르블랑 과정

Leblanc process
르블랑 과정
공정 유형화학의
산업 부문염소 알칼리 산업
공급원료염화나트륨, 황산, 석탄, 탄산칼슘
제품소다회, 염산, 황화칼슘, 이산화탄소
발명가니콜라 르블랑
발명의 연도1791
개발자윌리엄 로쉬, 제임스 무스프랫, 찰스 테넌트

르블랑 공정은 발명가인 니콜라스 르블랑의 이름을 딴 19세기 내내 사용된 소다수를 만드는 초기 산업 공정이었다.그것은 두 가지 단계를 포함했다: 염화나트륨으로 황산나트륨을 만들고, 이어서 황산나트륨을 석탄과 탄산칼슘과 반응시켜 탄산나트륨을 만들었다.Solvay 공정의 개발 후에 그 공정은 점차 구식이 되었다.

배경

소다회(탄산나트륨)와 칼륨(탄산칼륨)은 유리, 섬유, 비누, 제지업계에서 중요한 화학물질이다.서유럽의 전통적인 알칼리 공급원은 목재 재에서 얻은 칼륨이었다.하지만, 13세기에 이르러 삼림 벌채는 이러한 생산 수단을 비경제적으로 만들었고, 알칼리는 수입되어야만 했다.포타슈는 북미, 스칸디나비아, 그리고 러시아로부터 수입되었고, 그곳에는 여전히 큰 숲이 있었다.소다재는 스페인과 카나리아 제도에서 수입되었고,[1] 그곳에서 그것은 유리그릇 식물의 재로 생산되거나 시리아에서 수입되었다.유리그릇의 재에서 나오는 소다재는 주로 탄산나트륨과 탄산칼륨의 혼합물이었다.게다가 이집트에서는 천연 탄산나트륨, 즉 광물 나트론이 건조한 호수 바닥에서 채굴되었다.영국에서, 알칼리의 유일한 지역 원천은 스코틀랜드와 아일랜드 [2][3]해안으로 밀려온 다시마였다.

1783년, 프랑스의 루이 16세와 프랑스 과학 아카데미는 바다 소금으로부터 알칼리를 생산하는 방법에 대해 2400 리브레의 상금을 내걸었다.1791년, 오를레앙 공작 루이 필립 2세의 의사 니콜라스 르블랑은 해결책에 대한 특허를 취득했다.같은 해 그는 생드니에 공작을 위한 첫 번째 르블랑 공장을 지었고,[4] 이것은 연간 320톤의 탄산음료를 생산하기 시작했다.그는 프랑스 [5]혁명 때문에 상금을 받지 못했다.

보다 최근의 역사에 대해서는, 아래의 산업 역사를 참조해 주세요.

화학

르블랑 공정의 반응 체계(녹색 = 반응 물질, 검은색 = 중간체, 빨간색 = 제품)

제1공정에서는 염화나트륨을 황산으로 처리한다.이 반응은 황산나트륨(소금 케이크라고 함)과 염화수소를 생성한다.

2 NaCl + HSO24 → NaSO24 + 2 HCl

이 화학반응은 1772년 스웨덴의 화학자 칼 빌헬름 쉴레에 의해 발견되었다.르블랑의 기여는 두 번째 단계로,[6] 석탄으로 가열함으로써 소금 케이크와 분쇄된 석회암(탄산칼슘)의 혼합물을 줄였다.이 변환에는 두 부분이 포함됩니다.첫째, 탄소의 원천인 석탄이 황산염을 황화물로 환원하는 탄화수소 반응입니다.

NaSO24 + 2 C → NaaS2 + 2 CO2

2단계는 탄산나트륨과 황화칼슘을 생성하는 반응이다.이 혼합물을 검은 [citation needed]재라고 합니다.

NaaS2 + CaCO3 → NaCO23 + CaaS

소다재는 검은 재에서 물과 함께 추출됩니다.이 추출물의 증발은 고체 탄산나트륨을 생성한다.이 추출 과정은 리시베이션이라고 [citation needed]불렸다.

공정상세

염화나트륨은 처음에는 농축 황산과 혼합되어 낮은 열에 노출됩니다.염화수소 가스는 거품이 일어나 가스 흡수탑이 도입되기 전에 대기 중으로 버려졌다.이 과정은 퓨전된 질량만 남을 때까지 계속됩니다.이 덩어리는 여전히 공정의 후반 단계를 오염시키기에 충분한 염화물을 포함하고 있습니다.그런 다음 질량이 직접 화염에 노출되고, 이는 남아있는 [7][8]염화물 대부분을 증발시킵니다.

