Лако-красочные материалы — производство

• Настоящий очерк предназначается для круга читателей, имею­щих элементарные познания как в области общей, так, в часі— ности, и органической химии, — понятие о валентности, простые и двойных связях, процессах замещения, различиях между орто’ пара-й метаположеннем и т. д, В основу формулировки того иля иного промежуточного соединения или красителя легли упрощен­ные графические представления, помогающие вследствие своей наглядности и легкости усвоения разобраться кратчайшим путем в сложных соотношениях описываемых реакций и превращений. Эти схемы-диаграммы строения данного вещества являются как бы своего рода фотографией, прилагаемой к его химиче­скому паспорту. Приводимые схемы выражают лишь простейшие соотношения, оставляя в стороне детали, как распределение двойных связей в молекуле и т. д., — подробности, представляю­щие в большинстве случаев лишь строго научный интерес. Наде­емся, что настоящий очерк явится доступным и читателю, про­шедшему лишь краткий курс органической химии в том или ином ФЗУ или другой школе с химическим уклоном. Для желаю­щих ознакомиться с излагаемым предметом более подробно, в тек­сте даны главнейшие сноски на оригинальную литературу. Жела­тельно некоторое знакомство читателя хотя бы с одним из ино­странных языков, в частности, с немецким.

1.Источники основного сырья тонкой органической промыш­ленности. Главным источником органического сырья [бензол, нафталин, антрацен и его спутники — фенантрен и карбазол] тонкой органической промышленности являются побочные про­дукты коксования каменного угля — коксовый газ, содержащий главную массу бензола и его гомологов, и каменноугольная смола с растворенными в ней [наряду с некоторыми дополнитель­ными количествами бензола] значительными количествами фенола [2%], нафтолов [до 6%] и антрацена, содержание которого, при пересчете на чистый антрацен не превышает обыкновенно 0,5% на вес смолы. Для получения 1 кг антрацена необходимо таким образом исходить приблизительно из 200 кг смолы [6— 8 т коксуе­мого угля]. Несмотря на такое минимальное процентное содер­жание, количество антрацена [на 100-процентный], которое мы сможем получить в 1933 г., включая сибирские коксовые уста­новки, составит не менее 3500 т. Побочно могут быть выделены приблизительно такие же количества фенантрена и карбазола. Итого до 10000т ценного органического сырья, которое так или иначе должно быть использовано. Рассмотрением антрацено­вой проблемы й ее государственного значения мы займемся ниже, а сначала посмотрим, что представляет собой исходный продукт ароматического сырья, так называемый каменный уголь.

2.Геологические эпохи массовых отложений каменного угля. Геологические эпохи массовых отложений растительных остат­ков, давших начало каменноугольным пластам, отделены от нас, по вычислениям западноевропейских ученых, более чем на 2 млн.

v лет. Покойный ныне академик Алексей Петрович Павлов в своем труде „Представление времени в истории, археологии и геологии" [Москва, изд. Табачникова] относит каменноугольный период к несравненно более отдаленной эпохе. По его расчетам мас­совое развитие тайнобрачных растений имело место 800 —850 млн. лет тому назад в эпоху, „когда пресмыкающихся еще не было, амфибии были крайне редки и гигантские папоротники стояли молчаливые без пения птиц и криков животных".

3. Характер продуктов отмирания растений. Тремя главными видами ископаемого угля являются — торф бурый и каменный уголь с многочисленными промежуточными стадиями процессов отмирания и преобразования‘растительных веществ [сапропели­товые богхеды, горные сланцы]. Ни торф, ни бурые угли при сухой перегонке не образуют в сколько-нибудь значительных

количествах, необходимых для красочной промышленности, аро­матических углеводородов—бензола, нафталина, антрацена—этим свойством обладают лишь каменные угли, находящиеся в извест­ных стадиях геологического обугления. Тощие каменные уЗгли и так называемые антрациты, представляющие собой более |алИ менее конечную стадию обугления, непригодны для коксования. Для целей коксования пригодны лишь такие сорта каменного угля, которые содержат еще достаточное количество так назы­ваемых битумов* сообщающих получаемому в процессе сухой перегонки коксу свойство спекаемости. Таким свойством обла­дает уголь, содержащий не менее 16—35% летучих продуктов. Угли с содержанием 18 —25% летучих продуктов дают кокс, при­годный для доменной плавки, так называемый металлургиче­ский; уголь с 25 — 35% летучих продуктов особенно пригоден для получения светильного газа и кокса для отопления.

