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GENERALIDADES
Se denomina carburos, de manera general, a las combinaciones
de carbono con elementos metálicos o no metálicos.
El carburo de calcio, designado normalmente como "carburo"
es uno de los más importantes para la industria,
porque entre los carburos que reaccionan con el agua,
este desprende acetileno.
El carburo está formado por una carga de cal
y otra de coque mezclada en proporciones preestablecidas.
Para la obtención de una tonelada de carburo
se requiere una tonelada cal o el equivalente de dos
toneladas de caliza. El carburo de calcio se produce
donde se dispone de energía hidroeléctrica
barata, ya que para su obtención se debe contar
con hornos que funcionan a energía eléctrica.
HISTORIA
- El carburo de calcio fue preparado por primera vez
Fr.Wöhler en 1836, a partir de una reacción
compuesta por una aleación de calcio y zinc con
carbón.
- T.L. Wilson y H. Moissan lo obtuvieron en 1892 en laboratorio,
a partir de cal y carbón en un horno eléctrico.
- En 1895 comenzó en Suiza la producción
industrial de carburo y en 1898 en Alemania.
- La cianamida de calcio, producto obtenido a partir
del carburo, se produjo por primera vez en 1905.
FÓRMULA QUÍMICA: C2Ca
PROPIEDADES FÍSICAS
- Sustancia sólida cristalina.
- Incolora o clara debido a la presencia de impurezas.
- De olor característico.
- Reacciona rápidamente con el agua, dando
lugar al gas acetileno (C2H2).
- Punto de fusión (pasaje al estado líquido)
superior a los 2.500º C.
- Peso específico: 2,22 kg/dm3.
- No es inflamable, pero al mezclarse con el
agua reacciona rápidamente formando acetileno
(C2H2), producto altamente explosivo e hidróxido
de calcio con liberación de calor. La ecuación
química es la siguiente:
| CaC2 |
+ |
2H2O |
= |
Ca(OH)2 |
+ |
C2H2 |
|
carburo de calcio |
+ |
Agua |
= |
Hidróxido de Calcio |
+ |
gas
acetileno |
CARACTERÍSTICAS DE PELIGROSIDAD
- El Carburo de Calcio se lo considera una sustancia
peligrosa por la tendencia a reaccionar fácilmente
con el agua formando el gas acetileno.
- En caso de incendio no debe utilizarse el agua
como medio de extinción.
- El grado mayor de peligrosidad está
representado
por el contacto con la humedad, es por ello que se debe
tomar especial precaución en el tratamiento de
almacenado y transporte, por lo que se lo envasa
en bidones de hierro previamente secados, tapados herméticamente
y acompañados de soldaduras.
CONSUMO DE ENERGÍA
Las altas temperaturas necesarias para la producción
de carburo (mayores a 2.500º C) se producen exclusivamente
por medio de la corriente eléctrica.
La elevada temperatura que se requiere para la
obtención del carburo se obtiene por la resistencia que
opone el fundido (cal + coque) al paso de la corriente.
Los hornos modernos tienen una potencia de 40.000 kW.
El consumo de corriente de una fábrica de carburo
es semejante al de una gran ciudad es por ello que se
instalan siempre donde haya fuentes baratas de energía
eléctrica.
CALIDAD
La calidad del carburo fabricado se refiere siempre
a la cantidad en litros de acetileno que suministra
al reaccionar con agua 1 kg. de carburo. Estos litros
se miden húmedos, a 15º C y 760 mm de mercurio.
APLICACIONES
Antiguamente, a principios del siglo XIX, aparecieron
las lámparas que funcionaban a gas y que a su
vez tendrían mucha repercusión en el alumbrado
público. El carburo se producía casi exclusivamente
para la iluminación, mientras que hoy es utilizado
para la producción de cianamida de calcio, en abonos, herbicidas y como materia prima para la producción
cianuros, dicianamidas y melamina, elementos empleados
para la fabricación de resinas artificiales.
Otra aplicación es para la producción
de acetileno, gas utilizado para la soldadura autógena.
