인광석BPL 2.16% 화학공업의발달

<a name="1" class="con_link" target="_blank">화학공업의 발달 </a>1. 무기공업화학의 발달과정 <ul>1) 17-18세기: 화학의 학문적 기초확립 <ul>ⅰ) 1746년: 연실식황산 제조시작: Gay-Lussac탑 ⅱ) 1792년: 석탄가스 제조: C+H2O=CO+H2: 암모니아 합성공업에 이용 ⅲ) 1823년: 알칼리공업시작: Le Blanc소오다법, 소오다회(Na2CO3) 생산 ⅳ) 1866년: Solvey법(암모니아소오다법) ⅴ) 1890년: 전기화학공업 공업화: 소금의 전해에 의한 가성소다 및 염산제조 </ul>2) 19세기말-20세기초: 화학평형론, 화학속도론 확립 ⅰ) 1913년: 암모니아 합성법(Haber-Bosch법)공업화성공 ⅱ) 20세기: 인조비료, 유리, 요업제품, 무기전자재료, 무기구조재료, 무기약품 </ul>2. 제조공정의 변화 <ul>1) 재료개발에 의한 공정의 다양화: 고온, 고압, 내열, 내식, 내압재료 2) 전기, 기계의 응용, 자동제어시스템도입 3) 화학, 물리, 기계, 전기, 전자, 재료등의 장치산업 </ul>3. 무기화학공업 : 무기물을 대상으로하는 화학공업 <ul>1) 무기산공업 : 황산, 질산, 염산, 인산 2) 소금 및 소오다공업 : 소금, 소오다회, 가성소오다, 염소, 표백분 3) 암모니아 및 그 유도제품공업 4) 화학비료공업 : 인산, 질소, 칼륨, 복합비료 5) 무기고체 및 무기약품공업 : 건축재료, 법랑, 세라믹스, 금속성 경질재료, 탄소개질, 충전제, 무기안료 6) 알루미늄, 크롬, 규소, 망간 및 그 화합물공업 7) 실리콘공업 8) 핵연료공업 </ul> 제 1 장 기초무기질 I. 물 1. 경제적 중요성 <ul>1) 값싸고 순도 높은 물이 공업에 필수적 : 발전소, 각종 공업용, 관개용, 가정용 2) 식수 : 하천수처리, 바닷물과 염수로부터 RO(역삼투압) 또는 증류 3) 각종 용수의 관리항목 pH, BOD, COD, SS(부유물질량), DO(용존산소량), 대장균균수 4) COD수질기준 <table width="640" height="320" bordercolor="fuchsia" bordercolorlight="black" bordercolordark="white" bgcolor="#fff3e7" border="1" cellspacing="0"><caption align="bottom"></caption><tbody><tr><td width="7%">구분</td><td width="7%">등급</td><td width="31%">이용목적별 적용대상</td><td width="53%">화학적 산소 요구량(COD-단위:mg/ℓ)</td></tr><tr><td width="7%" rowspan="5">생 활 환 경</td><td width="7%">Ⅰ</td><td width="31%">상수원수 1급 자연환경보전</td><td width="53%">1 이하</td></tr><tr><td width="7%">Ⅱ</td><td width="31%">상수원수 2급 수산용수 1급 수영용수</td><td width="53%">3 이하</td></tr><tr><td width="7%">Ⅲ</td><td width="31%">상수원수 3급 수산용수 2급 공업용수 1급</td><td width="53%">6 이하</td></tr><tr><td width="7%">Ⅳ</td><td width="31%">공업용수 2급 농업용수</td><td width="53%">8 이하</td></tr><tr><td width="7%">Ⅴ</td><td width="31%">공업용수 3급 생활환경보전</td><td width="53%">10 이하</td></tr></tbody></table> </ul>2. 식용수 <ul>1) 인체의 70%가 물 : W.H.O.에서 모든 질병의 80%는 오염된 물을 마시는 것이 원인이다. 2) 중금속 : Hg, Pb, As, Cr, Cd, Zn, Fe, Cu, Na, Mn, F(섭취량에 따라 치아변색) </ul>3. 식용수의 생산공정 <ul>1) Chlorination (또는 오존처리) * Cl2 + H2O → HCl + HClO( 하이포아염소산 - hypochlorous acid ) * HClO↔ H+ + ClO- * 병원균제거, 바이러스의 비활성화 2) Flocculation(응집) 및 Sedimentation(침전) * 혼탁물, 콜로이드성 유기불순물등 제거 * Al2(SO4)3 + 6H2O → 2Al(OH)3↓ + 3H2SO4 * Fe2(SO4)3 + 6H2O → 2Fe(OH)3↓ + 3H2SO4 3) Filtration(여과) * 응집단계를 거친 물에 대한 처리 * 모래여과층 : 모래입자크기 0.2-2mm 4) 활성탄 처리 * 유기성 불순물들의 제거 5) pH조절 </ul>4. 