> Техника, страница 46 > Животный уголь
Животный уголь
Животный уголь, углистый остаток от сухой перегонки продуктов животного происхождения, содержащих белки (костей, крови, обрезков рога, мяса, губок), применяемый в качестве адсорбера (сподий, костяная крупка, костяной уголь, кость простая жженая, кость черная) и в качестве пигментной краски (костяная черная, жженая кость, животная чернь, сажа костяная). Качественно и количественно наибольшее значение имеет костяной уголь.
Свойства. Костяная крупка состоит из пористых минеральных пластинок кости, в которых стенки внутренних полостей и каналов покрыты тонким слоем активного угля. Ж. у. поступает в продажу кусочками, преимущественно величиной с орех или с горошину. Ж. у. хорошего качества тверд, крепок, имеет глубокий черный цвет, матовожирный вид поверхности, присасывается к языку и держится на нем; под микроскопом должен ясно показывать строение кости; блестящий или стекловидный Ж. у. указывает на недостаточное обезжирение исходного материала, бурый оттенок—на неполноту обжига, серый (или белые выдающиеся углы зерен)—на чрезмерное прокаливание. Необходимо, чтобы зерна были одинакового размера, т. к. в противном случае одни зерна при работе оказываются насыщенными, тогда как другие еще обладают поглотительною способностью. Поэтому необходимо рассортировывать Ж. у. просеиванием через решета по калибрам (табл. 1).
Таблица 1 .—К а л и б р ы костяной крупки.
| Число отверстий на п. см | Калибр крупки | |
| ыишний предел | верхний предел | |
| 4 | _ | 0 |
| 4 | 8 | 28 |
| 8 | 12 | 32 |
| 12 | 16 | 27 |
| 16 | 20 | 11 |
| 20 | 2 | |
Кажущийся уд. в свежего Ж. у. 0,75—0,80,старого—ок. 1; истинный уд.в. свежего Ж. у. был найден при нек-рых испытаниях равным 2,822, а старого—2,857. Т. о., свежий Ж. у. имеет пористость около 77%по объёму,но от продолжительного употребления и повторных прокаливаний он становится менее пористым. Свежий Ж. у., как показали опыты, поглощает 80—100% воды, а старый—только 30—45%.
Химический состав хорошего Ж. у. характеризуется примерно следующими данными: 7,5 —10,8% углерода, 75 — 80% фосфорнокислого кальция, 6—8% углекисл, кальция, 0,15—0,25% сернокислого кальция, 0,5—1,4% сернистых и азотистых веществ, 0,80—1,40% фосфорнокислого магния, 0,2—0,5% хлористых солей щелочных металлов, 0,5—0,8% силикатов, 0,7—1,5% окиси железа и окиси алюминия, 0,5—1,5% глины и песка, 4—8% влаги. Углеродистое вещество, входящее в Ж. у., всегда содержит азот,до 10% от своего веса, и нек-рое количество водорода; по мере использования Ж. у. содержание азота в нем понижается. Ж. у. не горит, но при прокаливании оставляет золу белого или кремового цвета; наличие серых или красноватых частиц указывает на подмесь старого Ж. у.