4. Образование каменного угля. Несомненно, что все иско­паемые угли представляют собой продукты отмирания и даль­нейшего разложения растительных организмов—мхов, водорослей, древесных пород и т. д. Главными составными частями живого растения являются: целлюлоза [хлопковые волокна] и так взываемый лигнин [аморфное вещество, нерастворимое в роде, переходящее в раствор при обработке древесины бисульфитом], затем воска, смолы и жирные кислоты. Какие же из этих составных частей растения послужили основным материалом при образовании угольных залежей? Прямые опыты и наблюдения пока­зали, что в отмершем растении целлюлоза под влиянием бак­терий быстро разрушается. Так Франц Фишер и Лиске в 1928 г. при изучении состава древесины, найденной в лесу и показывав­шей в различных своих частях разные степени разложения, установили в первой пробе, едва затронутой процессом разло­жения, 31,12% лигнина, вторая, несколько более разрушёнйая проба, содержала 36,65% лигнина, в третьей пробе, легко расти­равшейся между пальцами, содержание лигнина составляло39,21 %> в четвертой —59%, в пятой — 71,36%, в шестой —73,89%, в седьмой 85,55%. В этой последней пробе содержание целлюлозы можно было только подозревать. Франц Фишер и Лиске установили также накопление лигнина при оторфовании отмерших папо­ротников [Г. Л. Стадников, Происхождение угля и нефти, 1931 г., стр. 70—71]. Содержание восков, смол и жиров, составляющих 2—3% у высших растений, у мхов достигает 10%. Жирные кис — — лоты, образующиеся в отмерших растениях бактериальным омы­лением жиров, в особенности предельные, отличаются чрезвы­чайной устойчивостью, оставаясь в течение нескольких геологи­ческих эпох без изменения. То же относится как к смрлам, так и к воску; эти соединения способны переносить целые геологи­ческие периоды без заметных изменений. Касательно лигнина, содержание которого в древесине по отношению к целлюлозе в круглых числах выражается отношением: 1:2 [20 — 33% в дре­весине сосны], следует указать, что вещество это в отмер­шей древесине является чрезвычайно устойчивым по отношению к бактериальным воздействиям. Разрушение лигнина микро — организмами происходит лишь в том случае, когда грибки попа — 8

дают на живое растение; в случае же разрушения о т м ерш его растения/ наоборот, наблюдается накопление лйгнина [Стадников, стр, 69], с последующим переходом его в течение геологических _периодов в так называемые гуминовые кислоты [бурые угли] и гумиты— Кимически нейтральные гуминовые вещества [каменные угли].

Строение основного ядра лигнинов не установлено еще совер­шенно точно, но химический характер лигнина указывает на содержание в нем циклических, частью ароматических группировок.

При разрушении молекулы лигнина путем сухой перегонки илй же при действии химических реактивов, всегда получаются производные бензола [фенолы, пирокатехин, протокатеховая кислота, эвгенол, бензол, карбоновые кислоты]. При окйслении лигнина кислородом воздуха, в присутствии щелочи и при обыкновенной температуре, в первую фазу реакции, как это установлено Шрадером, образуются гуминовые кислоты, нося­щие ароматический характер, так как основное кольчатое ядро лигнина не претерпевает при этом изменений.

Результаты. исследований последнего времени с ясностью указывают таким образом, что старая теория, согласно которой материнским веществом всех ископаемых углей является цел­люлоза, должна быть оставлена в пользу лигниновой теории, обо — — снованной Францем Фишером и Шрадером, по которой материн­ским веществом гуминовых кислот, а следовательно и всех гуминовых углей, является лигнин. Опытный и фактический материал заставляет нас отказаться от мысли построить. одну Общую теорию происхождения для всех ископаемых углей. Для разных углей необходимо допустить как различные материнские вещества, так и различные условия их превращения [Стадников, стр, 197]. Так бурые угли Германии, как совершенно правильно указывает Донет, Образовались из другого материала, чем камен­ные, и поэтому не могут превратиться в последние ни при каких обстоятельствах, но это положение неприменимо к таким бурым углям, как подмосковные, которые образовались из такого же материала, как и полосчатые каменные угли. Поэтому в под­московном угле, сохранившем свойство бурого, отчетливо разли­чаются петрографические отдельности, свойственные полосчатым каменным углям. Точно также и черемховские каменные угли нижних пачек пласта образовались из того же исходного мате­риала, как и бурые угли, верхних пачек того же пласта. Нако­нец, вполне возможны, н в природе действительно наблюдаются, такне случаи, когда один и тот же исходный материал приво­дит к разным образованиям, в зависимости от тех условий, при которых Происходит изменение скоплений органических веществ. В настоящее время необходимо признать, что всякое скопление растительного материала могло превратиться в каменный уголь, если для такого превращения создавались благоприятные условия. При таком превращении растительный материал должен был пройти начальную стадию [стадию торфа] и среднюю [стадию бурого угля], прежде чем перейти в каменный уголь. Внезапные превращения растительного материала в каменный уголь, без

промежуточных стадий, мы допустить в настоящее время ре можем [Стадников, стр. 198]. Химический возраст угля не веема совпадает с биологическим; часто в одном и том же плайту [подмосковный бурый уголь, угли Черемховского бассейна, япон­ские каменные угли] мы находим пачки бурых и пачки камен­ных углей [Стадников, стр. 112].