수돗물 정수용 R.O.장치 <ul>수도관의 녹, 지역별 사용원수의 상이, 처리수에 대한 불신 1) 고탁도 휠터 : 부유물 차단 2) 1차 침전휠터 : 오염물질, 녹찌꺼기 제거 3) 2차 프리카본 휠터 : 염소성분,유기화학물질(Trihalomethane, Benzopyrene)제거 4) 3차 멤브레인 휠터 (역삼투압식 : R.O.) : 중금속,발암물질 제거 5) 4차 포스트카본 휠터 : 가스성분, 냄새제거 6) 5차 U.V.휠터 : 자외선살균 7) 부속장치 : 승압펌프, 자동세척장치, 자동수위조절장치 </ul>5. 여과장치의 종류 <ul>1) Filtering : Filter의 mesh에 의한 구분 2) 정밀여과법(Microfiltration) : 용질크기가 0.1-10μm정도를 분리하는 막분리공정 3) 한외여과법(Ultrafiltration) : 분자크기가 10-1000Å에 달하는 Macromolecule이나 콜로이드입자를 분리하는 막분리 공정(막의 공경은 20-500Å이다.) 4) Nanofiltration : RO와 UF의 처리범위의 중간범위인 M.W.가 수백-수천인 용매를 처리하는 과정 5) 역삼투법(Reverse osmosis) :이온 및 분자크기가 10Å이내인 용질을 분리하는 막분리공정 </ul>6. 공업용수 : 지하수이용 또는 해수이용 <ul>1) 지하수 : 여과층(모래, 자갈, 활성탄층의 혼합형)- 이온교환수지 Anion exchange resin, Cation exchange resin 2) 바닷물로부터 담수의 제조 ⅰ) NaCl 약3.5wt% 및 칼슘, 마그네슘, 수소탄산이온들로구성 ⅱ) 식수는 0.05%이상의 NaCl이나 0.1%이하의 용해된 염을 함유해서는 안된다. ⅲ) 방법 : 증발법, 역삼투압법 </ul>7. 폐수처리 : 폐수의 종류에 따라 다양한 방법 <ul>1) 일반생활하수 : 미생물처리 ⅰ) 스크린→ ⅱ) 폭기조(공기주입) →ⅲ) 소포조(거품제거) →ⅳ) 침전조(자연침강) → <ul><ul><ul>(미생물존재) </ul></ul></ul>ⅴ) 소독조(차아 염소산소다)→ 방류 2) 산업폐수 ⅰ) 스크린→ⅱ) pH조정→ⅲ) 응집반응조→ⅳ) 침전조→ⅴ) 폭기조(미생물처리시 선택)→ ⅵ) 안정조→ⅶ) pH조정조→ⅷ) 산화제(COD용), 표백제(색도) →ⅸ) 여과기;모래, 활성탄 →ⅹ) 최종처리수조→?) 방류 * 응집제 : 황산반토, 황산제2철, PAC(polyaluminium chloride) 3개중 1개를 사용 * 응집보조제 : Curi-Floc </ul>II. 수소 1. 경제적 중요성 <ul>1) 지구상에 1wt% 로 9번째 많은 원소 지표면의 Oxygen(50%), Silicon (25%), Aluminium (8%), Iron (6%)로 구성 2) 공업원료 : 암모니아 합성, 수소첨가 반응, 수소화분해 반응, 액체수소로서 로켓연료로 이용 3) 대체 에너지 자원으로 연구중 → 대성그룹의 예 </ul>2. 수소제조 <ul>1) 중요한 제조법 : 90%는 화석연료에서 제조 <ul>ⅰ) 천연가스, 중유, 원유등 탄화수소의 분해에 의한 혼합가스로부터 제조 ⅱ) 수성가스(코오크스나 석탄의 가스화)로부터 제조 ⅲ) 물전해법 </ul>2) 제조공정 <ul>ⅰ) 석유화학공정과 석탄의 가스화 ① 촉매(알루미나를 담체로한 니켈촉매)에 의한 수증기 개질공정 : 수증기를 천연가스나 경질유분(메탄을 주로하는 가스)과 반응시킨다. 메탄을 고온에서 수증기 또는 CO2와 반응시키는 방법( 700-800℃, 40bar ) CnH2n+2 + nO2 → 2nCO + 2(n + 1)H2 ⅱ) 석탄이나 코오크스의 가스화 3C + O2 + H2O → H2 + 3CO 적열한 코오크스에 수증기를 통할 때 얻는 혼합가스(CO+H2)를 수성가스(water gas) : 1000℃이상에서 반응 ⅲ) 물의 전기분해 : 수소생산의 4% 2H2O + 2e- → H2 + 2OH- cathode, 환원 2OH-→ H2O + 1/2O2 + 2e- anode, 산화 ----------------------------------------------- H2O→ H2 + 1/2O2 ① 극히 순수한 수소 생산, ② 순수한 물은 전리도가 적어서 저항이 크므로 공업적으로는 15-20%의 가성소다용액 을 전해 ③ 격막식 전해조 : 두전극액과 기포가 섞이지 않게 한 것 ④ 종형 " : 격막없이 전극에 수집 뚜껑을 씌워 2가지 가스를 분리 </ul>3) 수소의 다른 제조공정 <ul>ⅰ) 물의 직접적인 열분해 H2O→ H2 + 1/2O2 : 2000℃이상의 고온 </ul>4) 부산물로 수소의 생산 <ul>ⅰ) 코오크스공장 및 용광로 ⅱ) Fischer-Tropsch합성 : 일산화탄소의 수소접촉에 의한 탄화수소 합성법으로 수성가스를 100-150atm, 400-450℃에서 반응시킴. ⅲ) 암모니아합성 : 3H2 : N2를 1회 촉매층 통과시 10-40%의 NH3함유 ⅳ) 염화알칼리전기분해와 염산의 전기분해공정 </ul></ul>3. 