Главный технич. эффект Ж. у. обусловлен способностью этого материалаадсорбировать из растворов пахучие и органич. красящие вещества, а также большинство минеральных веществ (известь, сернокислые соли меди, цинка, хрома, железа, азотнокислые соли никеля, кобальта, серебра,ртути, свинца, уксуснокислый свинец, рвотный камень и прочие) и в значительной мере поглощать из растворов соли щелочных металлов. В отношении последних Боденбендером установлено, что калиевые соли поглощаются в меньшем количестве, чем натриевые, и что возрастающий порядок поглощения в зависимости от аниона представляется таким рядом: хлориды, нитраты, оксалаты, цитраты, ацетаты, сульфаты, карбонаты и фосфаты. Поглощение извести, углекислых, щавелевокислых и нек-рых других солей кальция считается отчасти следствием присутствия в Ж. у. минеральных составных частей. Абсолютное количество поглощенных Ж. у. солей возрастает с повышением концентрации раствора, но относительное количество удержанных солей с повышением концентрации убывает. Будучи насыщен одною солью, Ж. у. сохраняет до известной степени поглотительные свойства в отношении к друг. соли. Количество поглощенной соли возрастает с течением процесса поглощения, но скорость поглощения при этом постепенно убывает и через несколько часов доходит практически до нуля. Присутствие сахара в растворе мало изменяет степень поглощения солей. Кроме того, поглощение пропорционально количеству Ж. у. Красящие вещества поглощаются весьма полно; так, при применении Ж. у. в количестве 25% от веса сахарного песка, поглощается 75—50% красящих веществ. По исследованию Сегриста, поглощение красящих веществ выражается ф-лой где Сг—концентрация поглощенной краски в поглотителе, С2—концентрация краски, бывшей в растворе, а β и п—константы поглощения, возрастающие с температурой; значение их дано в таблице 2. Поглощенные животным углем красящие вещества могут быть выделены из него обратно (например, после очистки патоки — посредством аммиачного раствора).
Ж. у., насыщенный поглощаемым веществом, утрачивает поглотительную способность и нуждается в регенерации, т.н. о живлен и и, для чего предложены различные приемы: прокаливание без доступа воздуха; обработка перегретым паром при 600—700° (Пампе), причем зерна угля должен быть величиной с горошину; пропускание влажного Ж. у. между трубками углеобжигательных печей и т. д. Активность угля, по П. Дегенеру и Ж. Лаку, м. б. повышена действием света и воздуха на свежепрокаленный напитанный водой Ж. у.; при этом образуется перекись водорода. Очистка Hi. у. от углекислого кальция производится слабой соляной к-той (для быстрого вычисления количества требуемой кислоты служат таблицы Шейблера), или к-тами, образующимися при брожении сахара, оставшегося от Ж. у., или же раствором суперфосфата (Кросфильд, Барроу и Кук, 1874 г.); применяется также раствор хлористого аммония и последующая прокалка Ж. у. или пропускание паров нашатыря через накаленный докрасна Ж. у., причем выделяется углекисл, аммоний (Кук, 1872г.). Образующиеся при всех этих процессах растворимые соли кальция тщательно отмывают затем горячей водой. В качестве растворителей были предложены также разведенная азотная к-та (Дункан и Стенгауз) и углекислота в присутствии воды (Эд. Бинс, Патрик и др.). Эд. Бинс (Beanes, 1864 г.), с целью сохранить от растворения фосфорнокислый кальций, предлагал пользоваться сухим хлористым водородом. Наконец, для удаления красящих веществ было предложено (Филипс, 1870 г.) применение а с аммиаком или другими щелочами, с последующей регенерацией а и аммиака, но этот способ не дал удовлетворительных результатов. Освобождение Ж. у. от чрезвычайно вредной примеси гипса достигается кипячением Hi. у. в избыточном количестве раствора соды.
Испытания Ж. у. Свежий Ж. у. подвергается испытаниям на содержание влаги (к-рой должен быть не более 7—8%), углерода, нерастворимых в к-тах составных частей—песка и глины, которые допустимы только в минимальных количествах. Затем определяется содержание углекислого, сернокислого и сернистого кальция и органическ. веществ. Ж. у., находящийся в работе, кроме того, испытывают на поглощенный сахар. Наконец, угольную мелочь, идущую на суперфосфат, испытывают только на содержание фосфор-
Таблица 2.—К онстанты поглощения красящих веществ животным углем (по Сегристу).
