Kalcium-karbid

A technikai kalcium-karbid rideg, szürkésfekete színű, fémes fényű, kristályos anyag. Szennyezésként 12-15% CaO -ot (égetett mész), emellett még kis mennyiségben kalcium-foszfidot (Ca₃P₂), kalcium-szulfidot (CaS), kalcium-nitridet (Ca₃N₂) és kalcium-ciánamidot (CaCN₂) is tartalmaz. A karbidra jellemző "fokhagymás" szag főleg foszfinra (PH₃) vezethető vissza, ami kalcium-foszfidból víz hatására keletkezik. A CaC₂-ból víz hatására keletkező acetilén szagtalan.
Jellegzetes tulajdonsága a nagy fokú higroszkóposság azaz nedvszívó-képesség. Víz hatására a kalcium-karbidból acetilén fejlődik. A kalcium-karbid gázfejlesztő képessége nagymértékben függ a szemcsenagyságtól, általában 250 – 300 l acetiléngáz fejlődik 1 kg kalcium-karbidból.
A kalcium-karbid tűz- és robbanásveszélyes anyag, ezért használatával, tárolásával kapcsolatban a vonatkozó MSZ 1603, MSZ 6291 és MSZ 15663 szabványok, és tűzrendészeti előírások betartása kötelező.

Gyártása

Kalcium-karbid előállítása a Buna vegyi kombinátban (1983)

A kalcium-karbid kalcium-karbonát és szén reakciójából, nagy hőmérsékleten keletkezik.

Iparilag elektromos kemencében, ívfényben, mészkőből és kokszból állítják elő:

\mathrm {CaCO_{3}+3C\Rightarrow CaC_{2}+CO+CO_{2}} \,\!

Mészkő + koksz → kalcium-karbid + szén-monoxid + szén-dioxid E folyamat 2200-2300 °C hőmérsékleten zajlik le. Az egy kohóhoz szükséges teljesítmény 100-160 V feszültség mellett kb. 27 MW. Az ilyen hőmérsékleteknél keletkező CaC₂ hígfolyós, majd derítik, szűrik és lehűtés végett vastálakba engedik.

Felhasználása

Acetilén fejlesztés:

\mathrm {CaC_{2}+2H_{2}O\Rightarrow Ca(OH)_{2}+C_{2}H_{2}} \,\!

karbid + víz $\Rightarrow \,\!$ kalcium-hidroxid + acetilén

Veszélyessége

A CaC₂ és a H₂O reakciós termékeinek veszélyességével és méregtartalmával kapcsolatban a következőket kell tudni:

A fő tömegben keletkező acetilén (C₂H₂) nem mérgező, szagtalan, de oxigénnel történő jó elkeveredés esetében rendkívül robbanékony gáz. A CaC₂ és H₂O zárt tartályban reakcióba lép, robbanás következhet be, ugyanis a tiszta acetilén nagyobb nyomáson önmagától fölrobban („karbidbomba”),

\mathrm {C_{2}H_{2}\Rightarrow 2C+H_{2}} \,\!

A foszfin (PH₃) nagyon mérgező és kellemetlen (fokhagymaszerű) szagú gáz. Tekintettel arra, hogy ez a gáz már a legcsekélyebb mennyiségben is jól érezhető, különösebb veszélyt nem jelent. Az acetilén normális égésénél foszfinból foszforsav keletkezik, és így ártalmatlanná válik.
A kénhidrogén (H₂S) ugyancsak kellemetlen (záptojás) szagú és mérgező gáz, de igen kis koncentrációja miatt ártalmatlan. A H₂S a kalcium-szulfid (CaS) vízzel történő reakciója útján keletkezik. Ugyanúgy mint a foszfin, égéssel ártalmatlanná válik (H₂SO₃).
Az ammónia (NH₃) jellemző, szúrós szagú gáz, mely azonban csak nagyobb töménységnél ártalmas és maró hatású. Kis töménysége miatt veszélytelen. Az NH₃ a kalcium-nitridből és a ciánamidból képződik.
Szilárd alkotórész: „oltott mész” (kalcium-hidroxid, Ca(OH)₂ viszonylag erős (maró!) lúg. Friss állapotban, nagyobb mennyiségben és hosszabb időn át nem szabad a bőrrel és különösen nem a szemmel érintkeznie. Egyébként az anyag nem mérgező, mészszegény talajon szívesen használják trágyázásra. Régi Ca(OH)₂ a levegő szén-dioxidjával történő reakciója miatt még veszélytelenebb, mert belőle CaCO₃ (kalcium-karbonát) képződik.

Környezetvédelem

A karbidlámpa „karbidhamujára” is az vonatkozik, ami a kalcium-hidroxidnál (oltott mész) le lett írva.

Nagy mennyiségben és frissen kiszórva, maró hatása miatt, a közvetlenül alatta levő barlangtalaj mikrofaunájára káros. Ez a hatás azonban nem különösen hosszan tartó. A karbidhamuban a Ca(OH)₂ melletti foszfin, illetve hidrogén-szulfid és ammónia igen kis koncentrációja, és e gázok illékonysága miatt egészen veszélytelen, de ezek miatt lehet érezni a frissen ürített karbidhamut büdösnek.
A karbidhamunak többé-kevésbé rejtett elhelyezése barlangokban vagy közvetlenül a barlangok mellett esztétikai és elvi okok miatt elítélendő. Az erdő vagy rét talajában történő elásás ellen az általában kis mennyiség miatt nem lehetne tiltakozni, feltéve, ha az nem mindig ugyanazon a helyen és egy barlangbejárat közvetlen közelében történik.
Amennyiben a barlangban kell kalcium-karbidot váltani, akkor az elhasznált anyagot egy kis műanyag zacskóba kell tölteni és ki kell vinni a barlangból. A jól működő lámpa 8–10 óráig ég egy töltéssel, ezért ez csak nagyon hosszú túráknál (felmérések, éjszakázások nagy barlangrendszerben) vagy rossz lámpáknál indokolt.^[3]

Jegyzetek

↑ Massalimov, I. A. (2002). „{{{title}}}”. Inorganic Materials 38 (4), 363. o. DOI:10.1023/A:1015105922260.
↑ Kalcium-karbid biztonságtechnikai adatlap (angol nyelven). [2012. november 19-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2012. december 15.)
↑ Világító eszközök és használatuk (magyar nyelven). barlang.hu. (Hozzáférés: 2013. április 6.)

Források

Calcium Carbide (angol nyelven). ihs.com. (Hozzáférés: 2013. április 6.)
Kalcium karbid (magyar nyelven). donauchem.hu. (Hozzáférés: 2013. április 6.)
Mit kell tudni a karbidról? (Karszt és barlang, 1986. I., 39. old.) (magyar nyelven). MKBT. (Hozzáférés: 2014. október 14.)

További információk

Kalcium karbid reakciója vízzel. youtube.com. (Hozzáférés: 2013. április 6.)
Calcium Carbide & Acetylene at The Periodic Table of Videos (angol nyelven). University of Nottingham. (Hozzáférés: 2013. április 6.)

[1] Massalimov, I. A. (2002). „{{{title}}}”. Inorganic Materials 38 (4), 363. o. DOI:10.1023/A:1015105922260.

[2] Kalcium-karbid biztonságtechnikai adatlap (angol nyelven). [2012. november 19-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2012. december 15.)

[3] Világító eszközök és használatuk (magyar nyelven). barlang.hu. (Hozzáférés: 2013. április 6.)

[1]

[2]

[3]