다음 단계에서 사용되는 석탄은 시안화물의 형성을 방지하기 위해 질소가 적어야 한다.석회암이나 분필 형태의 탄산칼슘은 마그네시아와 실리카 함량이 낮아야 한다.전하의 중량비는 소금 케이크, 탄산칼슘, 카본 각각 2:2:1입니다.약 1000°[9]C의 반사로에서 연소됩니다.때때로 반사로가 회전하여 "리볼버"[10]라고 불렸다.

황화물이 [9]황산염으로 다시 산화되는 것을 방지하기 위해 소성 시 흑회 생성물은 즉시 리옥시화되어야 한다.리시베이션 공정에서는 흑회암을 물에 완전히 덮어 산화를 방지한다.수용성 물질의 침출을 최적화하기 위해 리옥시베이션은 계단식 단계로 수행됩니다.즉, 이미 이전 단계를 거친 흑재에는 순수한 물이 사용된다.그 단계의 술은 검은 재의 초기 단계 침출 등에 사용됩니다.[9]

마지막 술은 이산화탄소를 불어 넣어 처리한다.이것은 용해된 칼슘과 다른 불순물을 침전시킨다.또한 황화물을 휘발시켜 HS 가스로 운반한다2.이어서 수산화아연을 첨가함으로써 잔류 황화물을 침전시킬 수 있다.액체는 침전물에서 분리되고 반사로의 폐열을 사용하여 증발됩니다.그 결과 생성된 재는 뜨거운 물에 농축된 용액으로 다시 용해됩니다.용해되지 않은 고형물은 분리된다.그런 다음 용액을 냉각하여 거의 순수한 탄산나트륨 탈수화물을 [9]재결정한다.

산업사

르블랑은 1791년 세인트루이스에 첫 르블랑 공정 공장을 설립했다. 그러나 프랑스 혁명가들은 1794년 루이 필립의 나머지 재산과 함께 이 공장을 압류하고 르블랑의 영업 비밀을 공표했다.나폴레옹 1세는 1801년 그 식물을 르블랑에게 돌려주었지만, 그것을 수리하고 그 사이에 세워진 다른 탄산음료 제품들과 경쟁할 자금이 부족하여,[5] 르블랑은 1806년에 자살했다.

19세기 초까지, 프랑스의 소다재 생산자들은 연간 10,000톤에서 15,000톤을 생산했습니다.그러나 르블랑 과정이 가장 널리 [5]행해진 것은 영국에서였다.르블랑 공정을 사용한 최초의 영국 소다 공장은 1816년 타인 강가의 워커에 있는 로쉬, 윌슨, 벨 공장에서 철을 제조한 로쉬 가문에 의해 지어졌지만, 소금 생산에 대한 영국의 급격한 관세는 르블랑 공정의 경제를 방해했고 1824년까지 소규모로 운영되었다.소금 관세의 폐지에 따라, 영국의 탄산음료 산업은 극적으로 성장했다.보닝턴 화학공장은 아마도 가장 초기의 [11]생산물이었을 것이고, 제임스 머스프랫이 리버풀과 플린트에, 찰스 테넌트가 글래스고 근처에 세운 화학공장은 세계에서 가장 큰 것 중 하나가 되었다.무스프랫의 리버풀 작품은 체셔의 소금 광산, 세인트헬렌스 탄전, 노스웨일스 및 더비셔 석회암 [12]채석장과 근접하고 수송하는 것을 즐겼다.1852년까지 연간 탄산음료 생산량은 영국에서 14만 톤, 프랑스에서 [5]45,000 톤에 달했다.1870년대까지 영국의 탄산음료 생산량은 연간 20만 톤으로 전 세계 다른 나라들의 생산량을 [citation needed]합친 것보다 많았다.

오염 문제

르블랑 공정 공장들은 지역 환경에 상당히 해를 끼쳤다.소금과 황산에서 소금 케이크를 만드는 과정에서 염산 가스가 방출되었고, 19세기 초에는 이 산이 산업적으로 쓸모가 없었기 때문에 대기 중으로 배출되었다.또한, 불용성 냄새가 나는 고형 폐기물이 생성되었습니다.소다재 8톤당 5.5톤의 염화수소와 7톤의 황화칼슘 폐기물을 생산했다.이 고체 폐기물(갈리구라고 알려진)은 경제적 가치가 없었고, 더미로 쌓여 소다 공장 근처 밭에 퍼져 있었으며, 그곳에서 썩은 [citation needed]달걀의 냄새를 일으키는 독성 가스인 황화수소를 풍화시켰다.

