Животный уголь

ж

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. Животный уголь поступает в продажу кусочками, преимущественно величиной с орех или с горошину. Животный уголь хорошего качества тверд, крепок, имеет глубокий черный цвет, матово-жирный вид поверхности, присасывается к языку и держится на нем; под микроскопом должен ясно показывать строение кости; блестящий или стекловидный животный уголь указывает на недостаточное обезжиривание 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 животный уголь просеиванием через решета по калибрам (табл. 1).

Калибры костяной крупки

Кажущийся удельный вес свежего животного угля 0,75—0,80, старого - около 1; истинный удельный вес свежего животного угля был найден при некоторых испытаниях равным 2,822, а старого - 2,857. Т. о., свежий животный уголь имеет пористость около 77% по объему, но от продолжительного употребления и повторных прокаливаний он становится менее пористым. Свежий животный уголь, как показали опыты, поглощает 80—100% воды, а старый - только 30—45%.

Химический состав хорошего животного угля характеризуется примерно следующими данными: 7,5—10,8% углерода, 75—80% фосфорнокислого кальция, 6—8% углекислого 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 животный уголь, всегда содержит азот, до 10% от своего веса, и некоторое количество водорода; по мере использования животного угля содержание азота в нем понижается. Животный уголь не горит, но при прокаливании оставляет золу белого или кремового цвета; наличие серых или красноватых частиц указывает на подмесь старого животного угля.

Главный технический эффект животного угля обусловлен способностью этого материала адсорбировать из растворов пахучие и органические 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 пр.) 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 некоторых других солей кальция считается отчасти следствием присутствия в животном угле минеральных составных частей. Абсолютное количество поглощенных животным углем солей возрастает с повышением концентрации раствора, но относительное количество удержанных солей с повышением концентрации убывает. Будучи насыщен одною солью, животный уголь сохраняет до известной степени поглотительные свойства в отношении к другой 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 животного угля. Красящие вещества поглощаются весьма полно; так, при применении животного угля в количестве 25% от веса сахарного песка, поглощается 75—50% красящих веществ. По исследованию Сегриста, поглощение красящих веществ выражается формулой

Jivotny ugol 2

где С1 - концентрация поглощенной краски в поглотителе, С2 - концентрация краски, бывшей в растворе, а β и n - константы поглощения, возрастающие с температурой; значение их дано в табл. 2.

Константы поглощения красящих веществ животным углем

Поглощенные животным углем красящие вещества могут быть выделены из него обратно (например, после очистки патоки - посредством аммиачного раствора). Животный уголь, насыщенный поглощаемым веществом, утрачивает поглотительную способность и нуждается в регенерации, т. н. оживлении, для чего предложены различные приемы: прокаливание без доступа воздуха; обработка перегретым паром при 600—700° (Пампе), причем зерна угля д. б. величиной с горошину; пропускание влажного животного угля 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 животный уголь; при этом образуется перекись водорода. Очистка животного угля от углекислого кальция производится слабой соляной кислотой (для быстрого вычисления количества требуемой кислоты служат таблицы Шейблера), или кислотами, образующимися при брожении сахара, оставшегося от животного угля, или же раствором суперфосфата (Кросфильд, Барроу и Кук, 1874 г.); применяется также раствор хлористого аммония и последующая прокалка животного угля или пропускание паров нашатыря через накаленный докрасна животный уголь, причем выделяется углекислый аммоний (Кук, 1872г.). Образующиеся при всех этих процессах растворимые соли кальция тщательно отмывают затем горячей водой. В качестве растворителей были предложены также разведенная азотная кислота (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 спирта с аммиаком или другими щелочами, с последующей регенерацией спирта и аммиака, но этот способ не дал удовлетворительных результатов. Освобождение животного угля от чрезвычайно вредной примеси гипса достигается кипячением животного угля в избыточном количестве раствора соды.

Испытания животного угля. Свежий животный уголь подвергается испытаниям на содержание влаги (которой д. б. не более 7—8%), углерода, нерастворимых в кислотах составных частей - песка и глины, которые допустимы только в минимальных количествах. Затем определяется содержание углекислого, сернокислого и сернистого кальция и органических веществ. Животный уголь, находящийся в работе, кроме того, испытывают на поглощенный сахар. Наконец, угольную мелочь, идущую на суперфосфат, испытывают только на содержание фосфорной кислоты. Влажность определяется просушкой до постоянного веса при 125°, уголь, песок и глина - взвешиванием остатка после обработки соляной кислотой, а уголь в отдельности - последующим прокаливанием осадка. Углекислый кальций в заводских лабораториях определяется почти исключительно по углекислоте. Нормальное содержание углекислого кальция в животном угле 6—7%. Определение сернокислого кальция ведется кипячением в соляной кислоте и определением серной кислоты по хлористому барию. Сернистый кальций определяется по серной кислоте, образующейся при окислении действием бертолетовой соли. Органические вещества определяют кипячением с разбавленной щелочью; содержание сахара - поляризационным способом, по водной вытяжке; фосфорную кислоту - молибденовой реакцией. Кроме того, производится испытание животного угля на обесцвечивающую силу. Животный уголь, применяемый при анализе вина на тростниковый сахар, должен удовлетворять ряду специальных требований.

