Comment les impuretés présentes dans la chaux affectent la production de carbure de calcium

Pourquoi la qualité de la chaux fixe la limite du carbure de calcium

Calcium carbide is produced in an electric furnace by reacting quicklime with carbon at high temperature. The main reaction is CaO + 3C ->CaC2 + CO, et cela ne se produit à un rythme utile que lorsque la charge dans la zone fondue est maintenue à environ 2 000 degrés Celsius ou plus. Étant donné que le processus se déroule à une telle température, chaque impureté introduite avec la chaux pénètre également dans un environnement fortement réducteur et peut réagir. La qualité de la chaux détermine donc la stabilité du four, la consommation d'énergie et la pureté du carbure exploité.

Les principales impuretés de la chaux et comment elles se comportent

La chaux vive produite à partir de calcaire contient normalement de l'oxyde de magnésium, du dioxyde de silicium, de l'oxyde de fer et de l'oxyde d'aluminium. Aucun d’entre eux n’est inerte dans les conditions du four à carbure. Le tableau ci-dessous résume les réactions de réduction et leurs conséquences.

Impureté	Réaction dans le four	Conséquence
MgO	MgO + C ->Mg gaz + CO	De la vapeur de magnésium se forme, se réoxyde-dans l'espace gazeux et crée un échauffement local intense qui endommage le fond du four.
SiO2	SiO2 + 2C ->Si + 2CO	Consomme du carbone et de l'énergie et produit du silicium qui s'allie au fer pour former du ferrosilicium dans la fusion
Fe2O3	Fe2O3 + 3C ->2Fe + 3CO	Libère du fer qui se dissout dans le carbure fondu et diminue la pureté du produit
Al2O3	Al2O3 + 3C ->2Al+ 3CO	Réduit lentement mais régulièrement, consommant du carbone et contaminant la fonte avec de l'aluminium

Comment l'oxyde de magnésium endommage le fond du four

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 procède immédiatement et libère une grande quantité de chaleur. La température locale augmente fortement, la coque dure de protection qui recouvre normalement le foyer est détruite et le carbure de calcium liquide porteur d'une forte charge d'impuretés peut alors atteindre et éroder le fond du four. Le résultat est un profil de foyer irrégulier, un fonctionnement instable des électrodes et une durée de vie de campagne raccourcie.

Effets sur la consommation d'énergie et de carbone

Chaque réaction secondaire consomme de l'énergie électrique et du carbone qui seraient autrement disponibles pour la formation de carbure. Étant donné que les impuretés sont réduites parallèlement au CaO, la consommation d'énergie spécifique par tonne de carbure augmente et le carbone fixe dans la charge doit être augmenté pour compenser. Le silicium et le fer libérés par SiO2 et Fe2O3 se combinent dans la fusion pour former du ferrosilicium, qui s'accumule dans la partie inférieure du four et est difficile à extraire avec le carbure. L'aluminium provenant d'Al2O3 reste en grande partie dans la masse fondue et réduit la qualité du produit fini. Le carbure riche en impuretés - laisse également plus de résidus lorsqu'il réagit ultérieurement avec l'eau, ce qui réduit le rendement effectif pour l'utilisateur.

Mesures de contrôle pratiques

Spécification de la chaux :fixer des limites d'acceptation pour la teneur en CaO et pour MgO, SiO2, Fe2O3 et Al2O3, et rejeter les charges qui ne les dépassent pas.

Origine des matières premières :évitez le calcaire dolomitique, car la dolomite contient du carbonate de magnésium et donne une chaux à haute teneur en MgO.

Contrôle de la calcination :brûler soigneusement le calcaire. La chaux sous-brûlée retient le carbonate et réagit de manière inégale, tandis que la chaux sur-brûlée est dense et lente à se dissoudre dans la fonte.

Classement des tailles :chargez la chaux dans une bande de taille contrôlée avec des fines limitées, de sorte que le flux de gaz à travers la colonne de charge reste uniforme.

Bilan carbone :ajustez le rapport coke ou anthracite chaque fois que la chimie de la chaux change, de sorte que le rapport fixe carbone/CaO reste à l'intérieur de la fenêtre de fonctionnement.

Surveillance du four :suivre la consommation des électrodes, la température du foyer et le comportement de prélèvement afin qu'une charge croissante d'impuretés soit détectée avant que le revêtement ne soit endommagé.

Paramètre	Objectif d'acceptation typique
CaO, min.	92%
MgO, maximum	2%
SiO2, maximum	2%
Fe2O3 et Al2O3, maximum	1.5%
Perte au feu, max	2%
Taille des frais	5-40 mm avec fines limitées

Ces chiffres décrivent les pratiques d'achat normales dans l'industrie du carbure plutôt que les limites d'une seule spécification. Chaque four doit donc établir sa propre fenêtre en suivant la corrélation entre la chimie de la chaux et la consommation électrique spécifique.

FAQ

Q : Quel est l'effet des impuretés contenues dans la chaux sur le carbure de calcium ?
Ils sont réduits avec la chaux dans la zone fondue, consommant davantage d'énergie et de carbone, contaminant la masse fondue et, dans le cas de l'oxyde de magnésium, attaquant le fond du four.

Q : Quelle impureté dans la chaux est la plus nocive ?
L'oxyde de magnésium est généralement considéré comme le plus nocif, car il se réduit facilement en vapeur de magnésium, qui se réoxyde ensuite et crée une surchauffe locale destructrice.

Q : Pourquoi l'oxyde de magnésium endommage-t-il le fond du four ?
La vapeur de magnésium quittant la zone chaude en fusion réagit avec le monoxyde de carbone présent dans l'espace gazeux et libère une forte chaleur, détruisant la coque dure de protection afin que le carbure liquide puisse atteindre et éroder le foyer.

Q : Comment les impuretés modifient-elles la consommation électrique ?
Les réactions secondaires telles que la réduction de SiO2, Fe2O3 et Al2O3 absorbent de l'énergie et du carbone, de sorte que la consommation d'énergie spécifique par tonne de carbure augmente à mesure que la charge d'impuretés augmente.

Q : La chaux dolomitique peut-elle être utilisée dans un four à carbure ?
Elle peut être chargée, mais la dolomite fournit de l'oxyde de magnésium supplémentaire, ce qui augmente le risque d'attaque de vapeur sur le revêtement, c'est pourquoi une source de chaux à faible teneur en magnésium est préférable.

Q : Comment la qualité de la chaux est-elle vérifiée avant le chargement ?
Chaque charge est normalement échantillonnée et analysée pour CaO, MgO, SiO2, Fe2O3 et Al2O3, et les résultats sont comparés aux limites d'acceptation du four avant que le matériau n'entre dans la charge.