수소가스의 정제 물의 전기분해에 의한 방법이외는 황화합물(석탄, 석유), CO, CO2, CH4등 함유 원료가스-탈황-CO전화(CO+H2O ↔ CO2+H2)-CO2제거-CO제거 <a name="2" class="con_link" target="_blank">Ⅲ. 과산화수소와 무기성과산화 화합물 </a> 1. 과산화수소( H2O2 ) <ul>1) 성질 : 무색액체, 비점 152.1℃, 빙점 -0.41℃ 수소결합을 통하여 고도로 회합도, 밀도는 물의 1.4배, 강력한 산화성 2) 용도 : 세제 제조, 종이와 직물의 표백, 폐기성 배출물 처리 </ul>2. 과산화나트륨( Na2O2 ) <ul>1) 용도 : 표백제( 동식물의 섬유조직, 각종 공산품), 산화제 </ul>Ⅳ. 질소와 질소화합물 1. 질소 <ul>1) 성질 ⅰ) 질소는 대기권에서 78%의 부피를 차지한다. ⅱ) 실온에서 N2의 유일한 반응은 Li와 반응하여 Li3N, 전이금속착물, 질소고정박테리아 와 반응 : 클로바, 완두콩, 대두등의 뿌리마디 혹에서 자생하거나 공생으로 제한적 2) 제법 : 공기의 액화 및 분별종류 </ul>2. 암모니아 <ul>1) 성질 ⅰ) 무색의 자극성 기체 : bp -33.35℃ ⅱ) 센수소결합으로 고도의 회합도 ⅲ) 높은 유전상수 2) 용도 ⅰ) 높은 유전상수에 의한 우수한 이온성 용매 : 유기화합물에 국한 ⅱ) 물보다 유전상수가 훨씬 작으므로 무기화합물에는 좋은 용매가 아니다. ⅲ) 공업적 질소화합물의 출발물질 : 질산(물에 흡수되어 질산이 됨), 유기화합물 합성( 아마이드, 니트릴, 아민) ⅳ) 합성비료의 제조 3) 제조원리 ⅰ) 질소, 수소, 암모니아 사이의 화학평형에 대한 1904년 Haber? 연구에 기초 ⅱ) 최초의 Haber-Bosch법에 대한 생산공장 : 1913년 BASF ⅲ) 1 : 3비율의 질소와 수소의 혼합물인 합성기체를 이용 1/2 N2 + 3/2H2  ↔  NH3 4) 제법 ⅰ) 수소, 질소 및 일산화탄소 혼합물의 제조 <ul>① 질소 : 공기의 저온분류 b.p. : 산소( -183℃) , 질소 (-195.8℃)로 12.8℃ 차이 ② 수소 및 일산화탄소 혼합물 : Ⅱ-2-2)참조 a. 수증기 개질법(천연가스와 나프타를 사용) : naphtha(광의의 의미로 가솔린등 휘발성 석유를 총칭한다. 가솔린의 비점 범위의 경질유분을 말한다.) b. 중질유의 부분산화 c. 석탄의 가스화 </ul>ⅱ) 일산화탄소의 전환(conversion) : Ⅱ-3 수소가스의 정제 ⅲ) 이산화탄소와 황화수소의 제거 : 적절한 용매를 사용, 물리적 화학적 흡수 ⅳ) 합성가스의 최종 정제 ⅴ) 합성가스로부터 암모니아로의 전환반응 ① 순환공정 : 합성기체를 압력반응기에서 순환하여 암모니아 합성가스 제조 ② 액체 암모니아를 증발 응축(-25℃)하여 분리 : 수냉 또는 공냉법이 이용된다. </ul>3. 히드라진( N2H4 ) <ul>1) N2H4는 암모니아의 수소원자가 NH2원자단으로 치환된 것 2) 발연성의 무수액체( bp114℃) : 공기중에서 연소하여 상당량의 열을 발생 N2H4(l) + O2(g)  ↔  N2(g) + 2H2O(l), ΔH = -622kJmol-1 3) 보일러용 물에 미량(ppm)의 히드라진으로 부식을 방지 MAGNETITE층을 형성하여 내벽을 보호 (MAGNETITE : Fe3O4 , 흑색 분말 또는 결정 4) 히드라진유도체들은 발포제, 고분자반응의 개시제, 의약품, 제초제로 이용 5) 제조 : 암모니아나 요소같은 암모니아 유도체를 산화시켜 제조 </ul>4. 히드록실아민( NH2OH ) <ul>1) NH2OH는 NH3보다 약한 염기이다. 2) 흰색의 불안정한 고체 3) 카프로락탐(caprolactam; C6H11NO = 113; 6-Nylon의 원료, polyamide의 원료)제조시 히드록실아민을 중간생성물로 이용 환원제, 페인트, 피부보호제, 의약품, 살충제로 사용되는 OXIME의 제조에 사용 4) 제조 : 질산염 또는 아질산염을 SO2로 환원 또는 전기적환원으로 만든다. </ul>5. 