Производство животного угля. Кости, подвергаемые обжигу на животный уголь, должны быть крепкие, чистые, не слишком старые. Наилучший животный уголь получается из костей крупных животных; кости мелких животных, хрящ, а также кости лошадей, рыб и кита дают животный уголь мягкий, хрупкий, рыхлый и малопористый. Качество животного угля расценивают по относительному содержанию твердого угля и хрящей; продажный животный уголь 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. Зельтзам предложил пользоваться растворителями с температурой кипения более высокой, чем температура кипения воды.

Отрицательные стороны экстракции бензином - дурной запах извлеченного жира и меньшее содержание углерода в животном угле.

Аппарат для костеобжигания устраивается либо по типу аппаратов на газовых заводах, с полукруглыми железными ретортами (по 5 в одной печи), загружаемыми каждая по 120 кг кости на 6—8 часов, либо непрерывным процессом в ретортных печах. Установка для получения животного угля непрерывным процессом (см. фиг.) состоит из вертикальных реторт (а) из чугуна и огнеупорной глины, наполняемых обжигаемым материалом без доступа внешнего воздуха.

Установка для получения животного угля непрерывным процессом

Реторты заделаны в кладку (б) с каналами (в) для обогрева горячими газами. Обожженый материал спускают в гасители (г) - железные ящики, служащие для его охлаждения, а оттуда, после охлаждения, 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 (н). Костеобжигательная печь снабжена полугенераторной топкой (о). При обжиге получается от 3 до 5% костяного масла, аммиак (из которого поглощением серной кислотой образуется 9,5—10% сернокислого аммония), цианистые соединения, поглощаемые водным раствором железного купороса, и около 65% животного угля, 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 после удаления газов и паров закрывают и замазывают.

Производство специальных видов животного угля. Высокая активность животного угля достигается при следующих специальных способах производства: 1) разваривают морскую и пресноводную рыбу; после промывки на холоде полученной массы ее просушивают, а затем обжигают обычным способом; черно-бурый негигроскопический порошок, получаемый после обжига, содержит 90—95% углерода и отвечает высшим требованиям чистоты и адсорбционной способности; 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) 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 органических веществ и солей; 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.

Весьма чистый животный уголь производится следующими способами: 1) особым процессом, разработанным И. Парделлером, обогащают малоценные отбросы сподия, причем в качестве побочного продукта получается кальциевомагниевый ортофосфат для медицинских целей; 2) животный уголь обрабатывают под давлением и в присутствии воды газообразной сернистой кислотой, 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 животного угля изготовляются: 1) формовкой порошкообразной смеси из 60 ч. кокса, 10 ч. древесного угля и 10 ч. чубучной глины (или 10 ч. кокса, 20—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 кислотой и затем водой минеральные вещества, вторично обжигают при темно-красном калении и обтачивают на станках; для склейки отдельных частей применяют тесто из отбросов, получаемых при обточке, смешанных с сахарным сиропом; 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 пригодной в качестве удобрения.

Применение. Главное применение животного угля имеет в сахарной промышленности для обесцвечивания и очистки сиропов. В прежнее время посредством животного угля 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 механических фильтров из тканей или песка. Фильтрация свекловичного сока через животный уголь дает очень хорошее очищение и обесцвечение, задерживая муть и пигменты, разлагая растворимый сахарат кальция и переводя известь в задерживаемый карбонат, поглощая органические соли кальция и соли щелочных металлов. Но животный уголь - материал довольно дорогой, притом постепенно разрушающийся при каждом «оживлении» (растворяется в соляной кислоте, раздробляется, выгорает, рассыпается при прокалке); кроме того, фильтрация сока через животный уголь усложняет и замедляет производство, требует больших расходов (соляная кислота, топливо для прокаливания, рабочая сила и др.); к тому же весьма негигиеничный процесс оживления сильно заражает воздух и сточные воды. Фильтрация через животный уголь сахарного сиропа составляет одну из важных операций в сахарорафинадном производстве. Ею достигается обесцвечивание сиропа и удаление из него щелочей. Животный уголь применяется здесь наилучшего качества, в виде небольших кусочков, которыми загружаются аппараты емкостью в 3—5 т. Угля берется около 50% по весу сахара, подвергающегося рафинировке. В рафинадном производстве соперником животного угля выступил активированный растительный уголь, но повышение активности животного угля в последнее время позволило мелкоизмельченной крупке животного угля конкурировать с некоторыми активированными углями (норит, дарко), хотя и уступая другим (карборафин). Животный уголь применяется также для очищения глюкозы в крахмально-паточном производстве, воды, масла, парафина, сапонификационного глицерина.

Применение животного угля в качестве краски. При высокой степени измельчения животный уголь обладает очень хорошей кроющей способностью и интенсивным черным цветом; но самоизмельчение затруднительно, и потому применение животного угля в качестве краски, весьма распространенное прежде, теперь сократилось и удерживается гл. обр. в живописи. Наилучшие сорта этой черни получаются из слоновой кости и имеют матово-черный цвет; более дешевым сортам из простой жженой кости свойственен оттенок красноватый. На дешевые малярные краски пускают обычно мелочь, малопригодную в качестве адсорбера. Животная чернь идет также на производство ваксы. Идущий в краску животный уголь испытывают на интенсивность черноты и на кроющую силу.

 

 

Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Том 8 - 1929 г.