1 產品說明
1.1 簡介
化學名：碳化鈣
工業名：電石（英文名：calcium carbide）
分子式：cac2
結構式：
分子量：64.10
1.2電石的化學性質
電石的化學性質很活潑，在適當溫度下能與許多的氣體、液體發生化學反應。
1.2.1碳化鈣不僅能被液態的或氣態的水所分解，而且也能被物理的或化學結合的水所分解。
在水過剩條件下，即將碳化鈣浸於水中，反應依下式進行：
cac2+h2o=ca(oh)2+c2h2
被滴加水分解時，還發生如下反應：
cac2＋ca(oh)2=cao+c2h2
吸收空氣中水份而分解：
cac2+h2o=cao+c2h2
1.2.2 在沒有任何水份條件下，將電石在氫氣流中加熱至2200℃以上時，就有相當量的乙炔發生：
cac2＋h2o＝ca＋c2h2
當加熱到2275℃時，所生成的鈣開始昇華。
1.2.3 在高溫下，乾燥的氧氣能氧化碳化鈣而生成碳酸鈣。
1.2.4粉狀電石與氮氣在加熱條件下，反應生成氰氨化鈣：
cac2＋n2＝ca**2＋c
1.2.5碳化鈣能還原鉛、錫、鋅、鐵、錳、鎳、鈷、鉻、鉬及釩的氧化物。
1.2.6 電石中夾雜的磷的化合物，當電石與水作用時，生成磷化氫混在乙炔中；所夾雜的硫的化合物，與水作用時，生成硫化氫，硫化氫在電石被水分解時，幾乎完全被水吸收，可是在水量不足時，所生成的乙炔中就會有相當多的硫化氫，硫化氫與碳化鈣反應，能象水一樣地使它發生乙炔：
cac2＋h2s＝cas＋c2h2
1.3 乙炔的物理性質
1.3.1 乙炔的分子式：c2h2
結構式：h－c≡c－h
分子量：26
乙炔在常溫和大氣壓下為無色氣體，工業乙炔因含有雜質（特別是磷化氫）而有特殊的臭味。
1.3.2 乙炔的密度隨著溫度和壓力的變化而變化，當溫度在20℃和壓力為760公釐汞柱時，乙炔的密度為1.091kg/m3。
1.3.3 乙炔溶於水和酒精，極易溶於丙酮。在15℃和1大氣壓下1公升丙酮可溶解乙炔25公升，在15大氣壓下，1公升丙酮可溶解乙炔的345公升。
1.3.4 乙炔的化學性質
1.3.4.1 乙炔屬於不飽和烴，不穩定，在一定條件下，較易發生分解**，而且和與它能起反應的氣體的混合物也會發生**。
乙炔在高溫高壓下，具有分解**的危險性。如壓力為1.5表壓以上的工業乙炔，在溫度超過550℃時，則可能使全部乙炔發生分解**。其反應式為：
c2h2＝2c＋h2＋16.75mj
當溫度低於500℃，有接觸劑存在時，也可能發生**。
1.3.4.2 乙炔和與它能起反應的氣體的混合物具有較強的**能力。
乙炔與氧混合時，如將混合物加熱至300℃以上，則乙炔在大氣壓下即行**。
乙炔與氯混合時，在日光作用下就會**。
乙炔與氧混合物的**範圍為2.3～93％（乙炔在氧氣中的濃度）。
乙炔與空氣混合物的**範圍為2.3～81％（乙炔在空氣中的濃度）。
1.3.4.
3 當乙炔被某溶劑溶解時，乙炔的**能力就降低。溼乙炔比干乙炔的**能力低關隨著濕度的增高而減小。當水蒸汽與乙炔之體積比為1：
1.15時，通常不會發生**。
1.3.4.
