotu do vody a shromážděte vzniklé bublinky plynu do zkumavky obrácené dnem vzhůru a naplněné vodou.

Lze identifikovat řadu faktorů, které ovlivňují rychlost tvorby a kvalitativní vlastnosti konečného produktu:

• velikost, hustota, přítomnost nečistot v původních surovinách
• fyzikální a technické parametry pece
• dodržování fází technologického procesu

Navzdory modernizaci průmyslových procesů zůstává výroba karbidu vápníku pracná, vyžaduje velké plochy a finanční investice.

Vlastnosti

Karbid vápníku je odolný prvek s krystalickou strukturou. Konečný tón závisí na kvalitě surovin: může se lišit od namodralé po fialovou, černou. Může se také objevit nepříjemný zápach s náznaky česneku. Proces fúze s vodou, roztoky minerálních kyselin a zásad probíhá za uvolňování velkého množství tepla a má průmyslový význam.

CaC2 + 2H2 => Ca(OH)2 + C2H2 -.
Tato reakce také produkuje acetylen je nenasycený uhlovodík s trojnou vazbou.

S kyslíkem dochází k rozkladné reakci karbidu vápníku pouze vlivem zvýšených teplot (700 – 900 °C):
2CaC2 + 5O2 → 2CaO + 4CO2 –

Skladování a doprava

Karbid vápníku musí být balen do nádob a nádrží odolných proti vlhkosti, aby se zabránilo pronikání vlhkosti a zabránilo se procesu rozkladu. Zvláštní pozornost by měla být věnována postupu balení a vybalování

• Buďte opatrní a nepoužívejte nástroje, které během provozu vytvářejí jiskry.
• Je nutné poskytnout účastníkům procesu ochranné prostředky, protože vstup karbidu do lidského těla a kůže je nebezpečný.
• přeprava je prováděna pouze vozidly s uzavřenou nástavbou. Dodávka vzduchu je zakázána.
• je nutné opatřit výrobní prostory ventilačním systémem a zabránit společnému skladování s jiným zbožím.

Užitečné aspekty

Karbid vápníku je výchozím prvkem pro výrobu mnoha sloučenin.

Při přípravě se využívá agregace karbidu vápníku a dusíku kyanamid vápenatý.

Patří k nitrátovým stimulantům aktivně využívaným v agronomii. Tato sůl se stává výchozí složkou při syntéze močoviny a guanidinu.

V metalurgii se používá k dezoxidaci kovů a odsíření (snížení obsahu kyslíku, resp. síry).

A jaká byla pro děti legrace, když na staveništi ukradly karbidový oblázek a házely ho do louží a obdivovaly syčení a bublání. A ti zvlášť odvážní přinesli zápalku do vycházejícího plynu a rozsvítil se modrý plamen.

Užitečný plyn

Zpočátku byl karbid vápníku používán výhradně pro výrobu acetylenu. Tato organická sloučenina byla použita k vytvoření karbidových lamp používaných pro pouliční osvětlení. Takové světelné zdroje se dodnes používají ve speleologii, jako vybavení pro kempování a na majácích.

Acetylén – průsvitný, ve vodě rozpustný plyn se používá k výrobě organických sloučenin, jako je chlorethan, polyvinylchlorid a styren.

Existuje řada syntetických produktů odvozených z acetylenu. Například kombinací s chlórem vznikají produkty, které výborně rozpouštějí organické sloučeniny i anorganické: síra, fosfor. Protože jsou takové produkty nehořlavé, úspěšně se používají při extrakci tuku. Acetylenidy vápenaté (acetylenové soli) s ionty stříbra, mědi a rtuti se používají při výrobě výbušnin. Sloučenina se zlatem má obzvláště silnou ničivou výbušnou sílu.

Na fungování proudových motorů se podílí koktejl acetylenu a čpavku.

Acetylen v kombinaci s H2O tvoří acetaldehyd, ze kterého se vyrábí syntetická kyselina octová, aceton, umělé pryskyřice a etylalkohol nebo vodka

C2H2 + H2O → СH3-CHO

Deriváty tohoto plynu jsou také známé PVA lepidlo, gramofonové desky a reklamní poutače.

Bezpečnostní opatření

Jak bylo uvedeno výše, karbid vápníku je výbušná látka a pro zachování bezpečnosti při práci s ním je třeba dodržovat několik povinných podmínek:

• vytvořit vzduchotěsný prostor pro skladování a zpracování;
• zabránit přístupu ke zdroji ohně;
• malé částice (karbidový prach) způsobují podráždění pokožky a dýchacího systému, proto je nutný ochranný oděv a respirátory;
• generátory acetylenu musí být umístěny na přísně izolovaných místech;
• po dokončení svářečských prací je nutné nezpracovanou strusku zlikvidovat na zvláštních místech;
• Při přepravě a skladování je nutné vyloučit možnost kolize lahví a kontejnerů, protože to představuje smrtelné nebezpečí.