질산 1) 경제적 중요성 <ul>ⅰ) 상위 10개 공업용 화학물지중의 하나, 황산 다음으로 중요한 약품 ⅱ) 대부분 50-70%, 약20%는 98-100%고농도 ⅲ) 용도 : 미국의 경우 약 75%가 비료용, 약 15%가 폭약용, 나머지는 합성섬유, 염료, 플라스틱, 의약, 중간체등의 제조원료, 최근 로켓이나 미사일등에 발연질산, 질소함유비료제조, 폭발물제조(질산나트륨) </ul>2) 제법 <ul>ⅰ) 1908년 Ostward가 백금박을 촉매로 부생암모니아를 산화해서 질산을 만드는 공장 건설 ⅱ) 대부분이 Ostwald공정(1902년)을 사용한 암모니아의 촉매산화에 의하여 생산 : 현재 공법은 모두 암모니아 산화법 ⅲ) 대기중의 질소를 공업적으로 이용하는 순서 N2 → NH3 → NO → HNO3 </ul>3) 제조공정 <ul>ⅰ) 암모니아의 접촉식 연소 대기중의 산소를 사용하여 암모니아의 연소 : 820-950℃, 1-12bar, 촉매(백금망; 백금 또는 백금-로듐합금) 4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2O ⅱ) 일산화질소의 산화 : 저온산화( 140℃이하, 가압 ) 2NO + O2 → 2NO2 ⅲ) 이산화질소로부터 질산으로의 전환 NO2를 물에 흡수시켜 HNO3로 한다. 3NO2 + H2O → 2HNO3 + NO ⅳ) 3개의 발열반응단계로 구성되며 다음은 총괄반응 NH3 + 2O2 → HNO3 + H2O </ul>4) 질산의 농축 <ul>ⅰ) 증류하여 농축(상압법 : 50%, 가압법 및 산소산화법 : 60-68%) ⅱ) 직접합성법 (98%) NH3 + 2O2 → HNO3 + H2O </ul>Ⅴ. 인과 인화합물 1. 인과 무기성인 화합물의 개요 1) 일반적 개요 <ul>ⅰ) 인은 비료의 유효성분 : 채광된 인광석의 90%는 비료의 제조에 사용된다. ⅱ) 인은 증류하여 물에서 P4로 응축 : P4는 공기중에서 발화하므로 물속에서 보관 ⅲ) 적인과 흑인은 대기중에서 안정하나 가열하면 연소한다. ⅳ) P4는 CS2, 벤젠에 녹고 맹독성 </ul>2) 원료물질 <ul>ⅰ) 인광석 : 인은 apatite계의 광석 Ca5(PO4)3(F, Cl, OH)에 존재 ⅱ) 일반적으로 최저 5% 함량을 갖는 P2O5가 채광된다. ⅲ) 상업적으로 가장 중요한 것은 Fluorapatites이다. * Apatite group : Phosphates, Arsenates, Vanadates * A5(XO4)3(F, Cl, OH) A = Ca, Sr, Pb, Na, K X = P, As, V, Si * Hexagonal 구조 </ul>3) 제련과정 <ul>분쇄 → 세척 → 체거름 → 산화철의 자성분리 → 부유법에 의한 석영제거 → 하소법에 의한 유기불순물 제거 → 혼합 * 하소 : 물질을 공기중에서 태워 휘발성 성분을 없애고 재로 만드는 일 </ul>4) 인광석의 인함유율을 고려한 자료 <ul>ⅰ) %P2O5 또는 %Ca3(PO4)2 : bone phosphate of lime( BPL) ⅱ) 1%의 P2O5는 2.19% BPL과 같다 : 31x2 + 16x5 = 142, 40x3 + (31+64)x2 = 310 ⅲ) 수율 및 인산농도의 계산 : P2O5 분자량이용 </ul>2. 인산( H3PO4 ) 1) 성질 <ul>비중 1.88, 상온 무색투명, 사방정계에 속하는 결정 </ul>2) 이용 : 교재 p. 59 <ul>비료, 세제 수처리제 가축사료용 영양제 지연제 인산자체 : 금속처리 건식인산 : 식품공업분야 건식인산 또는 정제한 인산 : 분말세제 </ul>3) 인산의 제조   <table border="1"><tbody><tr><td width="21" height="201" rowspan="5">인산제법</td><td width="57" height="100" rowspan="2">건식법</td><td width="82" height="65">전기로법</td><td width="500" height="65">인광석, 규석혼합물→코오크스 도는 무연탄으로 환원→인을 기화시킴→공기 또는 과열수증기로 산화(P4O10)→물에 용해→인산</td></tr><tr><td width="82" height="29">용광로법</td><td width="500" height="29"> </td></tr><tr><td width="57" height="95" rowspan="3">습식법</td><td width="82" height="27">황산분해법</td><td width="500" height="27">현재 이 방법만이 시행되고 있다.