4 在高分解壓力與溫度，容器的尺寸很大或管道很長時，乙炔會發生爆震現象。爆震的傳播速度為1800公尺/秒～3000公尺/秒，爆震時所發生的區域性壓力達到600大氣壓。
1.3.4.5當乙炔與銅鹽、銀鹽及汞鹽的水溶液相互作用時，能生成各種金屬乙炔的沉澱物，此沉澱物具有**性。
1.4工業電石的組成
工業電石中碳化鈣含量常為65%～90％，其餘為雜質。如碳化鈣含量為85.3％的電石，其大致組成如下：
碳化鈣（cac2） 85.3％
氧化鈣（cao9.5％
二氧化矽（sio2） 2.1％
氧化鐵和氧化鋁（fe2o3+al2o3） 1.45％
氧化鎂（mgo0.35％
碳（c1.2％
1.5 電石的質量標準
電石質量符合gb10665-2004標準。
1.6原、輔助材料質量指標
1.6.1、生石灰
生石灰的質量符合如下條件：
cao90%
mgo1.5%
鹽酸不溶物 ≤1.5%
生過燒 ≤8%
1.6.2、冶金焦
冶金焦的質量應符合如下條件：
灰分 ≤15.0%
揮發分 ≤1.9%
水分 ≤6.0%
粉末含量 ≤5.0%
1.6.3、蘭炭
蘭炭質量應符合如下條件：
灰分 ≤10.0%
揮發分 ≤6.0%
水分 ≤10.0%
粉末含量 ≤5.0%
1.6.4、電極糊
電極糊質量應符合如下條件：
灰分 ≤4.0%
揮發分 13.0%～14.5%
抗壓強度 ≥19.6mpa
電阻率 ≤75μωm
體積密度 ≥1.36t/m3
2、電石生產歷史
2023年法國人h·邁桑和美國人t·l·威爾森同時開發出了電爐還原製取碳化鈣的方法。美國於2023年實現了工業化生產。當時電爐容量很小，只有100～300kva，一般採用單相電極，間歇操作，產量也很低。
當時電石產品主要用於點燈，後用於金屬切割。
到二十世紀初，用電石生產石灰氮的方法問世後，電石生產逐漸有所發展。出現了自動燒結電極和半密閉電石爐，電爐容量逐漸擴大。到二十世紀
二、三十年代，通過電石乙炔合成有機化工工業興起，促進了電石生產的大力發展。挪威和德國先後發明了埃肯爐和德馬克爐，直至現在世界主要的密閉爐爐型均出自於該兩種爐型。美國對電石生產技術作出了巨大的貢獻，研製成功了空心電極以及計算機控制的全自動操縱電爐的技術，尤其是計算機監控和觀測電極糊軟化燒結情況，避免了電極事故的發生，通過計算機測量、控制電極工作端長度，保持電石爐在恆定功率執行。
並且電石爐容量不斷向大型化發展，德國建成75000kva的電石爐，日本也建成了80000kva以上的電石爐，並完善了空心電極技術。
電爐還原法生產碳化鈣是目前工業生產碳化鈣的唯一方法。
電石主要用途是生產聚氯乙烯，2023年全國電石產能為1700萬噸，共計產量為1171萬噸，同比增長27.71%。電石爐開車率69.
23%。共生產聚氯乙烯823.86萬噸，其中採用電石法生產的聚氯乙烯產量為589萬噸，理論消耗電石884萬噸，消費電石量電石總產量的75.
11%。2023年全國電石產能突破2000萬噸，產量達到1481.8萬噸。
2023年電石產量為1361萬噸。
另外一部分用於生產聚乙烯醇、石灰氮等。電石還用於鋼鐵的脫硫劑、分析化學中的水分測試劑、用於農業果樹等經濟作物處理劑，現在還有用於環保行業用作廢水的脫硫劑等。
3、電石的生成機理
3.1、反應機理
爐料憑藉電弧熱和電阻熱在1800～2200℃的高溫下反應而製得碳化鈣，電爐是獲得高溫的最好裝置，而且能量非常集中。
碳化鈣的生成反應式如下：
cao+3c=cac2+co-111.3千卡
56 36 64
以上反應為吸熱反應，為完成此反應，必須供給大量的熱能。當生成一噸發氣量300公升/公斤的電石，消耗於反應的電能為：
1000×0.806÷64×111300÷860＝1630度
式中：0.806――發氣量為300公升/公斤的電石其中碳化鈣百分含量；
860――電熱，1度電能完全轉化為熱能的數值（千卡/度）；
64――碳化鈣的分子量
實際上，工業電石爐生產1噸電石的時候，所消耗的電能遠遠超過計算所得的數值，可見大量的電能損失了。這些損失主要有以下幾個方面：
（1） 電石爐中有許多副反應存在，
