Введение

Костный уголь — пористый, чёрный, гранулированный материал, получаемый путём обугливания костей животных. Его состав варьируется в зависимости от способа производства, однако он состоит главным образом из трикальцийфосфата (или гидроксиапатита) – 57–80%, карбоната кальция – 6–10% и углерода – 7–10%. Он используется преимущественно для фильтрации и обесцвечивания.

Производство

Костный уголь в основном изготавливается из костей крупного рогатого скота и свиней; однако, для предотвращения распространения болезни Крейтцфельдта — Якоба, череп и позвоночник больше не используются. Кости нагревают в герметичном сосуде до 700 °C (1292 °F); при этом концентрация кислорода должна поддерживаться на низком уровне, так как это влияет на качество продукта, в частности, на его адсорбционную способность. Большая часть органического материала из костей удаляется нагревом и исторически собиралась как масло Диппеля; то, что не удаляется, остается в конечном продукте в виде активированного угля. Нагрев костей в среде, богатой кислородом, приводит к образованию костного пепла, который имеет совершенно иные химические свойства. Отработанный костный уголь можно регенерировать путем промывки горячей водой для удаления примесей, а затем нагрева до 500 °C (932 °F) в печи с контролируемым количеством воздуха.

Обработка воды

Фосфат трикальция в костном угле может использоваться для удаления фторидов и ионов металлов из воды, что делает его полезным для очистки питьевой воды. Костный уголь – самое старое известное средство для дефторирования воды и широко применялся в Соединенных Штатах с 1940-х по 1960-е годы. Благодаря его дешевизне и возможности локального производства, он до сих пор используется в некоторых развивающихся странах, таких как Танзания. Костные угли обычно имеют меньшую площадь поверхности, чем активированный уголь, но обладают высокой адсорбционной способностью по отношению к определенным металлам, особенно к металлам 12-й группы (медь, цинк и кадмий). Также возможно удаление других высокотоксичных ионов металлов, таких как мышьяк и свинец. Практический пример использования костного угля для очистки воды демонстрируется применением нанофильтрации в Танзании.

Рафинирование сахара

Исторически костный уголь часто использовался при производстве сахара в качестве обесцвечивающего и деминерализующего агента, особенно при переработке тростникового сахара, так как он содержит большее количество окрашивающих примесей. Костный уголь обладает невысокой способностью к обесцвечиванию и требует применения в больших количествах, однако он также способен удалять различные неорганические примеси, наиболее важными из которых являются сульфаты, а также ионы магния и кальция. Удаление этих веществ полезно, поскольку снижает образование накипи на более поздних стадиях процесса рафинирования, когда сахарный раствор концентрируется. Современными альтернативами костному углю являются активированный уголь и ионообменные смолы. Тем не менее, небольшое число компаний до сих пор полностью или частично зависит от костного угля для рафинирования сахара.

Черный пигмент

Костный уголь также используется как чёрный пигмент для художественных красок, гравюр, каллиграфических и рисовых чернил, а также в других художественных целях благодаря глубине цвета и отличной красящей способности. Костяной чёрный и чёрный слоновой кости – это художественные пигменты, которые применялись с древнейших времён как старыми мастерами, такими как Рембрандт и Веласкес, так и более современными художниками, например, Мане и Пикассо. Чёрные платья и цилиндры джентльменов на картине Мане «Музыка в Тюильри» написаны чёрным слоновой кости. Ранее чёрный слоновой кости получали путём измельчения обугленной слоновой кости в масле. В настоящее время чёрный слоновой кости считается синонимом костяного чёрного. Настоящую слоновую кость больше не используют из-за её высокой стоимости и потому, что животные, являющиеся естественным источником слоновой кости, находятся под международной охраной как находящиеся под угрозой исчезновения виды.

Нишевые применения

Он используется для очистки сырой нефти при производстве вазелина. В 18-м и 19-м веках костный уголь, смешанный с животным жиром или воском (или и тем, и другим), использовался солдатами в полевых условиях для пропитки военной кожаной амуниции, как для увеличения срока её службы, так и как самый простой способ получения пигмента для черных кожаных изделий. Военные и гражданские использовали его в качестве обувной полироли и средства для консервации кожи, в том числе для обуви с выворотом. В исторических источниках он упоминается как "чёрный шарик". Спутник ESA NASA Solar Orbiter использует очищенную форму костного угля, которая наносится на его титановый теплозащитный экран. Это защищает его от бликов и жара Солнца. Покрытие было разработано ирландской компанией Embio с использованием технологии "CoBlast", изначально разработанной для нанесения покрытий на титановые медицинские имплантаты.

В популярной культуре

Производство костного угля было показано в телесериале Discovery Channel "Грязные работы" в 19-м эпизоде пятого сезона "Bone Black", впервые вышедшем в эфир 9 февраля 2010 года. Человеческий костный уголь, именуемый "костным углем", упоминается в романе Томаса Пинчона "Плач лота 49". Кости принадлежат американским солдатам, погибшим в бою во время Второй мировой войны и похороненным в озере в Италии, а уголь используется для фильтров в сигаретах. Человеческий костный уголь, именуемый "костным углем", упоминается в романе Ярослава Гашека "Хороший солдат Швейк". В произведении содержится упоминание о том, что солдаты не умирают зря, поскольку их кости будут использованы для производства костного угля ("сподия") для сахарных заводов, а главный герой получает выговор от командира за то, что задумался, продается ли уголь из костей офицеров на заводы по более высокой цене, чем уголь из костей рядовых солдат.