</td></tr><tr><td width="82" height="29">염산분해법</td><td width="500" height="62" rowspan="2">거의 실시되지 않고 있다.</td></tr><tr><td width="82" height="27">질산분해법</td></tr></tbody></table> <ul> ⅰ) 습식법에 의한 인산제조 : 인광석중 칼슘인산염의 예 ① 인광석중 칼슘인산염과 황산의 반응 : 황산칼슘은 반응조건에 따라 이수화물이나 반수화물로 침전된다. a. Ca3(PO4)2 + 3H2SO4 → 3CaSO4 + 2H3PO4 b. Ca5(PO4)3F + 5H2SO4 + 10H2O → 3H3PO4 + 5(CaSO4·2H2O) + HF 석고 c. Ca5(PO4)3F + 5H2SO4 + XH2O → 3H3PO4 + 5(CaSO4·YH2O) + HF + ZH2O * 기타 인광석의 예는, Phosphophyllite; Zn2(Fe+2, Mn)(PO4)2·4H2O Phosphates; (Mg, Fe)Al2(PO4)2(OH)2 ⅱ) 습식법 공정 ① 이수화물법 a. 인산농도는 P2O5기준으로 28-32% b. 인광석의 인함량을 기준으로 P2O5의 수율은 95% c. 유럽의 모든나라에서 채택 d. 인광석을 황산으로 60-65℃에서 분해하면 이수석고가 된다. ② 반수화물법 : 3가지 변형공정 a. 제1변형법(반수화물법) ⓐ 인산농도 40-50% ⓑ 수율은 93% 정도 ⓒ 황산으로 90-100℃로 분해하여 반수화물이 직접 여과되어나오는 형태 b. 제2변형법(이수반수화물법) ⓐ 인산농도는 33-38% ⓑ 수율은 99% 이상 ⓒ 이수화물을 원심분리기로 여과하고 이수화물을 황산중에서 가열, 반수화물을 성장시킴. c. 제3변형법(반수이수화물법) ⓐ 인산농도 42% 이상 ⓑ 수율은 이수화물법보다 높다 ⓒ 비싼 인광석 사정으로 수율을 높인 것 ⓓ 한국에서 채택 ⓔ 인광석을 황산으로 90-100℃에서 분해하여 반수석고로 하고 60℃로 수시간 유지 이수석고 성장시킴 d. 무수화물법 ⓐ 인산농도 50%이상 ⓑ 수율 93%정도 ⓒ 황산에 의한 분해온도를 95-110℃로 한 것 <ul>* 이수염 = 이수화물 </ul>③ 산의 농축 : 비료생산에는 40-54%의 오산화인을 함유하는 산 <ul>a. 증발공정 b. 정제공정 </ul>ⓐ 불용성 불순물들의 침전 ⓑ 추출법(액-액추출: 유기성 추출시약과 불순한 인산의 혼합에 의한 상분리) ⅲ) 건식인산의 제조 ① 백인의 공기연소에 의한 오산화인을 물(혹은 묽은 인산)에 흡수 <ul>a. 4P + 5O2 → P4O10 b. P4O10 + 6H2O → 4H3PO4 </ul>② 54.5 - 61.5%의 P2O5를 포함한 poly인산이 생산</ul>3. 인산염 : 비료제조에 사용되는 것 이외의 인산염의 이용 1) 인산염나트륨 이용 : 교재 p. 65, 66 <ul>ⅰ) Pentasodium triphosphate(일명 삼폴리인산 나트륨: sodium tripolyphosphate(STPP) : 양적으로 가장 중요하며 세제, 청정제에 사용된다. ⅱ) mono-, di-, trisodium phosphate : 공업용, 금속용세척, 인산화반응, 보일러용 물처리, 섬유산업의 완충제 ⅲ) Disodium hydrogenphosphate : 동물사료, 음식의 영양제 ⅳ) Disodium dihydrogen diphosphate : 빵가루 부풀림 ⅴ) Tetrasodium phosphate : 공업용 세척제 </ul>2) 인산암모늄염 : NH4H2PO4, (NH4)2HPO4 3) Tetrapotassium diphosphate : K4P2O7 4) 인산염칼슘 : CaH4(PO4)2, CaHPO4 4. 인 1) 백인 <ul>ⅰ) 공업적으로 다른 종류의 인보다 중요 ⅱ) 백인의 제조 자갈(규소)을 첨가하여 코오크스로 인회석을 전열환원반응시킴 Ca3(PO4)2 + 5CO → 3CaO + 5CO2 + 2P 5CO2 + 5C → 10CO ----------------------------------- Ca3(PO4)2 + 5C → 3CaO + 5CO + 2P </ul>2) 적인 <ul>ⅱ) 이용: 교재 p. 70 ① 인화성물질: 성냥갑, 불꽃제조 및 폴리아마이드와 같은 물질에 지연제로 사용 ② 백인보다 덜 중요; 가격은 백인의 2배 ⅱ) 적인의 제조; ① 발열반응으로 고체상태의 적인 생성 ② 백인 → 350℃ ball maill에 공급 → 반연속적으로 적인으로 전환 </ul>5. 