recorrido

Carburo de Calcio C2 Ca

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




Fuente:
Métodos de la industria química; Tegeder - Meyer
Química general moderna; Babor - Ibarz
Ciencia y técnica de la soldadura; W. J. Patton
Recopilación y análisis: Ing. Química Susana Patricia Descalzo Arana - Auditoría EPEC