| Обработка угля | ί°
опыта °С | Метиленовая синь | Пунцовая кристаллическая | ||||
| Костяной уголь | Костяной уголь | Кровяной уголь | |||||
| β | п | β | п | β | п | ||
| Очищенный. | 15 | 0,853 | 0,112 | 0,593 | 0,150 | _ | _ |
| » | 50 | 1,09 | 0,112 | 1,16 | 0,100 | — | — |
| » | 70 | 1,26 | 0,123 | 1,42 | 0,216 | — | — |
| Обраб. Na2CO„ | 15 | — | — | 0,327 | 0,095 | 2,67 | 0,048 |
| » » | 50 | — | — | 0,528 | 0,150 | 2,90 | 0,052 |
| » » | 70 | — | — | 0,886 | 0,203 | 3,93 | 0,084 |
| Обраб. H2S04 | 15 | 0,684 | 0,083 | 0,771 | 0,167 | 2,58 | 0,029 |
| » » | 50 | 0,902 | 0,093 | 1,03 | 0,180 | 2,81 | 0,030 |
| » » | 70 | 1,22 | 0,100 | 1,32 | 0,172 | 3,27 | 0,040 |
ной к-ты. Влажность определяется просушкой до постоянного веса при 125°, уголь, песок и глина—взвешиванием остатка после обработки соляной к-той, а уголь в отдельности—последующ, прокаливанием осадка. Углекислый кальций в заводских лабораториях определяется почти исключительно по углекислоте. Нормальное содержание углекислого кальция в Ж. у. 6—7%. Определение сернокислого кальция ведется кипячением в соляной к-те и определением серной кислоты по хлористому барию. Сернистый кальций определяется по серной к-те, образующейся при окислении действием бертолетовой соли. Органич. вещества определяют кипячением с разбавлен, щелочью; содержание сахара—поляризационным способом, по водной вытяжке; фосфорную к-ту—молибденовой реакцией. Кроме того, производится
,з
испытание Ж. у. на обесцвечивающую силу. Ж. у., применяемый при анализе вина на тростниковый сахар, должен удовлетворять ряду специальных требований f1].
Производство Ж. у. Кости,подвергаемые обжигу на Ж. у., должны быть крепкие, чистые, не слишком старые. Наилучший Ж. у. получается из костей крупных животных; кости мелких животных, хрящ, а также кости лошадей, рыб и ките дают Ж. у. мягкий, хрупкий, рыхлый и мало пористый. Качество Ж. у. расценивают по относительному содержанию твердого угля и хрящей; продажный Ж. у. обычно содержит: плотных костей 51—78%, хряща 26—12%, смеси 19— 10%. После сортировки кости обезжиривают или кипячением с водой, извлекающим
4—5% жиров, или бензиновой экстракцией, дающей 6—8% жиров. Т. к. присутствие воды затрудняет доступ бензина, то Ф. Зельт-зам предложил пользоваться растворителя ми с Г
более высокой, чем 1°кип. воды.
Отрицательные стороны экстракции бензином — дурной запах извлеченного жира и меньшее содержание углерода в Ж. у.
Аппарат для костеобжигания устраивается либо по типу аппаратов на газовых заводах, с полукруглыми железными ретортами (по 5 в одной печи), загружаемыми каждая по 120 килограмм кости на 6—8 час., либо непрерывным процессом в ретортных печах. Установка для получения Ж. у. непрерывным процессом (смотрите фигура) состоит из вертикальных реторт а из чугуна и огнеупорной глины, наполняемых обжигаемым материалом без доступа внешнего воздуха. Реторты заделаны в кладку б с каналами в для обогрева горячими газами. Обожжен, материал спускают в гасители г—железные ящики, служащие для охлаждения его, а оттуда, по охлаждении, в тележки д. Выделяющиеся при обжиге газы собираются в боровах е и по трубе ж проходят через холодильники з, причем конденсат собирается в приемниках и, после чего газы проводятся через башни к с известковым молоком и через свинцовые камеры л с серной кислотой для поглощения аммиака. Оставшиеся горючие газы собираются в газгольдере м, откуда часть их идет на обогрев установки по газопроводу и. Костеобжигательн. печь снабжена полугенера-торной топкой о. При обжиге получается от 3 до 5 % костяного масла, аммиак (из которого поглощением серной к-той образуется 9,5— 10% сернокислого аммония), цианистые соединения, поглощаемые водным раствором железного купороса, и ок. 65% Ж. у., из которого 20—30% мелочи. Прокалку и в особенности охлаждение необходимо вести при тщательном ограждении от доступа воздуха. В отношении охраны труда необходимо иметь в виду, что при прокалке кости выделяются цианистые соединения. Помол угля ведется на специальных мельницах, после чего отделение угля производится при помощи электромагнитов. Животная чернь получается из твердых костей, пережигаемых в глиняных или чугунных горшках, плотно закрываемых крышкой и замазываемых глиной. Их ставят на под нагретой печи, все рабочие отверстия которой по удалении газов и паров закрывают и замазывают.
