电解石 （有机合成工业之母）

简介

电解石在工业上全部采用生石灰和焦炭在电炉中加热的电热法制备电解石。电解石是一种重要的基础化工原料，并被广泛用于有机合成、农药生产、冶金等众多领域。在有机合成领域，被称为“有机合成工业之母”的美誉；在农业生产领域，由电解石合成的石灰氮对酸性土壤有改良的作用和电解石释放的乙炔可调节植物生长，提高肥料的利用率；碳化钙被冶金工业直接用做还原剂与脱硫剂，特别在炼钢与合金制造方面都有着广泛的应用。电解石可刺激眼睛和呼吸系统，并能灼伤皮肤。

发展历史

电解石的发现可以追溯到1862年，当时的人们通过将锌、钙和碳合金加热制得了电解石。全球电解石的鼎盛时期出现在20世界60年代初，但是随后由于石油工业的发展，发达国家中石油乙烯路线逐渐占据主导地位，而电石产业迅速衰减。由于中国是由资源不足，煤炭资源和石灰石资源相对富有，全球电石的生产和消费主要集中在中国。1892年5月2日，加拿大发明家托马斯·利奥波德·威尔森（Thomas L. Willson，1860-1915）在寻找生铝的生产工艺时，偶遇发现了制备碳化钙的电弧工艺。当地企业家詹姆·特纳·莫尔黑德（Jame Turner Morehead ，1840-1908）在1894到1896年建造并经营了全球首个生产碳化钙的工厂。从这时开始，电解石的生产风行全球。

结构

电解石为离子型晶体化合物，有四种晶型结构，最常见的为四方晶系，在298K到270K之间稳定，在其四方晶体结构中，[:C=C:]离子与Ca交替排列，钙离子的配位数为10，C-C键 长120 pm，Ca 和C间的距离为259-282pm。 由于与Ca之间的强静电作用，使电解石具有很高的晶格能，几乎所有的溶剂可通过离子的溶剂化作用来弥散和破坏其晶格结构。

理化性质

物理性质

电解石，有电石，碳化钙等俗称。纯碳化钙无色无味；不溶于任何已知溶剂；分子质量为64.1 g/mol，密度为2.16 g/cm，熔点为2160 ℃；在20-440 ℃的平均比热容为1047 J/(kg.K)，熔化热为1470 J/g；相对密度为2.16 g/cm；莫氏硬度为3，布氏硬度为40。

工业电解石由于含不同类型的杂质（如：CaO、S、P、Fe₂O₃、Al₂O₃等）呈现灰色，褐色，紫色，红褐色；这些不同颜色的电解石断面吸收水分后，就会失去光泽，变成灰白色的粉末。熔点温度也有所不同；相对密度在2.2-2.4 g/cm；杂质含量越高硬度越大。工业电解石具有导电性，一般碳化钙含量越高，导电性越好。

化学性质

与单质反应

与氢气反应

在干燥条件下与氢气反应，加热至2200 ℃以上，生成乙炔和在22275 ℃生化的钙。在加压下电石与氢生成氢化钙、甲烷以及其他钙化物。

CaC₂+H₂

电解石与氮气在1000℃的高温下反应可生产作为碱性化肥的氰氨化钙(石灰氮)，适用于酸性土壤。工业上还常用氰氨化钙生产一系列的氰化物如三聚氰胺、双氰胺等。

焊接与切割金属

乙炔-氧焰的温度高达3000 ℃以上，被广泛用于焊接和切割金属。

冶金工业

在冶金工业中，20世纪70年代后，电解石与硫化合被广泛用做脱硫剂用以生产优质钢。脱硫率高达90%，脱硫耗费量是石灰用量的0.5倍左右。

其他工业领域

用电解石制成的炉砖可作炼钢炉的炉衬，粉状电石可用作分析水的试剂，如：建筑工程的测湿剂。

农业领域

同时，电解石能分解出乙炔，乙炔与水果自生生产的催化物质乙烯具有相似结构，可以调控作物各个生长发育阶段，促进作物器官的生长，果实生殖的发育；刺激根系的生长进从而增大与土壤的接触面积获得跟多营养；且乙炔能够抑制胺氧化酶活性，进而抑制硝化和反硝化作用，减少氮的流失，使氮能以NH₄-N形式维持长久一点，促进氮肥研究。

制备方法

工业生产电解石采用生石灰和焦炭的块状原料供热生产，供热方式有电热法和氧热法两种，但是工业上全部采用电热法（电炉法）。

电热法原理是将生石灰和焦炭按一定的比例加入电炉内，通电加热至2000 ℃左右，制成电石。

石灰石加热后生成生石灰和二氧化碳：

CaCO₃

工艺流程：将块状（5-30 mm）焦炭和CaO的混合物由电炉上端加入，反应生的CO气体穿过原料层从炉体上部排出,熔融的产物CaC₂由炉底排出，经冷却、 破碎后得到成品。

安全事宜

消防

干粉灭火剂、水泥将火闷熄，不可用水。

包装

电石要用铁通或铁罐包装。铁桶用不少于1.0 mm厚的铁板焊接而成，一般每个铁桶装备100 kg电石，盖上应衬橡皮圈，并充氮气密封，桶内如未充氮时，应装置放气活塞。桶外应有明显“遇湿易燃物品”或“遇水易燃品”品标志。

储运

储存

储存在阴凉、干燥、通风良好的库房；远离火种、热源；相对湿度保持在75%以下；与酸类、醇类等分开存放，切忌混储；储区应备有合适的材料收容泄漏物。

运输

将电石贮存在干燥，防火，防水的仓库中，需短期暴露天贮存时要用适当的转载容器。

可运输桶装电石。运输大宗电石时可用1-2t的大型容器。运输粉状电石要用罐装，并用气动卸货设备。运输工具必须有防水设施，在运输和装卸时要轻拿轻放，不得翻滚、撞击、摩擦及剧烈震荡。储运时，没有防雨设施在下雨和下雪天时不许运输电石。不可与易燃物、强酸类混运。在运输过程中必须遵守有关危险品运输的规定。

如若遇到发生火灾，严禁用水、泡沫灭火器、酸碱灭火器扑救；只能用干燥的黄沙、干粉灭火器和二氧化碳灭火器扑火。

危害

工业电石中由于含杂质，遇水后生成乙炔、磷化氢等，对人体有害。

电石生产属于危险品生产，务必注意安全。

当电石遇水或受潮后产生乙炔，它与空气混合形成爆炸性气体，此时如遇火源，即能引起燃烧爆炸。过程中形成的一氧化碳和空气混合后达到一定的浓度也会引起燃烧和爆炸。危规编号：43041。UNNO.1340。危险品运输编号：51013。

生产过程中的某些气体和粉层，也对人体有害。

电石炉在高温、高电压下操作，要防止触电和灼伤。

对人体危害：损害皮肤，易引起皮肤瘙痒、炎症、“鸟眼”样溃疡、黑皮病。

急救

粉尘能刺激眼睛和呼吸系统，并能灼伤皮肤。应使吸入粉尘的患者脱离污染区，安置休息并保持温暖。眼部受刺激须用水冲洗；如有灼伤，须就医诊治。

应急处理

隔离泄漏污染区，限制出入。切断火源。建议应急处理人员戴自给式呼吸器，穿戴消防防护服。不直接接触泄漏物。小量泄漏用沙土、干燥石灰或者苏打灰混合。使用无火花工具收集于干燥、洁净、有盖的容器中。转移至安全场所。大量泄漏：用塑料布、帆布覆盖、减少飞散。与技术部门联系，确定清除方法。