cac2=ca+2c-14.5千卡
caco3=cao+co2-42.5千卡
co2+c=2co-39.3千卡
h2o+c=co+h2-39.6千卡
ca(oh)2=cao+h2o-26千卡
casio4＝2cao＋sio2－29千卡
sio2+2c=si+2co-137千卡
fe2o3+3c=2fe+3co-108千卡
al2o3+3c=2al+3co-291千卡
mgo+c=mg+co-116千卡
以上的反應都是吸熱反應，都要消耗熱量。
（2） 電石爐氣和被爐氣帶走的粉塵及出爐電石所帶走的顯熱；
（3） 消耗在電爐變壓器、短網、電極以及通過爐體的熱損失等等。
理論消耗氧化鈣＝1000÷64×56＝875公斤
理論消耗碳素＝1000÷64×36＝563公斤
所以理論爐料配比＝563/875＝64.3
電石的反應機理到目前為止還沒有成熟的理論，一般的說法是：
以固態反應生成cac2，
cao+c=cao·c（互相擴散態）
cao·c(互相擴散態)＝ca+co
ca＋2c＝cac2
並有：mcac2+ncao=mcac2·ncao
mcac2·ncao=(m-1)cac2·(n-2)cao=3ca+2co
3.2關於電石－石灰的相平衡
在電石爐內存在兩種速度，除了化學反應的「反應速度」之外，還有另一種情況，就是石灰會很快熔化在生成的電石之中，它也有乙個速度。原來電石和石灰單獨存在的時候，都有很高的熔點，純電石熔點為2300℃，純石灰的熔點為2580℃。但是兩者碰在一起，熔點就降低了。
熔點可降到比石灰和電石的熔點都要低，這個熔點叫做「共熔點」，而且這個共熔點又是不固定的，它隨著電石和石灰混合的比例不同而不同。把電石和石灰按不同的比例混合，並分別測定其共熔點，把它繪成圖，從這張圖上可以找到在一定溫度下，共熔的電石和石灰的比例，也就是熔融電石的成份，如果有超過這個比例的多餘電石，那麼，在這個溫度下，這一部分電石就凝固出來。這張圖就叫相平衡圖。
如果有多量石灰存在時，不可能在電石爐裡得到與石灰分開的純電石。而高質量的電石（成份在80%以上）也不是在電石爐一開始就生成的，因為電石的熔點高，當它一生成就和周圍的石灰共熔成熔較低的共熔體流了下去，由於含69～70%電石的共熔體的熔點最低，所以生成的電石－石灰共熔體，大多是這個成份。電石與石灰共熔的速度是很快的，只要純的電石一生成就與石灰共熔了。
共熔體的電石成份一般不會高於70%，因為配料比高時，焦炭還來不及反應生成電石，而配料比低時，石灰倒很容易與之共熔，使電石沖淡（稀釋）到70%以下。這樣，在電石爐裡就有兩個速度。乙個是焦炭與石灰不斷化合生成電石的「反應速度」，另乙個是生成的電石不斷與石灰共熔而稀釋的共熔速度，這個速度叫做「稀釋速度」。
電石的反應速度是由什麼來的？如果我們考慮最理想的情況，即乙個石灰的分子和三個碳原子直接相遇而發生反應，在2000℃以上的溫度下，反應速度是很快的，比共熔速度還快。但是在電石爐內，焦炭是以塊狀存在的，而不是乙個碳原子的易破碎存在的，焦炭沒有明顯的熔點，直到3000℃時，它還是固體。
到3537℃時才汽化，所以在電爐裡焦炭是始終不熔化的固體。這樣，它的有限的反應接觸面就大大阻滯了與熔化石灰的反應速度，甚至比共熔的速度更慢。在電爐裡熔化的石灰－電石共熔體是怎樣與多孔的焦炭反應？
第一步是電石－石灰共熔體中的石灰與焦炭塊表面上的碳反應，同時石灰熔液不斷滲入焦炭的毛細孔中，一邊滲入，一邊就與碳素反應，生成電石而共熔，使焦炭變鬆，反應時產生的一氧化碳又使變鬆的焦炭崩裂成小塊。第二步是未崩裂的和已崩裂成小塊的焦炭，再不斷被石灰熔液滲入，邊反應、邊崩裂，有一些焦炭就分散成微粒，懸浮在電石－石灰共熔體中。這時如果配比低，石灰過剩，那麼焦炭微粒在共熔體中通過擴散，不斷反應直到全部反應成電石。
如果配比高，石灰沒有過剩，那麼焦炭的微粒與共熔體中的大部分熔化石灰反應石生成電石。這種電石－石灰共熔體中，石灰的含量極少，甚至還有多量分散而沒有與石灰反應的焦炭微粒，留存在電石中。
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