Производство специальных видов Ж. у. Высокая активность Ж. у. достигается при следующих специальных способах производства: 1) разваривают морскую и пресноводную рыбу; после промывки на холоду полученной массы ее просушивают, а затем обжигают обычным способом;
черно-бурый негигроскопич. порошок, получаемый после обжига, содержит 90—95% углерода и отвечает высшим требованиям чистоты и адсорбционной способности [2]; 2) свежей бычьей кровью пропитывают под давлением кусочки пемзы; после просушки и обжига без доступа воздуха продукт освобождают от растворимых солей промывкой в воде [3]; 3) подобным же образом пропитывают белками (кровью с 15%-ной щелочью) и другие пористые породы; иногда осаждают в порах также гидроокиси металлов и полученный уголь освобождают от углекислого кальция; эти пористые угольные фильтры особенно пригодны для растительных соков и углеводов, когда требуется их очистка от высокомолекулярных органич. веществ и солей [4]; 4) опилки от обточки рога смешивают с раствором углекислого калия (1 ч. на 3 ч. воды) и держат в теплом месте до высыхания, после чего обугливают [5].
Весьма чистый Ж. у. производится следующими способами: 1) особым процессом, разработанным И. Парделлером [6], обогащают малоценные отбросы сподия, причем в качестве побочного продукта получается кальциевомагниевый ортофосфат для медицинских целей; 2) Ж. у. обрабатывают под давлением и в присутствии воды газообразной сернистой к-той, переводящей углекислый и фосфорнокислый кальций в растворимые легко удаляемые кальциевые соли; затем уголь отфильтровывают от раствора бисульфита и фосфата кальция и промывают слабым водным раствором сернистой кислоты и, окончательно, водой.
Фильтры из Ж. у. изготовляются: 1) формовкой порошкообразной смеси из 60 ч. кокса, 10 ч. древесного угля и 10 ч. чубучной глины (или 10 ч. кокса, 20 -1- 30 ч. костяного угля, 20 ч. древесного угля и 40 ч. асбеста) с патокой; после этого отформованные изделия обжигают в муфелях без доступа воздуха, извлекают из них соляной к-той и затем водой минеральные вещества, вторично обжигают при темнокрасном калении и обтачивают на станках; для склейки отдельных частей применяют тесто из отбросов, получаемых при обточке, смешан, с сахарным сиропом [7]; 2) угольные фильтры можно также получать, подвергая сухой перегонке просушенную смесь из золы уже истощенных угольных фильтров с тонко распределенными в ней веществами, богатыми углеродом; этот способ регенерации фильтров м. б. повторяем до тех пор, пока зола, все более обогащаясь фосфатами, не станет пригод-. ной в качестве удобрения [8].