– zdroj výroby mnoha organických a anorganických sloučenin, které jsou široce používány v různých oblastech lidského života. Mnoho z nich nemá obdoby. Ale spolu s nevyčerpatelnými výhodami této látky bychom neměli zapomínat na škody, které může způsobit lidstvu a životnímu prostředí, protože patří do první třídy nebezpečí, má nebezpečí výbuchu a požáru.

Karbidy (z latinského carbo – uhlí) jsou chemické látky vzniklé sloučením s uhlíkem řady kovů nebo takových nekovových prvků periodické tabulky, jako je bor (B) a křemík (Si). Nejdůležitější fyzikální a chemické vlastnosti karbidů jsou tvrdost, schopnost odolávat mechanické deformaci a žáruvzdornost. Například karbid wolframu (WC), karbid tantalu (TaC), karbid titanu (TiC), karbid molybdenu (MoC), karbid zirkonia (ZrC) a karbid boru (B₄C) a karbid křemíku (SiC) nepodléhají rozkladu ani při bílém žáru a jsou chemicky neutrální, se stupněm tvrdosti blízkým diamantům.

Obrázek 1. Frézy z karbidu wolframu

Karbidy jsou netěkavé látky a nerozpouštějí se v nejagresivnějších rozpouštědlech, včetně „aqua regia“ (směs kyseliny sírové a chlorovodíkové). Získávají se jak přímo z čistých prvků, tak pomocí metody redukce oxidů uhlíkem. Průmyslové šarže karbidů jsou vyráběny ve formě prášků (slinuté karbidy) a speciálních odlitků (lité karbidy).

Klasifikace skupin

Podle moderní klasifikace se karbidy na základě charakteristik meziatomové vazby v molekulární mřížce dělí do 3 skupin, které se výrazně liší v souboru funkčních charakteristik.

Do 1. skupiny patří tzv. karbidy solného typu s iontovými vazbami. Jejich základem jsou alkalické kovy a kovy alkalických zemin, hliník, prvky vzácných zemin, ale i aktinidy – thorium (Th), uran (U), plutonium (Pu) a další. Mnoho z těchto karbidů přichází s H₂O a kyseliny v prudké reakci a začnou se rozkládat za vydatného uvolňování plynné frakce ve formě metanu (methanidy) nebo acetylenu (acetylenidy) a srážení hydroxidů kovů. Karbidy této skupiny se používají k řízení chemických reakcí jako deoxidační činidla, redukční činidla, katalyzátory atd. Nejoblíbenějšími methanidy jsou karbidy hořčíku (MgС₂, Mg₂C), hliník (Al₄C₃) a beryllium (Be₂C). Mezi acitelenidy je nejznámější karbid vápníku CaC₂, široce používané v technologiích svařování plynem.

Do 2. skupiny patří řada karbidů nazývaných kovové. Jsou tvořeny ve spojení s uhlíkem přechodnými kovy skupin IV–VII. Periodická tabulka D.I. Mendelev, stejně jako kobalt, železo a nikl. Karbidy skupiny podobné kovům mají kromě tvrdosti a žáruvzdornosti vysokou elektrickou vodivost a odolnost vůči chemicky aktivním činidlům. To je důvod, proč zejména karbidy železa (Fe₃C), chrom (Cr₃C₂), molybden (MoC) jsou žádané pro nauhličování litinových a ocelových povrchů a karbidy wolframu (WC), titanu (TiC), tantalu (TaC), vanadu (VC) jsou žádané pro výrobu tvrdých slitin, pro výroba polovodičových diod, různých tepelně odolných povlaků, pracovních břitů nástrojů pro obrábění kovů a zařízení pro řezání hornin.

3. skupinu tvoří tzv. kovalentní karbidy křemíku (SiC) a bor (B₄C, B₁₂C₃), vyznačující se nejvyšší tvrdostí a používá se k výrobě supertvrdých slitin, které nemají horší tvrdost než korund. Používají se také k výrobě brusiv pro broušení a leštění povrchů kovových výrobků, žáruvzdorných materiálů a topných těles pro vysokoteplotní výrobní procesy.

Žáruvzdorné karbidy kovů při výrobě tvrdých slitinových materiálů

Přesto nejrozsáhlejší oblastí použití je použití žáruvzdorných kovových karbidů pro výrobu kovokeramických slitin.