Este tipo de soldadura se funda en la producción
de altas temperaturas en un soplete que utilice gases
combustibles y oxígeno (hidrógeno-oxígeno),
alcanzando la llama de mezcla detonante una temperatura
no mayor a 2.000º C, caso contrario con la mezcla
acetileno-oxígeno se superan los 3.000º
C.
El acetileno necesario se puede producir en el lugar
de utilización, empleando pequeños generadores
o puede tomarse de pequeñas botellas de acero,
pintadas de amarillo.
El gas acetileno está disuelto en la acetona,
y está absorbida en una masa de amianto, a una presión
de 15 atmósferas. Al abrir la válvula
de la botella sale en forma gaseosa. Gracias a esta
combinación acetileno-acetona-amianto, las botellas
de acero ofrecen menos peligro de explosión (el acetileno es un gas inestable y explosiona cuando
se comprime a grandes presiones).
FABRICACIÓN
El carburo de calcio se fabrica en horno eléctrico
a una temperatura superior a los 2.500º C, a partir
de la cal viva y el coque:
|
CaO |
+ |
3C |
= |
C2Ca |
+ |
CO2 |
|
óxido de
calcio |
+ |
coque |
= |
carburo
de calcio |
+ |
dióxido de
carbono |
- Óxido de calcio (CaO): se obtiene a partir
del carbonato de calcio (CaCO3) que se encuentra en
las rocas sedimentarias ricas en este mineral que se
han ido depositando en el transcurso del tiempo sobre
terrenos, riveras, lagos y océanos. Su producción
es en gran escala, contándose para ello hornos
de cal, también llamados caleras. Estos son construidos
en forma vertical; la caliza se añade por la
parte superior y la cal u óxido de calcio por
la parte inferior. Los quemadores están dispuestos alrededor de la base del horno, para someter
toda la carga de caliza al calor de los productos de
la combustión, produciéndose la siguiente
reacción:
|
Ca CO3 |
calor |
CaO |
+ |
CO2 |
- |
21.000 cal |
| carbonato
de calcio |
|
óxido
de calcio |
+ |
dióxido
de carbono |
- |
calorías
liberadas |
- Coque (carbón): se obtiene a partir de
la hulla, siendo éste un material vegetal fósil
desarrollado durante el período carbonífero
quedando enterrado bajo el agua y en yacimientos térreos,
protegiéndolo así de futuras putrefacciones.
Si a la hulla se la calienta en ausencia de aire, por
ejemplo mediante una destilación seca, se desprenden
varios productos volátiles, como por ejemplo
gas de hulla, amoníaco, benceno, etc, con un
residuo compuesto principalmente por carbono libre llamado
coque.
La materia prima debe cumplir con ciertas exigencias
especiales como:
- La cal viva debe contener más del 90 % de óxido
de calcio.
- Coque no debe tener más de 8 a 10 % de cenizas.
Los dos materiales se utilizan del tamaño de
un puño, por lo que es necesario hacer una trituración
y a continuación un tamizado.
Se los mezcla en un bunker en la relación de
100 partes de cal - 65 de coque y se lo conduce al horno
mediante tubos de distribución.
Los grandes hornos son completamente cerrados y se cargan
con ausencia de aire y en forma automática. Son
hornos trifásicos y constan de electrodos regulables
en la que en su interior contienen una masa, recargable
proveniente de una mezcladora-amasadora, compuesta de
brea y antracita grafitizada (tratada con vapor), que
por el paso de la corriente, endurece, obteniéndose
un electrodo de buena conductividad.
Los gases residuales, producto de la fabricación,
se los trata mediante purificadores (extraen polvos),
empleándolo como gas de caldeo "caliente"
ó para síntesis química.
El carburo fabricado se sangra en estado líquido
a vagonetas o a grandes crisoles para que solidifique
al enfriar.
El carburo de calcio obtenido es destinado como materia
prima para la fabricación de ciertos productos
a nivel industrial.
En el diagrama siguiente se sintetiza el procedimiento
de fabricación del carburo a partir de las materias
primas empleadas hasta llegar al producto final.
MÉTODO INDUSTRIAL DE OBTENCIÓN DEL CARBURO
DE CALCIO
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