르블랑 탄산음료 공장은 유해한 배출물 때문에 소송과 법률의 대상이 되었다.1839년 탄산음료 제조에 대한 소송은 "이들 제조사의 가스는 그 영향권에 있는 모든 것을 손상시킬 정도로 해로운 성질을 가지고 있으며 건강과 재산에 해롭다"고 주장했다.주변 밭의 목초가 그슬려 있고, 정원에서는 열매도 채소가 나지 않는다.번성한 많은 나무들이 최근에 썩은 벌거벗은 나뭇가지가 되었다.소와 가금류는 축 늘어져 애통해한다.그것은 우리 집의 가구를 더럽히고, 자주 있는 일이지만, 우리가 그것을 접하게 되면, 우리는 기침과 머리의 통증에 시달리게 됩니다.이 모든 것은 알칼리 [13]작품 덕분입니다.

1863년, 영국 의회는 여러 알칼리법 중 첫 번째인 알칼리법을 통과시켰다. 알칼리법은 최초의 근대 대기오염법이다.이로 인해 알칼리 식물에서 생성되는 염산의 5% 이하가 대기로 배출될 수 있었다.법규를 준수하기 위해, 소다 공사는 빠져나가는 염화수소 가스를 숯으로 채워진 탑을 통과시켰고, 탑은 반대 방향으로 흐르는 물에 흡수되었다.화학 공장들은 보통 생성된 염산 용액을 인근 수역에 버려 물고기와 다른 수중 [citation needed]생물들을 죽였다.

르블랑 프로세스는 운영자들에게 매우 불쾌한 작업 환경을 의미하기도 했다.원래는 세심한 조작과 작업자의 빈번한 개입(일부 작업은 과도한 수작업이 수반됨)이 필요했습니다.[14]때때로, 반사로의 반응 생성물을 청소하는 일꾼들은 먼지와 에어로졸을 [15][16]폐로부터 보호하기 위해 천으로 된 입과 코의 개그를 착용했다.

이는 공정들이 경제성과 제품의 [citation needed]균일성을 개선하기 위해 보다 고도로 기계화됨에 따라 다소 늦게 개선되었다.

1880년대까지, 표백 분말을 제조하기 위해 염산을 염소 가스로 전환하고 황화칼슘 폐기물의 황을 회수하는 방법이 발견되었지만, 르블랑 공정은 솔베이 공정보다 더 낭비적이고 오염이 심했다.염소를 [citation needed]생산하기 위해 결국 그것을 대체한 후기 전해 공정과 비교해도 마찬가지다.

진부화

1861년 벨기에의 화학자 Ernest Solvay는 암모니아를 사용하여 소금과 석회암에서 소다수를 생산하는 보다 직접적인 공정을 개발했습니다.이 Solvay 공정의 유일한 폐기물은 염화칼슘이었기 때문에 르블랑 방법보다 경제적이고 오염이 덜했습니다.1870년대 후반부터 유럽 대륙의 솔베이에 기반을 둔 탄산음료 공장은 르블랑에 기반을 둔 영국 탄산음료 산업에 그들의 국내 시장에서 치열한 경쟁을 제공했다.게다가 1874년 노스위치 인근 위닝턴에 문을 연 브루너 몬드 솔베이 공장은 전국적으로 치열한 경쟁을 벌였다.르블랑 생산자들은 Solvay 소다재와 경쟁할 수 없었고, 그들의 소다재 생산은 염소, 표백 분말 등의 여전히 수익성 있는 생산의 보조물이었다(불필요한 부산물은 수익성 있는 생산물이 되었다).염소의 전해 생산 방법의 개발은, 그 수익의 원천도 제거해, 솔베이 [17]생산자와의 「신사 협정」에 의해서만 완화되는 감소가 뒤따랐다.1900년까지 전 세계 탄산음료 생산의 90%가 솔베이 방식, 즉 북미 대륙에서 1938년에 발견된 트로나 광산을 통해 이루어졌으며, 이로 인해 1986년에 북미 솔베이 공장이 폐쇄되었습니다.르블랑에 기반을 둔 마지막 소다재 공장은 1920년대 [3]초에 문을 닫았다.그러나 중탄산염의 용해성 때문에 솔베이 공정은 탄산칼륨 제조에는 효과가 없고 르블랑 공정은 훨씬 늦게까지 [citation needed]그 제조에 제한적으로 사용되었다.