Применение. Главное применение Ж.у. имеет в сахарной промышленности для обесцвечивания и очистки сиропов. В прежнее время посредством Ж. у. велась очистка также и соков, но с 1890 г. в сахаропесочном производстве она была заменена более дешевой и менее сложной очисткой сернистым газом, а также применением механич. фильтров из тканей или песка. Фильтрация све-клович. сока через Ж. у. дает очень хорошее очищение и обесцвечение, задерживая муть и пигменты, разлагая растворимый сахарат кальция и переводя известь в задерживаемый карбонат, поглощая органич. соли каль ция и соли щелочных металлов. Но Ж. у.— материал довольно дорогой, притом постепенно разрушающийся при каждом «оживлении» (растворяется в соляной к-те, раздробляется, выгорает, рассыпается при прокалке); кроме того, фильтрация сока через Ж. у. усложняет и замедляет производство, требует больших расходов (соляная к-та, топливо для прокаливания, рабочая сила и др.); к тому же весьма негигиеничный процесс оживления сильно заражает воздух и сточные воды. Фильтрация через Ж. у. сахарного сиропа составляет одну из важных операций в сахарорафинадном производстве. Ею достигается обесцвечивание сиропа и удаление из него щелочей. Ж. у. применяется здесь наилучшего качества, в виде небольших кусочков, которыми загружаются аппараты емкостью в 3—5 тонн Угля берется ок. 50% по весу сахара, подвергающегося рафи-нировке. В рафинадном производстве соперником Ж. у. выступил активированный растительный "уголь, но повышение активности Ж. у. в последнее время позволило мелко-измельченной крупке Ж. у. конкурировать с нек-рыми активированными углями (норит, дарко), хотя и уступая другим (карборафин). Ж. у. применяется также для очищения глюкозы в крахмально-паточном производстве, воды, масла, парафина, сапонификационно-го глицерина (смотрите Мыловарение).
Применение Ж. у. в качестве краски. При высокой степени измельчения Ж. у. обладает очень хорошей кроющей способностью и интенсивным черным цветом; но само измельчение затруднительно, и потому применение Ж. у. в качестве краски, весьма распространенное прежде, теперь сократилось и удерживается гл. обр. в живописи. Наилучшие сорта этой черни получаются из слоновой кости и имеют матовочерный цвет; более дешевым сортам из простой жженой кости свойственен оттенок красноватый. На дешевые малярные краски пускают обычно мелочь, мало пригодную в качестве адсорбера. Животная чернь идет также на производство ваксы. Идущий в краску Ж. у. испытывают на интенсивность черноты и на кроющую силу.
Лит.: *) Lunge—Вег 1, Chemisch-technische Untersuchungsmethoden, В. 4, р. 298, В., 1924;2) Г. II. 297945; 3) «Dingl.», 1874, В. 214, р.258; *) Г. П. 286428; 5) «Polytechnisches Notizblatt», Mainz, 1850, 2; *) «Sei-fensieder-Ztg», Augsburg, 1911, В. 38, p. 353; W i e-elowsli W., Tierkohle, «Osterreieh. Chemiker-Ztg», Wien, 1915, B. 18, p. 74; ’) «Polytechnisches Ztrbl.», Lpz., 1867, p. 200; *) Г. П. 235149.
Чефранов П., Костяной уголь, Полная энциклопедия русского сельского хозяйства, т. 4, стр. 765, Петербург, 1904; Головин П. В., Руководство по сахарному производству, стр. 88—95, Москва, 1928; Огнев И. Ф., Курс нормальной гистологии, ч. 2, стр. 184—222, Москва, 1913; Новиков М., Исследование о хрящевой и костной ткани, Москва, 1909; Дуби н и н Μ. М., К вопросу об угле как адсорбенте, «Ж», часть химич., 1928, т. 60, 6, стр. 859—869; Cordel О., «Ch.-Ztg», 1880, В. 4, р. 169; «В», 1880, р. 1346; Friedberg W., Die Fa-brikation d. Knochenkohle u. d. Tieroles, 2 Auflnge, W., 1906; S e g г i s t H., «Bull, de la Society vaudoise des sciences naturelles», Lausanne, t. 46, 170, p. 1239; Arendt O., «Kolloid-Ztschr.», Dresden, 1915, (Kol-loidehemische Beihefte, B. 7, p. 212); II 6 nig P., ibid., 1926, B. 22, p. 373 u. ff.; L а у Ы I., «Ztschr. f. Zuckerlndustrie in Bfihmen», Prag, 1918, B. 43, p. 348, 406, 455; Knecht E., «Chemisches Ztrbl.», B., 1920, B. 4, p. 468; Haleml, «Kunststoffe», Mch., B. 9, p. 23; Illcrt G., «Chem. Apparatur», Lpz., 1922, p. 85, 102. П. Флоренский.