Животный уголь

Животный уголь
Общие
Традиционные названия	Животный уголь
Физические свойства
Состояние	черный порошок
Плотность	0.7-0.8 г/см³
Классификация
Рег. номер CAS	8021-99-6
Рег. номер EINECS	232-421-2
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.

Животный уголь или костяной уголь (лат. carbo animalis) — пористый черный материал, полученный путем обугливания костей животных. Его состав варьируется в зависимости от того, как он сделан. Обычно состоит из ортофосфата кальция на 57–80%, карбоната кальция на 6–10% и углерода на 7–10%[1]. Используется для фильтрации и обесцвечивания.

Производство

Костяной уголь в основном изготавливают из костей крупного рогатого скота и свиней. Однако, для предотвращения распространения болезни Крейтцфельдта-Якоба череп и позвоночник обычно не используются[2]. Кости нагревают в герметичном сосуде до 700 градусов, поддерживая низкую концентрацию кислорода. Большая часть органического материала в костях испаряется под воздействием тепла. Та же часть органического материала, которая не испарилась, остаётся в виде активированного угля в конечном продукте. При нагревании костей в атмосфере, богатой кислородом, образуется костная зола, химически совершенно иная.

Использованный костяной уголь можно регенерировать путем промывки горячей водой для удаления примесей с последующим нагревом до в печи с контролируемым количеством воздуха.

Использование

Ортофосфат кальция в костяном угле можно использовать для удаления фтора[3] и ионов металлов из воды. Костяной уголь это старейший адсорбционный материал, используемый для дефторирования, но в развитых странах уже не используется.[4] Поскольку его можно производить дешево и локально, он до сих пор используется в некоторых развивающихся странах, таких как Танзания.[5] Костяной уголь обычно имеет меньшую площадь поверхности, чем активированный уголь, но обладает высокой адсорбционной способностью для некоторых металлов, особенно из группы 12 (медь, цинк и кадмий)[6]. Другие высокотоксичные ионы металлов, такие как мышьяк[7] и свинец[8] также могут быть удалены с помощью него.

Рафинирование сахара

Сахара (по часовой стрелке сверху слева): белый рафинированный, нерафинированный, необработанный, коричневый.

Костяной уголь также часто использовался при рафинировании сахара в качестве обесцвечивающего агента.

Костяной уголь способен удалять различные неорганические примеси, прежде всего сульфаты, ионы магния и кальция. Их удаление снижает уровень образования накипи на более поздних этапах процесса рафинирования, когда сахарный раствор концентрируется[9]. Однако, костяной уголь обладает низкой способностью к обесцвечиванию и должен использоваться в больших количествах[10]. Современные альтернативы костяному углю включают активированный уголь и ионообменные смолы. Тем не менее, небольшое количество компаний по-прежнему полностью или частично используют костяной уголь для рафинирования сахара.

Черный пигмент

Эдуард Мане, Музыка в Тюильри, 1862 г.

Костяной уголь также используется в качестве черного пигмента для художественных красок, гравюр, а также, каллиграфических и рисовальных чернил. Пигменты созданные из костей животных называются «черная кость» или «черная слоновая кость». Эти пигменты использовали как художники эпохи возрождения типа Рембрандта и Веласкеса, так и более современными художники, как Мане и Пикассо . Черные платья и высокие шляпы джентльменов в «Музыке в Тюильри» Мане окрашены в цвет «черная слоновья кость»[11][12].

Черная слоновая кость раньше изготавливалась путем измельчения обугленной слоновой кости в масле. В настоящее же время «черная слоновья кость» — это просто синоним пигмента «черная кость». Настоящая слоновая кость не используется из-за ее дороговизны и потому, что животные, являющиеся естественными источниками слоновой кости, подлежат международному контролю как исчезающие виды.

