In che modo le impurità nella calce influiscono sulla produzione di carburo di calcio

Perché la qualità della calce stabilisce il limite per il carburo di calcio

Calcium carbide is produced in an electric furnace by reacting quicklime with carbon at high temperature. The main reaction is CaO + 3C ->CaC2 + CO e procede a una velocità utile solo quando la carica nella zona fusa viene mantenuta a circa 2000 gradi Celsius o superiore. Poiché il processo si svolge a tale temperatura, anche ogni impurità introdotta con la calce entra in un ambiente fortemente riducente e può reagire. La qualità della calce determina quindi la stabilità del forno, il consumo energetico e la purezza del carburo che viene maschiato.

Le principali impurità presenti nella calce e come si comportano

La calce viva prodotta dal calcare normalmente trasporta ossido di magnesio, biossido di silicio, ossido di ferro e ossido di alluminio. Nessuno di questi è inerte nelle condizioni del forno a carburo. La tabella seguente riassume le reazioni di riduzione e le loro conseguenze.

Impurità	Reazione in forno	Conseguenza
MgO	MgO + C ->Mg gas + CO	Il vapore di magnesio si forma, si ri{0}}ossida nello spazio del gas e crea un intenso riscaldamento locale che danneggia il fondo del forno
SiO2	SiO2 + 2C ->Si + 2CO	Consuma carbonio ed energia e produce silicio che si lega al ferro per formare ferrosilicio nella fusione
Fe2O3	Fe2O3 + 3C ->2Fe + 3CO	Rilascia ferro che si dissolve nel carburo fuso e riduce la purezza del prodotto
Al2O3	Al2O3 + 3C ->2Al + 3CO	Si riduce lentamente ma costantemente, consumando carbonio e contaminando la fusione con l'alluminio

Come l'ossido di magnesio danneggia il fondo del forno

Magnesium oxide is the most damaging of the common impurities because it is readily reduced in the molten zone. The reaction MgO + C -> Mg gas + CO turns the molten zone into an intense high temperature reduction zone. When large quantities of magnesium vapour escape from this hot region they meet carbon monoxide in the upper part of the furnace, where Mg + CO ->MgO+C procede immediatamente e rilascia una grande quantità di calore. La temperatura locale aumenta bruscamente, il guscio duro protettivo che normalmente ricopre il focolare viene distrutto e il carburo di calcio liquido che trasporta un elevato carico di impurità può quindi raggiungere ed erodere il fondo del forno. Il risultato è un profilo del focolare irregolare, un funzionamento instabile dell'elettrodo e una durata della campagna ridotta.

Effetti sul consumo energetico e di carbonio

Ogni reazione secondaria consuma energia elettrica e carbonio che altrimenti sarebbero disponibili per la formazione del carburo. Poiché le impurità vengono ridotte insieme al CaO, il consumo energetico specifico per tonnellata di carburo aumenta e il carbonio fisso nella carica deve essere aumentato per compensare. Il silicio e il ferro rilasciati da SiO2 e Fe2O3 si combinano nella massa fusa per formare ferrosilicio, che si accumula nella parte inferiore del forno ed è difficile da eliminare con il carburo. L'alluminio proveniente da Al2O3 rimane in gran parte nella massa fusa e riduce la qualità del prodotto finito. Il carburo ricco di impurità-lascia inoltre più residui quando viene successivamente fatto reagire con l'acqua, il che riduce la resa effettiva per l'utente.

Misure pratiche di controllo

Specifica della calce:stabilire limiti di accettazione per il contenuto di CaO e per MgO, SiO2, Fe2O3 e Al2O3 e rifiutare i carichi che non rientrano in tali limiti.

Fonte della materia prima:evitare il calcare dolomitico, perché la dolomite trasporta carbonato di magnesio e produce una calce con un alto contenuto di MgO.

Controllo della calcinazione:bruciare accuratamente il calcare. La calce sotto- bruciata trattiene il carbonato e reagisce in modo non uniforme, mentre la calce sopra- bruciata è densa e lenta a dissolversi nella massa fusa.

Classificazione delle dimensioni:caricare la calce in una fascia di dimensioni controllate con fini limitati, in modo che il flusso di gas attraverso la colonna di carica rimanga uniforme.

Bilancio del carbonio:regolare il rapporto di coke o antracite ogni volta che cambia la chimica della calce, in modo che il rapporto fisso tra carbonio e CaO rimanga all'interno della finestra operativa.

Monitoraggio del forno:monitorare il consumo degli elettrodi, la temperatura del focolare e il comportamento di prelievo in modo che venga rilevato un aumento del carico di impurità prima che il rivestimento venga danneggiato.

Parametro	Obiettivo di accettazione tipico
CaO, min	92%
MgO, massimo	2%
SiO2, massimo	2%
Fe2O3 e Al2O3, max	1.5%
Perdita all'accensione, max	2%
Dimensione della carica	5-40 mm con multe limitate

Queste cifre descrivono la normale pratica di acquisto nel settore del carburo piuttosto che i limiti di una singola specifica, quindi i singoli forni dovrebbero stabilire la propria finestra monitorando la correlazione tra la chimica della calce e il consumo energetico specifico.

Domande frequenti

D: Qual è l'effetto delle impurità presenti nella calce sul carburo di calcio?
Vengono ridotti insieme alla calce nella zona fusa, consumando ulteriore energia e carbonio, contaminando la massa fusa e, nel caso dell'ossido di magnesio, attaccando il fondo del forno.

D: Quale impurità nella calce è la più dannosa?
L'ossido di magnesio è generalmente considerato il più dannoso, perché viene facilmente ridotto in vapore di magnesio, che poi si ri-ossida e crea un distruttivo surriscaldamento locale.

D: Perché l'ossido di magnesio danneggia il fondo del forno?
Il vapore di magnesio che lascia la zona calda fusa reagisce con il monossido di carbonio nello spazio gassoso e rilascia un forte calore, distruggendo il guscio duro protettivo in modo che il carburo liquido possa raggiungere ed erodere il focolare.

D: In che modo le impurità modificano il consumo energetico?
Reazioni collaterali come la riduzione di SiO2, Fe2O3 e Al2O3 assorbono energia e carbonio, quindi il consumo energetico specifico per tonnellata di carburo aumenta all'aumentare del carico di impurità.

D: È possibile utilizzare la calce dolomitica in un forno a carburo?
Può essere caricato, ma la dolomite fornisce ulteriore ossido di magnesio, che aumenta il rischio di attacco del vapore al rivestimento, quindi è preferibile una fonte di calce e magnesio a basso contenuto di magnesio.

D: Come viene controllata la qualità della calce prima della ricarica?
Ogni carico viene normalmente campionato e analizzato per CaO, MgO, SiO2, Fe2O3 e Al2O3 e i risultati vengono confrontati con i limiti di accettazione del forno prima che il materiale entri nella carica.