Calciumcarbid

Calciumcarbid, auch Calciumacetylid, ist das Calcium-Salz des Ethins und damit ein Acetylid. In reinem Zustand ist es ein weißer Feststoff.

Geschichte

Calciumcarbid wurde erstmals 1836 von Edmund Davy sowie 1862 von Friedrich Wöhler dargestellt und 1862 von Marcellin Berthelot ausführlich beschrieben. Die labormäßige Calciumcarbid-Herstellung im elektrischen Ofen erfolgte 1892 durch Thomas L. Wilson in Amerika und durch Henri Moissan in Paris. Die industrielle Calciumcarbid-Gewinnung begann 1895 in der Aluminiumindustrie AG in Neuhausen in der Schweiz; sie wurde im Jahre 1898 gleichzeitig in Norwegen und in Deutschland (Aluminium Industrie Aktiengesellschaft in badischen Rheinfelden) aufgenommen. Die Jahresproduktion fiel von 10 Millionen Tonnen in den 1960er Jahren auf 2 Millionen Tonnen 2010^[6].

Herstellung

Technisch wird Calciumcarbid in Schmelz-Reduktionsöfen (einer Sonderform des Lichtbogenofens) bei 2000 bis 2300 °C aus Calciumoxid (Branntkalk) und Koks gewonnen. Durch den hohen Stromverbrauch dieser Öfen ist die Herstellung sehr kostenintensiv.

Calciumcarbid gehört in der Gruppe der Carbide zu den Acetyliden, da es formal vom Ethin abgeleitet ist.

$ \mathrm {CaO+3\ C\longrightarrow CaC_{2}+CO} $

Die dabei entstehenden braunen Brocken enthalten zu 80 bis 85 Prozent Calciumcarbid, der Rest besteht aus Verunreinigungen wie Calciumoxid, Calciumphosphid, Calciumsulfid, Calciumnitrid oder Siliciumcarbid.

Durch ein 2010 entwickeltes Verfahren will man künftig einen Teil der eingesetzten Kohlen und Kokse durch den Sekundärrohstoff KBK (Kunststoffbasierter Kohlenstoffträger), also durch Kunststoffabfälle ersetzen.^[7]

Eigenschaften

Physikalische Eigenschaften

In reinem Zustand ist Calciumcarbid eine farblose, kristalline Masse. Es existieren zwei Modifikationen, die tetragonale und eine kubisch flächenzentrierte Modifikation, welche sich durch Erhitzen über 440 °C bildet.

Das Calciumcarbid des Handels ist durch beigemengte Kohlebestandteile grau bis grauschwarz oder durch Eisenoxid-Verunreinigungen braun gefärbt; daneben enthält es durch die Herstellung bedingt noch etwas Calciumoxid, Calciumphosphid, Calciumsulfid, Ferrosilicium, Magnesiumnitrid und Siliciumcarbid, so dass es durchschnittlich nur auf einen CaC₂-Gehalt von 82 % kommt.

Chemische Eigenschaften

Calciumcarbid ist in keinem Lösungsmittel (unverändert) löslich. Tritt es mit Wasser in Kontakt, so zersetzt es sich in einer lebhaften Reaktion zu Ethin und Calciumhydroxid.

$ \mathrm {CaC_{2\ (s)}+2\ H_{2}O_{(l)}\longrightarrow C_{2}H_{2\ (g)}+Ca(OH)_{2\ (s)}} $

Der unangenehme „Carbid“-Geruch wird bei dieser Reaktion nicht von dem gebildeten Gas Ethin verursacht, sondern ist auf Gase wie Monophosphan, Ammoniak und Schwefelwasserstoff zurückzuführen, die bei der Reaktion der Verunreinigungen mit Wasser entstehen. So entsteht Phosphan durch die Hydrolyse von im Calciumcarbid enthaltenem Calciumphosphid Ca₃P₂:

$ \mathrm {Ca_{3}P_{2}+6\ H_{2}O\longrightarrow 3\ Ca(OH)_{2}+2\ PH_{3}} $

Bei Temperaturen oberhalb von 905 °C reagiert es mit Stickstoff unter Bildung von Calciumcyanamid, die Druckhydrierung liefert Calciumhydrid; seine reduzierenden Eigenschaften werden ebenfalls technisch genutzt.

Verwendung

• Früher wurde Calciumcarbid in Karbidlampen mit Wasser versetzt, mit dem es zu brennbarem Ethin reagierte; das Ethin wurde angezündet und verbrannte mit heller Flamme. Dieses Verfahren wurde insbesondere in den Grubenlampen im Bergbau untertage verwendet. Die Karbidlampen werden noch heute von Speläologen bevorzugt verwendet, weil diese ein besonders schönes Licht geben.
• Herstellung von Kalkstickstoff
• Synthese von Ethin (heute nicht mehr von Bedeutung)
• Zum Entschwefeln von Roheisen in der Stahlindustrie
• Ab ca. 1900 bis weit in die 1930er-Jahre hinein wurden speziell für diesen Zweck produzierte Karbidlampen auch als Fahrradbeleuchtung eingesetzt. Diese Karbid-Fahrradlampen leuchteten weit heller als entsprechende Öl- oder Kerzenlampen.
• Zur Bestimmung der Restfeuchte von Boden- oder Betonproben wird die Synthese von Ethin genutzt. Hierbei wird die Probe zusammen mit einer Ampulle Calciumcarbid und vier Stahlkugeln in eine genormte Stahlflasche gefüllt und mit einem Manometerkopf verschlossen. Die Flasche wird geschüttelt, wodurch die Probe weiter zerkleinert wird und die Calciumcarbidampulle zerbricht. Der durch die Reaktion von Calciumcarbid und Feuchtigkeit entstehende Gasdruck kann am Manometerkopf abgelesen und in den Feuchtegehalt umgerechnet werden. Dieses Verfahren wird als Carbid-Methode (CM) bezeichnet.
• Calciumcarbid wird auch zur Bekämpfung von Wühlmäusen und Maulwürfen eingesetzt. Das in Gegenwart der Bodenfeuchte aus den Calciumphosphid-Verunreinigungen entstehende Monophosphan soll diese Tiere durch den unangenehmen Geruch vertreiben.

Siehe auch

• Carbidwerk Freyung

Einzelnachweise