인의 유도체 <ul>1) 오산화인 : P2O5 or P4O10생성된 백인의 약85%는 오산화인으로 제조된다. 2) 오황화인 : P2S5  or  P4S10 3) 할로겐화인 ⅰ) 삼염화인(PCl3) ⅱ) 오염화인(PCl5) ⅲ) 산염화인(POCl3) ⅳ) Phosphorus sulfochloride(thiophosphoryl chloride) </ul> Ⅵ. <a name="3" class="con_link" target="_blank">황과 황화합물 </a>1. 황(S) 1) 원료 <ul>ⅰ) 천연가스, 원유의 원소황 ⅱ) 원소황 퇴적물 : 시실리, 루이지애나, 텍사스, 일본, 멕시코 등 ⅲ) 금속황화물광석 :황화철광(FeS2) : 53.4% 함유 자류철광(Fe5S6-Fe16S17) : 25-35% 함유 </ul>2) 성질 : 사슬화경향이 탄소 다음으로 세다. 3) 이용(교재 p. 89) : 황산제조, 이산화황, 삼산화황, 황함유 콘크리트, 화약, 폭약, 이황화탄소, 오황화인, 황염료와 약품, 고무 가황제 제조등 4) 제조 <ul>ⅰ) 원소 황 퇴적물로부터의 제조 Frasch법 : 약 165℃의 과열된 물을 3개의 동심파이프의 외부링(8" pipe)을 통하여 퇴적층의 황이 함유되어있는 층으로 내려보낸다. 황은 뜨거운 물에 용해된 후 중앙의 파이프(1" pipe, 500psi)를 통하여 유입된 압축공기에 의하여 두 번째 링(3" pipe)을 통하여 용해된 상태로 위로 올라온다. ⅱ) 황화수소 및 이산화황으로부터의 제조 : 황의 또다른 자원은 천연가스, 정제가스, 합성가스등에 있는 황화수소가 있다. 이 원료를 공기/산소에 의하여 원소황으로 전환한다. H2S + 1.5O2 → SO2 + H2O 2H2S + SO2 → 3S + 2H2O ------------------------ 3H2S + 1.5O2 → 3S + 3H2O ⅲ) 황철광으로부터의 제조 : 황철광(FeS2)을 공기부재하에서 약 1200℃로 가열하면 황과 액체황화제2철을 얻을 수 있다. FeS2 → FeS + S; 소성물중에는 약간의 FeS가 남는다. ⅳ) 토황으로부터 제조 : 규산질 광물질중 유리황이 침투해서 된 것; 황 50%이상 함유 </ul>2. 황산 1) 성질 <ul>ⅰ) 무색, 높은 점도, 농황산은 95-98%, 비중은 1.84 ⅱ) 물과 혼합하여 발열, dil. H2SO4는 강산의 성질 ⅲ) 금과 백금족원소는 conc. H2SO4에도 침식되지 않는다. </ul>2) 역사 <ul>ⅰ) 명반 혹은 녹반을 가열분해하여 발생하는 아황산 가스를 물에 흡수시켜 만든 것이 시초 ⅱ) 18세기초 황과 칠레초석(NaNO3)을 원료로 사용하여 소량의 황산이 제조 시판 ⅲ) 1746년 연실 출현 </ul>3) 이용 <ul>ⅰ) 건조제, 탈수제, 염료, 폭약제조, 건조제ⅱ) 78, 96, 98, 100%산으로 판매, 인과 질소비료생산에 소비 ⅲ) 석유화학, 무기 및 유기화학물질 제조, </ul>4) 황산제조 방법 : 이산화황을 삼산화황으로 산화후 삼산화황을 물과 반응시킴 SO2 + 1/2O2 → SO3 → H2SO4 *배소 : 광석등의 고체 시료를 융해하지 않을 정도의 고온도로 주위의 기체 또는 첨가제로 화학반응을 일으켜 조작 처리하기 쉬운 화합물로 변형시킨 것 <ul>ⅰ) 이산화황의 제조 ① 황을 이산화황으로 연소 : 미국의 경우 약 90% S + O2 → SO2 ② 황화광으로부터 제조 : 구주지역 2FeS2 + 5.5O2 → Fe2O3 + 4SO2 ③ 석고를 원료로 시멘트를 제조함과 동시에 SO2를 발생시킴 : 영국, 독일 CaSO4 + C - CaO + SO2 + CO CaO는 점토와 결합하여 시멘트가 됨 ④ 금속제련 폐가스 이용(구리, 아연등이 황화광으로 산출) : 캐나다, 온산의 동제련소등 ⑤ 중유 탈황시에 회수되는 황의 이용 ⑥ 석유정제시 부생 또는 제철소의 코오크스로 가스제조시 부생되는 H2S에 의한 SO2제조 ⅱ) 이산화황으로부터 황산으로의 전환 : 발연황산 및 농황산은 합성염료, 의약품, 플라스틱, 폭약, 유기화합물 중간체제조등에 이용 접촉법으로 제조, 연실법은 더 이상 사용되지 않음. ① 연실법 : 산화질소를 촉매로하여 SO2, O2 및 H2O를 기상반응 또는 기액상 반응을 시켜서 황산을 제조하는 방법 ② 접촉법 : 발연황산의 제조연구 즉 접촉법에 의한 황산제조를 말한다. SO2를 SO3로 산화(백금 또는 바나듐 촉매) SO2 + 1/2O2 ↔ SO3 ⅲ) 삼산화황의 황산으로 전환 : SO3는 98%황산에 흡수시켜 발연황산이나 100%황산을 만든다. ⅳ) 폐황산과 금속황산염으로부터의 황산 : 폐황산의 농축은 생태학적인 문제로 인하여 중요성이 대두되고 있다. 