Нишевые использования

• Животный уголь может быть использован в процессе очистки сырой нефти при производстве вазелина.
• В 18-м и 19-м веках костяной уголь, смешанный с жиром или воском (или тем и другим), использовался солдатами в полевых условиях для пропитки военного кожаного снаряжения. Во-первых, для увеличения срока его службы, а во-вторых, как самый простой способ получить пигмент для черных кожаных изделий. Военные и гражданские использовали его в качестве крема для обуви и консерванта.
• Спутник НАСА Solar Orbiter использует модифицированную форму костяного угля на его титановом теплозащитном экране. Это защищает спутник от засвечивания и перегревания. Покрытие было разработано ирландской компанией Embio с использованием технологии CoBlast, первоначально разработанной для покрытия титановых медицинских имплантатов[13].

На этой фотографии показан космический орбитальный аппарат Solar Orbiter

В популярной культуре

• Производство костяного угля было показано в сериале «Грязная работёнка» на канале Discovery в 19-й серии 5-го сезона[2].
• Костяной уголь из человеческих костей упоминается в романе Томаса Пинчона «Выкрикивается лот 49». В книге, кости американских солдат, которые погибли в бою во время Второй мировой войны в Италии, используются для фильтров в сигаретах.
• Человеческий костяной уголь, называемый «костяным углем», упоминается в романе Ярослава Гашека «Похождения бравого солдата Швейка». В книге, кости погибших солдат используются для производства костяного угля для сахарных заводов.

См. также

• Активированный уголь
• Технический углерод
• Поташ

Примечания

1. Fawell, John. Fluoride in drinking-water. — 1st published. — Geneva : WHO, 2006. — P. 47. — ISBN 9241563192.
2. Dirty Jobs Episode Guide: Season 5 Episode "Bone Black"  (неопр.). Дата обращения: 28 мая 2023. Архивировано 13 ноября 2010 года.
3. Medellin-Castillo, Nahum A. (December 2007). "Adsorption of Fluoride from Water Solution on Bone Char". Industrial & Engineering Chemistry Research. 46 (26): 9205–9212. doi:10.1021/ie070023n.
4. Horowitz, HS (Nov 1967). "Partial defluoridation of a community water supply and dental fluorosis". Public Health Reports. 82 (11): 965–72. doi:10.2307/4593174. PMID 4964678.
5. Mjengera, H. (January 2003). "Appropriate deflouridation technology for use in flourotic areas in Tanzania". Physics and Chemistry of the Earth, Parts A/B/C. 28 (20–27): 1097–1104. Bibcode:2003PCE....28.1097M. doi:10.1016/j.pce.2003.08.030.
6. Ko, Danny C.K. (December 2000). "Optimised correlations for the fixed-bed adsorption of metal ions on bone char". Chemical Engineering Science. 55 (23): 5819–5829. doi:10.1016/S0009-2509(00)00416-4.
7. Chen, Yun-Nen (December 2008). "Study of arsenic(V) adsorption on bone char from aqueous solution". Journal of Hazardous Materials. 160 (1): 168–172. doi:10.1016/j.jhazmat.2008.02.120. PMID 18417278.
8. Deydier, Eric (July 2003). "Beneficial use of meat and bone meal combustion residue: "an efficient low cost material to remove lead from aqueous effluent"". Journal of Hazardous Materials. 101 (1): 55–64. doi:10.1016/S0304-3894(03)00137-7. PMID 12850320.
9. Handbook of sugar refining: a manual for the design and operation of sugar refining facilities / Chung Chi Chou. — New York : Wiley, 2000. — P. 368–369. — ISBN 9780471183570.
10. Asadi, Mosen. Beet-Sugar Handbook.. — Hoboken : John Wiley & Sons, 2006. — P. 333. — ISBN 9780471790983.
11. Bomford D, Kirby J, Leighton, J., Roy A., Art in the Making: Impressionism. National Gallery Publications, London, 1990, pp. 112—119
12. Édouard Manet, 'Music in the Tuileries Gardens' Архивная копия от 17 апреля 2015 на Wayback Machine, ColourLex
13. Prehistoric cave pigment to shield ESA's Solar Orbiter  (неопр.). ESA.int.