생물다양성

르블랑 공정 폐기물이 영국에서 가장 멸종위기에 처한 서식처라고 주장하는 강력한 근거가 있는데, 그 이유는 폐기물이 탄산칼슘으로 내려가고 석회가 풍부한 토양에서 자라는 식물들을 위한 안식처를 만들기 때문이다.새천년 동안 살아남은 곳은 4곳뿐이었다.이 중 가장 큰 곳은 볼튼 인근의 노브엔드에 있는 SSSI와 지역 자연보호구역으로 보호되고 있다.주로 산성 토양에서 가장 드문 드문 난초-칼시콜레라 식물군이다.이 알칼리성 섬에는 산성 보일러 슬래그가 퇴적된 산성 섬이 있는데, 지금은 헤더인 칼루나 [18]벌리스가 지배하고 있는 지역으로 나타납니다.

레퍼런스

  1. ^ Ashtor, Eliyahu; Cevidalli, Guidobaldo (1983). "Levantine Alkali Ashes and European Industries". Journal of European Economic History. 12: 475–522.
  2. ^ 클로우, 아치볼드 및 클로우, 난 L.(1952)화학 혁명, (Ayer Co Pub, 1952년 6월), 65-90페이지.ISBN 0-8369-1909-2.
  3. ^ a b Kiefer, David M. (2002). "It was all about alkali". 11 (1). Today's Chemist at Work: 45–6. Retrieved 22 April 2007. {{cite journal}}:Cite 저널 요구 사항 journal=(도움말)
  4. ^ Aftalion, Fred (1991). A History of the International Chemical Industry. Philadelphia: University of Pennsylvania Press. pp. 11–13. ISBN 978-0-8122-1297-6.
  5. ^ a b c d Aftalion, Fred (1991). A History of the International Chemical Industry. Philadelphia: University of Pennsylvania Press. pp. 14–16. ISBN 978-0-8122-1297-6.
  6. ^ Christian Thieme (2000). "Sodium Carbonates". Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Weinheim: Wiley-VCH. doi:10.1002/14356007.a24_299. ISBN 978-3527306732.
  7. ^ "Hydrochloric Acid and Sodium Sulphate". Lenntech. Retrieved 22 April 2007.
  8. ^ Chisholm, Hugh, ed. (1911). "Alkali Manufacture" . Encyclopædia Britannica. Vol. 1 (11th ed.). Cambridge University Press. pp. 674–685.
  9. ^ a b c d "The Soda Industries". Lenntech. Retrieved 22 April 2007.
  10. ^ Museum, Victoria and Albert (1908). Catalogue of the mechanical engineering collection in the Science Division of the Victoria and Albert Museum, South Kensington, with descriptive and historical notes. Vol. 2. H.M.S.O. p. 107. OCLC 608086021.
  11. ^ Ronalds, B.F. (2019). "Bonnington Chemical Works (1822-1878): Pioneer Coal Tar Company". International Journal for the History of Engineering & Technology. 89 (1–2): 73–91. doi:10.1080/17581206.2020.1787807. S2CID 221115202.
  12. ^ Peter Reed, Acid Rain and the Rise of the Environmental Chemist in 19th Century Britain, (2014), 94페이지
  13. ^ Newcastle upon Tyne (England). Town Council (1840). Newcastle Council Reports. pp. 2–.
  14. ^ 러셀.Colin Archibald, Chemistry, Society of Chemistry, and Environment: 영국 화학 산업의 새로운 역사, Royal Society of Chemistry, 2000.ISBN 0-85404-599-6
  15. ^ 영국 화학공업 초기 몇 년 동안 노동자의 폐에서 알칼리 분진을 막기 위해 영국 Runcorn(체셔)에 있는 Catalyst 화학공업 박물관에서 녹음된 해설에서 "개그"로 묘사되고 "개그"라고 불립니다.
  16. ^ https://3darchaeology.co.uk/wp-content/uploads/2017/06/Volume-11-Issue-3.pdf (7페이지)
  17. ^ 독자 W J 제국 화학공업; 역사 제1권 1870-1926 옥스포드 대학 출판부 1970 SBN 19 215937 2
  18. ^ Show, PJA 및 Halton W.(1998).클래식 사이트:노브 엔드, 볼튼영국 야생동물 10, 13-17

외부 링크