碳化鈣

碳化鈣，電石的主要成分，是無機化合物，白色晶體，工業品為灰黑色塊狀物，斷面為紫色或灰色。遇水立即發生激烈反應，生成乙炔，並放出熱量。碳化鈣是重要的基本化工原料，主要用於產生乙炔氣。也用於有機合成、氧炔焊接等。

2017年10月27日，世界衛生組織國際癌症研究機構公布的致癌物清單初步整理參考，碳化鈣生產在3類致癌物清單中。

基本介紹

• 中文名：碳化鈣
• 英文名：Calcium Carbide
• 別稱：電石、乙炔鈣、嘎石
• 化學式：CaC2
• 分子量：64.10
• CAS登錄號：75-20-7
• EINECS登錄號：200-848-3
• 熔點：2300℃
• 水溶性：分解
• 密度：2.22 g/cm3
• 外觀：白色晶體
• 閃點：-17.8℃
• 套用：生產乙炔
• 危險性符號：F, T
• 危險性描述：易燃，有毒
• 危險品運輸編號：UN 1402 4.3/PG 2

結構及性質

理化特性

英文別名： Calcium carbide; calcium acetylide; Quartz crystal; calcium ethynediide; ethyne, calcium salt (1:1)

電子式：Ca²⁺[:C≡C:]^2- 中間的“≡”代表三對共用電子對

InChI： InChI=1/C2. Ca/c1-2;/q-2;+2

理化性質：礦石為黃褐色或黑色的塊狀固體，純品為白色晶體(含CaC2較高的是紫色)。密度2.22克/立方厘米，熔點2300℃（與CaC2含量有關），遇水立即發生激烈反應，生成乙炔，並放出熱量，電石含量不同熔點也隨之變化。

雜質：因電石中常含有砷化鈣(Ca3 As2)、磷化鈣(Ca3 P2)等雜質，與水作用時同時放出砷化氫(AsH₃ )、磷化氫(PH₃ )等有毒氣體，因此使用由電石產生的乙炔有毒。

晶體結構

CaC2最常見的晶型屬四方晶系，在298K到720K之間穩定，其結構如右圖所示。四方CaC2的晶體結構類似NaCl型，但由於[:C≡C:]2-離子呈橢圓形，定向排列，晶體屬四方晶系。在CaC2晶體的[:C≡C:]2-離子中，C-C距離為120pm，相當於碳碳叄鍵的鍵長，Ca和C間的距離為259和282pm。

CaC2的晶體結構

套用

反應原理：CaC₂+2H₂O==Ca(OH)₂+C₂H₂↑

這是一個放熱反應，ΔH = -120kJ/mol，因此需要用飽和食鹽水與之反應來控制反應速率。

CaC2能導電，純度越高，導電越易。

（1）電石與水反應生成的乙炔可以合成許多有機化合物例如：合成橡膠、 人造樹脂、丙酮、烯酮、炭黑等；同時乙炔一氧焰廣泛用於金屬的焊接和切割。

電石-石灰相平衡圖

（2）加熱粉狀電石與氮氣時，反應生成氰氨化鈣，即石灰氮：

CaC2 + N2 → CaCN2 + C , ΔH = -296kJ/mol

石灰氮是製備氨基氰的重要原料。加熱石灰氮 與食鹽反應生成的熔體用於採金及有色金屬工業。

（3）電石本身可用於鋼鐵工業的脫硫劑。

（4）生產聚氯乙烯（PVC），電石法生產聚氯乙烯利用電石（碳化鈣CaC2），遇水生成乙炔（C2H2），將乙炔與氯化氫（HCl）合成制出氯乙烯單體（CH2=CHCl），再通過聚合反應使氯乙烯生成聚氯乙烯—[CH2—CHCI]n—的化學反應方法。

（5）舊時礦工下礦，將電石放入鐵罐之中利用生成的乙炔（C2H2）製作成電石燈。

製法

反應方程式：CaO + 3C → CaC₂ + CO , ΔH = +465.7kJ/mol

這是一個強吸熱反應，故需在2100-2500K的電爐中進行。

工業上一般使用電爐熔煉法與氧熱法，電爐熔煉法是將焦炭與氧化鈣(分子式 CaO)置於2200℃左右的電爐中熔煉，生成碳化鈣(分子式CaC2)。氧熱法：即：高爐富氧氧熱法熔煉CaC2 (電石) 、石灰石中提取炭、高溫低壓煤氣發生爐。此一爐三使用工藝技術，使 CaC2生產綜合利用了煤氣化過程中的餘熱和煤灰，煤灰加配料熔融後生成CaC2和矽鐵（提純CaC2時）；“高溫低壓”煤氣發生爐，使煤氣的產（發）生自然化。每熔煉一噸80% CaC2，從石灰石中提取純炭168kg左右，產生煤氣（CO在55%—95%）6000—2600 m3，可生產4.5噸左右的甲醇。富氧既提高爐溫又提高了煤氣的CO質量，氧氣尤為一舉兩用，煤熱能利用後的煤氣，用於煤化工或清潔發電。此工藝為無消耗能源型和無污染型的CaC2生產和煤氣生產。

電石燈

密閉操作，全面排風。操作人員必須經過專門培訓，嚴格遵守操作規程。建議操作人員佩戴自吸過濾式防塵口罩，戴化學安全防護眼鏡，穿化學防護服，戴橡膠手套。避免產生粉塵。避免與酸類、醇類接觸。尤其要注意避免與水接觸。搬運時要輕裝輕卸，防止包裝及容器損壞。配備泄漏應急處理設備。倒空的容器可能殘留有害物。

危害

健康危害

損害皮膚，引起皮膚瘙癢、炎症、“鳥眼”樣潰瘍、黑皮病。皮膚灼傷表現為創面長期不愈及慢性潰瘍型。接觸工人出現汗少、牙釉質損害、齲齒髮病率增高。

毒理學特性及環境行為

燃爆危險： 本品遇濕易燃。

危險特性：乾燥時不燃，遇水或濕氣能迅速產生高度易燃的乙炔氣體，在空氣中達到一定的濃度時， 可發生爆炸性災害。與酸類物質能發生劇烈反應。

燃燒(分解)產物：乙炔、一氧化碳、二氧化碳。

急救措施

皮膚接觸：立即脫去污染的衣著，用大量流動清水沖洗至少15分鐘。就醫。

眼睛接觸：立即提起眼瞼，用大量流動清水或生理鹽水徹底沖洗至少15分鐘。就醫。

吸入：脫離現場至空氣新鮮處。保持呼吸道通暢。如呼吸困難，給輸氧。如呼吸停止，立即進行人工呼吸。就醫。

應急處理

隔離泄漏污染區，限制出入。切斷火源。建議應急處理人員戴自給正壓式呼吸器，穿化學防護服。不要直接接觸泄漏物。小量泄漏：用砂土、乾燥石灰或蘇打灰混合。使用無火花工具收集於乾燥、潔淨、有蓋的容器中，轉移至安全場所。大量泄漏：用塑膠布、帆布覆蓋。與有關技術部門聯繫，確定清除方法。

滅火方法：禁止用水或泡沫滅火。二氧化碳也無效。須用乾燥石墨粉或其它乾粉(如乾砂)滅火。

儲藏

儲存於陰涼、乾燥、通風良好的庫房。遠離火種、熱源。相對濕度保持在75%以下。包裝必須密封，切勿受潮。應與酸類、醇類等分開存放，切忌混儲。儲區應備有合適的材料收容泄漏物。