Do kategorie tvrdých slitin patří řada otěruvzdorných kovových materiálů na bázi karbidů WC, TiC, VC, TaC, NbC, CrC a dalších kovů s teplotou tavení od 860 do 1320°C, jejichž pevnost spoje v molekulární struktura je zajištěna inkluzemi měkčího kobaltu a niklu, železa s mnohem nižším bodem tání. Slitina se stává méně křehkou a pružnější a tažnější, čím vyšší je procento začlenění pojiva do ní.

K regulaci chemického složení a provozních parametrů tvrdých slitin se používají zejména TU 48-19-60-78, TU 48-19-154-92 a další regulační dokumenty.

Podle technologických kritérií se tvrdé slitiny dělí na slinuté (kovokeramika) a lité (povrchově).

1. Nejprve se v určitých poměrech důkladně promísí dispergované prášky žáruvzdorných kovů a pojivových kovů (kobaltový prášek, niklový prášek atd.) a v případě potřeby také prášky legovacích přísad.
2. Poté se hotová směs lisuje pod vysokým tlakem (1250-4550 kgf/cm 2 a vyšší).
3. V konečné fázi se výsledný polotovar slinuje ve speciální elektrické peci při teplotě blízké teplotě tavení kovového pojiva, dokud nevznikne slitina s indexem tvrdosti minimálně HRA = 86 a tepelnou odolností do max. 1320 °C.

Tvrdé slitiny prakticky nejsou přístupné tradičním metodám mechanického zpracování (řezání, tlak, hoblování, broušení atd.). K tomuto účelu se používají moderní metody, jako je laserové/ultrazvukové broušení nebo leptání kyselinou.

Výroba litých tvrdých slitin je založena na technologických metodách jako je tavení a odlévání. Používají se k natavení ochranného povlaku na vysoce opotřebené povrchy a podle chemického složení se dělí na 3 typy.

První typ zahrnuje relit – složení karbidů wolframu (WC a W₂C), vyznačující se zvláště vysokými hodnotami tvrdosti a odolnosti proti opotřebení. Teplota tání relitu je 3520°C, což je také cenné kritérium.

• lité karbidy wolframu zrnitost LKV-Z (TU U24.6-33876998-001-2006);
• sférické karbidy wolframu jakosti KVS (TU U24.1-19482355-001:2010;
• páskové relity značek LZ, LS, LSZ (TU U28.7-19482355-002:2014).

Druhý typ zahrnuje stelity – lité slitiny, které jsou karbidovým složením W-Co-Cr. Vyznačují se nižší teplotou tavení (blízká teplotě tavení ocelí) ve srovnání s relitem, odolností proti opotřebení a korozi – vlastnosti díky vysoké tvrdosti. Vyrábí se ve formě tyčí. V Rusku se vyrábí stelity značek PR-V3K a PR-V3K-R (GOST 21449-75).

Třetí typ litých karbidových materiálů představují sorbity – sloučeniny složení Fe-Cr-Mn-Ni, které mají oproti stelitům nižší tvrdost a bod tání. Domácí průmysl vyrábí sorbitové tyče značky Pr-S (GOST 21449-75). Existují 2 druhy sormitu: sormit č. 1 a sormit č. 2, vyznačující se schopností tepelného zpracování a také vyšší pevností a houževnatostí ve srovnání se sormitem č. 1. Koncové konce sormitových tyčí č. 1 jsou natřeny zeleně a sormitové tyče č. 2 jsou natřeny červeně.

Aplikace tvrdých slitin pro průmyslové účely

V současné době je obtížné si představit průmyslový sektor, ve kterém by se nepoužívaly karbidové materiály na bázi karbidů žáruvzdorných kovů a spojovacích kovových součástí.

• výroba nástrojů pro řezání kovů a hornin v kovoobráběcím a těžebním průmyslu;
• výroba lisovacího zařízení;
• Výroba chirurgických nástrojů;
• uspořádání přesných ploch v různých měřicích přístrojích;
• označení pracovní plochy razítek;
• výroba pracovních prvků valivých ložisek;
• jiné účely, kdy je použití karbidových materiálů vhodné nebo nemá vůbec žádné alternativy.

Průmyslový význam karbidů ve vývoji technického pokroku povzbuzuje výzkumníky a praktické inženýry k vytváření stále více nových produktů na jejich základě. Zvláště velká pozornost je tak dnes věnována vývoji nejnovějších typů karbidových materiálů obsahujících karbidy s širokou škálou užitných vlastností pro letecký průmysl, stavbu lodí, radioelektronický průmysl a jadernou energetiku.

telefony:
8 (800) 200-52-75
(495) 366 00–24
(495) 504 95–54
(495) 642 41–95