벤추리 재농축법, 액증버너법, 강제순환증발기, Pauling-Plinke법, Bayer -Bertrams 법등(물을 산으로부터 제거하여 농축하는 방법) 2H2SO4 → 2SO2 + O2 + 2H2O ⅴ) 그 외의 제조 a. 냉각 grid를 갖춘 유동층 반응기내에서 이산화황의 등온산화 b. 황화수소로부터 얻어진 이산화황을 연소시키는 습식기체접촉공정 2H2S + 3O2 → 2SO2 + 2H2O c. 질화법 SO2 + 2NOHSO4 + 2H2O → 3H2SO4 + 2NO 5) 황화물 ⅰ) 이산화황(SO2) : 황함유 화학물질의 제조에 이용 물과같은 용매에 SO2를 함유하는 기체의 흡수, 흡수된 이산화황은 증기로 추출 ⅱ) 삼산화황(SO3) : 슬폰산제조, 유기화합물의 슬폰화제로 이용 낮은 삼산화황함량의 발연황산을 증류한 후 30-35℃에서 액화시켜 제조 ⅲ) 이염화이황(S2Cl2) : 윤활유 및 절삭유등의 첨가제, 촉매로 이용 240℃에서 염소를 액체황에 불어넣은 뒤 증류식 정제를 통해 연속적으로 제조 Cl2 + 2S → S2Cl2 ⅳ) 이염화황(SCl2) : 염화티오닐제조, 황화반응, 염소화반응 저온에서 요오드같은 촉매를 사용하여 액체 이염화이황과 염소기체를 반응시킨다. S2Cl2 + Cl2 → 2SCl2 ⅴ) 염화티오닐(SOCl2) : 이산화황 또는 삼산화황과 염소를 이염화황 또는 이염화이황과 반응시켜 생산한다. 유기중간체, 식물보호제, 살충제등 제조시, 의약품, 염소화제, 갈바니전지의 비수용성 전해질 SO2 + SCl2 + Cl2 → 2SOCl2 SO3 + S2Cl2 + 2Cl2 → 3SOCl2 </ul>Ⅶ. 할로겐과 할로겐화합물 : 모든 원소들과 할로겐화합물 형성(He, Ne, Ar 제외) 이온성 또는 공유성할로겐화물 및 유기할로겐화합물 1. 플르오르와 플르오르화합물 1) 원료, 성질 및 이용 <ul>ⅰ) 플루오르(불소)의주원료 ① 형석 CaF2(Fluorspar) : 30-60% ② 인광석 Ca5(PO4)3F (Fluorapatite) : 2-45 등으로 널리 존재한다. ③ 천연빙정석 Na3AlF6(cryolite) 등 ⅱ) 화학반응성이 크다(실온 또는 고온에서 모든 원소와 반응) : O2, He, Ne, Kr는 제외 ⅲ) 이용 ① acidspar로 불리우는 acid-grade형석은 플르오르화수소제조에 이용 ② 플르오르화수소는 염화플르오르화탄화수소나 인조빙정석(cryolite), 플루오르화알루 미늄등의 제조에 이용 ③ 인조빙정석, 플루오르화알루미늄등은 알루미늄괴 생산에 필요한 물질들 ④ Metspar로 불리우는 metallurgical grade형석은 플루오르화칼슘함량이 60-85% 정도로 주로 철강산업에 이용; metspar와 acid spar의 중간에 해당하는 것으로 ceramic grade형석이 있다. </ul>2) 플루오르 및 플루오르무기물 <ul>ⅰ) 플루오르 : 정기분해방법 2HF → H2 + F2 ⅱ) 플루오르화수소 : 형석과 황산의 반응 CaF2 + H2SO4 → 2HFg + CaSO4 </ul>2. 염소 및 염소화합물 1) 원료, 성질 및 이용 <ul>ⅰ) 염소는 바닷물, 소금물호수 및 암염광등에 존재 ⅱ) 녹색의 유독성 기체 * 간수(brine) : 해수를 증발 농축하여 소금의 대부분을 석출한 후의 모액 ⅲ) 이용 : 염산제조, 물처리, 수산화나트륨 1980년초까지는 염소생산이 화학제품이 생산척도이었으나, 환경적 원인들로 인하여 다른 물질로 대체되고 있다. </ul>2) 제조공정 <ul>ⅰ) 염화나트륨: 바닷물 또는 천연매장광 1차 증발지에서 해수농축 → 2차 증발지에서 황산칼슘 침전 → 최종 증발지에서 염화나트륨으로 결정화 ⅱ) 염소 및 가성소다 제법 비교 : 수은법은 격막법으로 전환, 최근 이온교환막법이 대두 ① 격막법 : 포화함수 양극에 도입 a. 음극반응은 환원반응 : 수소발생 음극 : H2O + e- → 0.5H2 + OH- Na+ + OH- → NaOH b. 양극반응은 산화반응 2Cl → Cl2 +2e- c. 수산화나트륨의 농축 : 음극용액 50%로 농축 ② 수은법 : 음극에서 H+대신에 Na+가 방전하여 석출하도록 전해의 양식을 바꾼 것 전해조 : 수은층은 음극: 나트륨 흡수 양극 : 염소발생 분해조 : 아말감이 물에 의하여 가수분해 : 수은 수산화나트륨 및 수소로 전환 a. 수은법 전해조는 전해실과 분해실로 구분된다. ⓐ 전해조 반응 양극반응 : Cl- → 0.5Cl2 + e- 음극반응 : x(Hg) + Na+ + e- → Na(Hg) ⓑ 분해조 반응 양극반응 : Na(Hg) → Na+ + (Hg) + e 음극반응 : H2O + e → OH- + 1/2 H2 ⓒ 분해실 전체반응 : Na(Hg) + H2O → NaOH + 1/2H2 + (Hg) 분해한 수은은 순환사용한다. ③ 이온교환막법 : 격막으로 양이온 교환수지막을 사용 : 양이온만 통과, 음이온은 통과 못함. a. 