Цианамид кальция: удобрение и промышленное сырьё¶

Цианамид кальция — неорганическое соединение с химической формулой CaCN₂, представляющее собой кальциевую соль цианамида. При нормальных условиях это твёрдое кристаллическое вещество от серого до чёрного цвета, которое применяется главным образом как азотное удобрение и как исходное сырьё для промышленного синтеза ряда химических продуктов. По содержанию азота (около 20—22 %) цианамид кальция относится к группе азотных удобрений, а его промышленное получение исторически стало одним из первых крупнотоннажных способов связывания атмосферного азота.

¶История

Соединение было впервые получено в конце XIX века. В 1895—1898 годах немецкие химики Адольф Франк и Никодем Каро разработали способ синтеза цианамида кальция путём нагревания карбида кальция в атмосфере азота. Реакция протекает при температуре около 1000—1100 °C:

CaC₂ + N₂ → CaCN₂ + C

Этот метод, известный как процесс Франка — Каро, позволил впервые в промышленных масштабах использовать атмосферный азот для производства азотных соединений. С начала XX века в Европе и Северной Америке были построены крупные заводы цианамида кальция. Позднее, с развитием синтеза аммиака по процессу Габера — Боша, значение цианамидного пути как источника связанного азота снизилось, однако соединение сохранило роль удобрения и химического сырья.

¶Физические и химические свойства

Цианамид кальция — кристаллическое вещество, плохо растворимое в воде, но медленно гидролизующееся в присутствии влаги. При взаимодействии с водой оно разлагается с выделением аммиака и образованием карбоната кальция:

CaCN₂ + 3H₂O → CaCO₃ + 2NH₃

Именно эта реакция лежит в основе действия цианамида кальция как удобрения: азот постепенно переходит в доступную для растений форму. Технический продукт обычно содержит примеси — углерод, оксид кальция, карбид кальция, что придаёт ему тёмный цвет и характерный запах. При попадании влаги на технический цианамид кальция возможно выделение ацетилена и других газов.

Вещество токсично и оказывает раздражающее действие на кожу и слизистые оболочки, поэтому при работе с ним применяют средства индивидуальной защиты.

¶Применение

¶Удобрение

Как азотное удобрение цианамид кальция вносится в почву до посева. Азот в его составе усваивается растениями постепенно, что снижает потери от вымывания. Помимо питания растений, соединение проявляет свойства гербицида и инсектицида: оно подавляет рост сорняков и снижает численность некоторых почвенных вредителей. Кроме того, цианамид кальция используется для дефолиации (удаления листьев) некоторых культур перед уборкой, в частности хлопчатника.

¶Химическое сырьё

Цианамид кальция служит исходным веществом для получения ряда промышленно важных продуктов:

• Цианамид и его производные, используемые в синтезе лекарственных средств и пестицидов;
• Меламин — сырьё для производства меламиновых смол;
• Дициандиамид — полупродукт в производстве удобрений и фармацевтических препаратов;
• Тиомочевина и другие серосодержащие соединения;
• Цианистый водород и его производные.

¶Производство

Промышленное получение основано на реакции карбида кальция с азотом в электрических печах. Карбид кальция, в свою очередь, получают спеканием извести с коксом в электропечах. Процесс энергоёмок: значительная часть себестоимости связана с расходом электроэнергии. Крупные производства цианамида кальция существовали в Германии, Норвегии, Канаде, США и Японии; в ряде стран они были закрыты по экономическим и экологическим причинам.

¶Безопасность и регулирование

Цианамид кальция относится к токсичным веществам. При контакте с влажной кожей или слизистыми оболочками возможны раздражение и химические ожоги. Вдыхание пыли вызывает раздражение дыхательных путей. При хранении необходимо исключать попадание влаги, поскольку это приводит к разложению продукта и выделению горючих и токсичных газов. Транспортировка и хранение регулируются правилами обращения с опасными грузами.

¶Значение

Цианамид кальция сыграл заметную роль в истории химической промышленности как первый крупнотоннажный продукт, получаемый с использованием атмосферного азота. Несмотря на вытеснение аммиачным синтезом в производстве азотных соединений, соединение сохраняет применение в сельском хозяйстве и как многоцелевое сырьё для органического синтеза.