为您介绍碳化钙的应用

【背景及概述】^[1][2]

碳化钙又称“二碳化钙”，俗名“电石”、“臭石”、“臭煤石”。分子式为CaC₂。是一级遇水燃烧物。工业品是灰色、黄褐色或黑色，含碳化钙较高结晶断面呈紫色。相对密度为2.22(18℃)。熔点为2300℃，在空气中可吸收水分，能导电、纯度愈高、导电愈易。遇水或水蒸汽即能发生易燃易爆的乙炔气(俗称电石气)，该气体遇火花可着火，也会被反应的热点燃。乙炔气与某些重金属盐可排成高级爆炸混合物。本品常含有磷、硫等杂质，与水作用还会放出磷化氢和硫化氢等有毒气体。当磷化氢含量超过0.08%，硫化氢含量超过0.15%时，容易引起自燃爆炸。其粉末对眼睛及呼吸器官有刺激，会引起皮肤烧伤。

碳化钙是有机合成工业的基本原料之一，它既能生成乙炔气，用于焊接和切割金属，也是制造聚氯乙烯的原料。应贮藏在阴凉、通风、干燥处，该处所不允许漏水，装卸时要轻拿轻放，运输工具必须有防雨防水设备，远离钢及铜合金和盐类。在运输中应做到后装先卸，严禁装在甲板上，避免日光曝晒，消防时禁止用水及泡沫，可用干粉及干砂，二氧化碳无效。人中毒后应立即移至新鲜空气处，给以含5%的二氧化碳之氧气帮助呼吸。本品由无烟煤或焦炭等生石灰在电炉中共热至高温而成。联合国编号 (UN No.)：1402/4335/4.3-03/705. 国内品名编号：43025。

【应用】^[3][4][5]

碳化钙主要用作生产乙炔的原料，还可以用来制备复合材料等。其应用举例如下：

1. 用于制备一种储氢性能优良、成本低、制 备工艺简单的复合储氢材料，该材料由硼氢化锂、碱金属铝氢化物和碳化钙组成，其中 硼氢化锂与碱金属铝氢化物的摩尔比为2：1，碳化钙的添加量为储氢材料总摩尔量的12～ 25％。所述碱金属铝氢化物为氢化铝锂或铝氢化钠。制备方法包括下述步骤：

(1) 将纯度不低于97％的小块状碳化钙机械粉碎成粒度小于500μm的粉末；

(2) 按上述配比称取硼氢化锂、碱金属铝氢化物和碳化钙粉末并混合；

(3) 采用行星式球磨机对混合粉末进行球磨处理。所述球磨处理在1～5atm氩气保护下进行，球料比为20～30：1，转速为400rpm，球磨时间为8～10h。

将碳化钙与硼氢化锂、碱金属铝氢化物复合形成多组元反应失稳体系。在 加热条件下碳化钙与硼氢化锂、碱金属铝氢化物发生反应，促进硼氢化锂中B-H键的断裂，降低热力学稳定性和放氢温度。另外，对碳化钙、硼氢化锂和碱金属铝氢化物进行高能球磨可以细化颗粒尺寸和增加表面缺陷，从而缩短氢扩散距离和提高材料的放吸氢反应活性。有益效果为：(1)所提供的硼氢化锂/碱金属铝氢化物/碳化钙复合储氢材料具有低的放氢温度、高的放氢量和良好的可逆性能。

(2)利用碳化钙来改善硼氢化锂基材料的储氢性能，成本低廉。(3)所提供的复合储氢材料的制备工艺简单，安全可靠。

2. 以碳化钙为原料制备石墨烯的方法，具体包括以下步骤：

(1) 将碳化钙与表面活性剂按质量比50：（3~6）加入到密闭搅拌器中，温度控制在 60~100℃，搅拌速度控制在80~120rpm，反应5~10min，得到碳源前驱物；

(2) 将累托石先用乙醇洗涤，然后与催化剂加入到额定功率为500~600w的微波器中处理3~5min，得到累托石负载催化剂模板，其累托石、催化剂质量比为8：（0.1~0.3）；

(3) 将步骤（1）得到的碳源前驱物与步骤(2)所得到的累托石负载催化剂模板按质量比为1：(3~4)加入到密闭分散混合器中，温度控制在60~80℃，以800~1000rpm速度分散混合，同时开启真空负压至5~10Mpa，分散10~20min，使碳源前驱物在真空压力与吸附作用下在累托石层间插入并驻留，最终得到累托石层间碳源前驱物；

(4) 在密闭干燥反应器中加入步骤(3)得到的累托石层间碳源前驱物，再加入混合 酸，在氩气80~100ml/min的保护下，同时使反应器升温，温度控制在800~1000℃，反应3~8h，自然冷却至20℃，并用质量分数为30%~50%硝酸去除累托石，得到石墨烯初级产物；

(5) 将步骤(4)得到的石墨烯初级产物，用碱液洗涤至中性，在干燥器中干燥得到层厚≤2nm的大尺寸二维面积石墨烯。

【制备】^[3]

电炉还原法是目前工业上生产碳化钙的唯一方法。将氧化钙与焦炭在2000～2200℃下进行还原反应：

生成的熔融碳化钙从反应炉底流入接收槽，冷却后即得产品。碳化钙生产系高温操作，粉尘较多，电能消耗大。80年代，生产每吨工业碳化钙耗电为10～11GJ。为了降低电耗，多采用密闭式和大型化电石炉，以减少散热损失和有利于一氧化碳的回收利用。

【主要参考资料】

[1] 集装箱运输业务技术辞典·下册

[2] 刘思源, 陈思远, 姜标, 等. 低温合成碳化钙的热力学分析与实验验证[J]. 煤炭转化, 2017, 40(5): 74-80.

[3] 中国大百科全书（化工 卷）

[4] 柳东明；张月；顾润；斯庭智；李永涛；张庆安. 一种硼氢化锂/碱金属铝氢化物/碳化钙复合储氢材料及其制备方法. CN201611025480.2，申请日2016-11-14

[5] 陈庆；曾军堂；叶任海；陈兵；廖大应.一种以碳化钙为原料制备石墨烯的方法. CN201510947564.0，申请日2015-12-17