5. Мировые запасы каменного угля. Залежи каменного угля разбросаны по земле редкими, очень неравномерными по мощ­ности и толщине прослойками. Исключительные по мощности прослойки каменного угля расположены в Северной Америке, в областях Миссури, Иллинойс, Огайя ив Техасе. Громадными залежами каменного угля обладают Индия и Китай. В Южной Америке каменный уголь разбросан пластами малых мощностей в приокеанских полосах. В Африке каменный уголь залегает преимущественно в Натале; в Австралии — на Восточном берегу. Имеются залежи в Новой Зеландии и на Борнео?. В Европе значительные залежи каменного угля сосредоточены на севере Испании, на Великобританских островах, в Бельгии, в Саарской области, бассейне р. Рур, в Верхней я Нижней Силезии и в Донецком бассейне. Запасы каменного угля Европы по Энглеру [1908г.], исчисляются в 700 млрд, /та, из которых надолго Германии приходится 416, Великобритании 193, Бельгии 20, Франции 19, Австро-Венгрии 17 и России 40 млрд. /га. Показания эти для нашей территории слишком низки. Один Донецкий бассейн, тянущийся с запада на восток широкой полосой на протяжении 300 км, по своей мощности не уступает Рурскому бассейну, главному гер­манскому источнику каменного угля.

В Сибири, южнее Томска [Кузнецкий бассейн], имеются залежи каменного угля, по мощности не уступающие китайским. Запасы угля, дающие превосходный металлургический кокс, превышают в Кузбассе 400 млрд. т. В устье р. Енисея залегает еще более обширный, величайший в мире Тунгусский угольный бассейн. Бассейн этот занимает площадь, равнукГ800— 900 тыс. кмг [площадь Донецкого бассейна равна 20 тыс; североамериканских углерож — дений— 300 тыс. км*]. Уголь здесь лучшего качества. Разведка указывает на громадные залежи каменного угля и в Печорском крае. Далее, богатое углерождение обнаружено в районе Забай­калья. Первые найденные четыре пласта простираются вглубь на 15 м. Запасы угля здесь определяются приблизительно в 700 млрд. т. Залежи каменного угля технического значения обнаружены и в Западной Сибири, по склонам Уральского хребта, в Тайбинских горах в Казакстане. В Караганде мощность уголь­ных залежей приближается к таковым Донбасса. Залежи эти приобретают крупное значение как угольный центр обслужива­ния Башкирии, Урала и бассейна. Средней Волги. Работы но изысканию новых угольных месторождений ведутся нашим Геоло* гическим комитетом с неослабной энергией, причем открывают все новые и новые угольные богатства в нашем Союзе. Мы видим, таким образом, что на территории нашего Союза сосредоточены, судя даже по теперешним далеко неисчерпывающим еще разведкам, чрезвычайно мощные угольные залежи, не уступаю­щие таковым САСШ.

Мировая’добыча угля. Мировая добыча угля всех сортов 1929 г. составляла 1540 млн. от; из них 1311 млн. от битуми­нозных и антрацитов. Наибольшее количество угля было добыто в САСШ [552 465 тыс. от], второе место занимала Германия [352157 тыс. от]; третье место Англия [264817 тыс. от]. Далее идут Франция [55 054 тыс. от], Польша [46 287 тыс. от], Чехо-Словакия [39 306 тыс. от], Япония [36 000 тыс. от], Бельгия [2б 931 тыс. от], Венгрия [78 693 тыс. от], СССР [34 384 тыс. от]. [Журнал „Химиче­ская промышленность”, 1931 и 1927 гг.]. Из сопоставленных цифр явствует, что по добыче угля нам следует еще очень и очень подтянуться. Даже такне страны, как Польша и Чехо-Словакия, идут в этом отношении впереди нас.

Определить с точностью количество миллиардов, вернее бил­лионов тонн каменного угля, залегающего в недрах земли, едва ли возможно. О богатстве и мощности растительного мира, покрывавшего в отдаленные геологические эпохи нашу землю, можно получить понятие, памятуя, что в основу ископаемых углей легла приблизительно лишь 1/з отмершей растительной массы [лигнин], тогда как 2/3 этой массы [целлюлоза] под влия­нием микроорганизмов частью перешла в растворенное состоя­ние и вымыта водой, частью же слилась с атмосферой в виде газообразных продуктов разложения.