전해가 개시되면 양극에서 염소가 발생 b. Na+는 양이온교환막을 통과하여 양극실에서 음극실로 이동 c. 음극에서는 H2 와 OH-가 생성, OH-는 양극실에서 이동해온 Na+와 합쳐서 NaOH- 생성 d. 양극실의 배출 저농도 함수는 원염 첨가후 재사용 </ul>3) 수은법, 격막법 및 이온교환막법의 비교 <ul>ⅰ) 격막법 ① 낮은 가성소오다 품질 : 12% ② 염소기체에 산소 함유 ③ 농축보일러 시설의 대기오염, 석명방출 ④ 저급 소금물사용 ⑤ 수은법에 비해 낮은 전압사용 ⅱ) 수은법 ① 높은 가성소오다 품질 : 50% ② 전력소비가 격막법의 10-15% : 전류밀도(I/Area), 격막법의 5-6배, 높은 생산성 ③ 수은오염 ④ 엄격한 소금물의 순도요구 ⑤ 순수한 염소기체 제조 ⅲ) 이온교환막법 ① 중간 가성소오다 함량 : 33%(격막법의 품질불야 문제 해결) ② 적은 에너지 소요 : 전력소비 수은법의 77% ③ 수은법의 수은공해, 대기 및 석면공해 해결 ④ 고순도의 소금물 사용 ⑤ 염소기체에 산소 함유 </ul>3. 염산-염화수소 1) 원료, 성질 및 이용 <ul>ⅰ) 소금물의 전기분해 ⅱ) HCl가스는 무색투명한 자극성기체, 수용액을 생산 ⅲ) 금속의 산세척, 중화반응, 이온교환수진 재생 </ul>2) 염화수소-염산 제조 <ul>ⅰ) 수소와 염소의 직접반응 : 소금물 전해시 NaOH, H2 및 Cl2 생성 HCl의 합성반응은 연쇄반응, 혼합가스는 햇빛에 폭발하면서 화합하여 HCl생성 H2 (gas)+ Cl2 (gas)→ 2HCl (gas) ① 저온저압 Cl2 + energy → 2Cl Cl + H2 → HCl + H H + Cl2 → HCl + Cl Cl은 다시 H2와 반응하여 반복하여 HCl 생성 ②고온고압 Cl2 + energy → Cl2* Cl2* + H2 → 2HCl* 2HCl* + 2Cl2 → 2HCl + 2Cl2* * : 활성화 a. 연쇄반응은 2배, 4배로 기하급수적 증가. b. 폭발에 유의 ⓐ 공기와 같은 불활성가스로 Cl2를 희석 ⓑ 석영괘, 자기괘등 반응완화촉매의 이용 ⓒ H2 과잉 공급으로 연쇄반응의 원인인 Cl2를 미반응상태로 남지않도록 함. c. 생성된 HCl가스를 물에 흡수시켜 염산으로 함. ⅱ) 부생 염화수소-염산 : 수금의 황산분해법 NaCl + H2SO4 → NaHSO4 + HCl NaHSO4 + NaCl → NaSO4 +HCl -------------------------------- 2NaCl + H2SO4 → NaSO4 + 2HCl </ul>4. 염소-산소 화합물 이용: 수처리제, 소독제, 표백제 <ul>1) 차아염소산염 차아염소산 칼슘 : Ca(OCl)2 2) 염소산염 염소산 나트륨 : NaClO2라늄추출, 제초제원료 3) 염소산염 염소산 나트륨, 칼륨 : NaClO3, KClO3 4) 과염소산염 과염소산 나트륨 : NaClO4 </ul>5. 브롬과 브롬 화합물 1) 원료, 성질, 제조 및 이용 <ul>ⅰ) 브롬화물로 소량 존재 ⅱ) 실온에서 큰 밀도,암적색 유동성 액체, 물에 용해, 비극성용매와 용해(CS2, CCl4) ⅲ) 브롬 ① 해수로부터 브롬제조 : 가서소다 제조후의 잔류용액이용 ② 브롬이온을 염소분자를 이용 산화하여 기체상태로 얻음 2Br- + Cl2 → 2Cl- + Br2 (취급주의) ⅳ) 이용 : 유기화합물 제조 등 </ul>6. 요오드와 요오드화합물 1) 원료, 성질, 제조 및 이용 <ul>ⅰ)    ① 간수중 요오드화물 <ul>② 칠레초석(NaNO3)중 요오드산염 ③ 해양생물중 농축 요오드 </ul>ⅱ)    ① 검은색 고체, 약간의 비금속 광택 <ul>② 대기압에서 승화한다(용융안됨) ③비극성용매(CS2, CCl4) 에 용해, 전분과 청색의 착물을 형성 </ul>ⅲ) 요오드 : 소금물로부터 80%의 양 (30-100ppm 함유) ⅳ) 이용 : 소독, 의약품 등<div class="autosourcing-stub-extra" style="-ms-zoom: 1; opacity: 1;">[출처] <a href="https://blog.naver.com/ydcbk/20022006009" target="_blank">화학공업의 발달</a>|작성자 <a href="https://blog.naver.com/ydcbk" target="_blank">바이킹</a></div> </ul>