콜타르

콜타르로 만들어진 카볼리니움 앰플

콜타르(coal tar)는 석탄이나 코크스 등을 가열할 때 증류되어 나오는 물질을 가리킨다. 약 30도에서 180도 사이의 온도에서 액체 상태로 존재하며 3개 이상의 방향족 탄화수소 고리를 가진다. 콜타르는 제철용 코크스 제조과정의 부산물로, 이를 정제하면 카본블랙오일, 피치, 나프탈렌 등 기초화학물질이 나온다.

페놀류의 독특한 냄새가 나며, 비중은 1.1∼1.3으로 물보다 약간 무겁다. 성분은 분리 및 분석기술의 발달로 그 수가 증가하여, 최근의 분포표를 보면 300종 이상이나 된다. 중성성분 약 140종, 염기성성분 약 110종, 산성성분 약 60종, 함산소성분(含酸素成分) 약 30종, 함황성분(含黃成分) 약 20종을 함유한다. 성분은 대부분 방향족화합물이며, 이밖에 지방족화합물·지방족고리화합물도 함유하고 있다.

상세

콜타르는 석탄을 건류(乾溜)했을 때 생성되는 다갈색 또는 흑색의 점성(粘性)이 높은 액상(液狀)물질이다. 저온건류로 얻어지는 저온 타르와 고온건류로 얻어지는 고온 타르가 있다.

콜타르에서는 공업상 중요한 화학물질이 얻어진다. 콜타르의 최초의 용도는 방부제였다. 19세기에 들어서자 도시가스 공업이 일어나 대량의 가스액(液)과 타르가 부산물로 생성되어, 방부제로서의 용도만으로는 처리할 수 없게 됨에 따라 하천에 방류시켜 환경오염을 불러일으켰다. 당시에 콜타르는 '악마의 물'이라고 불렸을 정도였다.

1838년 영국의 J. 베셀이 크레오소트를 분리해 목재방부(木材防腐)에 이용하는 것을 고안(베셀법)하자, 이를 계기로 타르의 대규모의 증류가 이루어지게 되었다. 그 후 타르 속에 벤젠 · 톨루엔 · 나프탈렌 · 안트라센 등의 유용물질이 발견되고 염료와 그 밖의 유기화학공업 원료로서 새로운 용도가 개발되자(모브 · 알리자린은 콜타르의 연구로 합성된 염료), 타르 증류공업은 더욱 발전했다.

합성화학 공업의 발달에 따라 염료의 원료로서 벤젠, 화약의 원료로서 페놀(석탄산) 및 톨루엔의 수요가 증대했기 때문에 석탄가스 중에서 조경유(粗輕油)를 직접 회수하는 방식이 개발되었으며, 19세기말경에는 거의 현재의 방식에 가까운 부산물회수식(副産物回收式) 코크스로(爐)가 건설되기에 이르렀다.

콜타르의 비중은 1.1~1.3으로 물보다 무거우며, 수백 종의 복잡한 성분을 함유한다.

주요한 분별증류 제품은 나프탈렌 · 페놀류 · 크레오소트유(油) · 피치 등인데, 현재는 석유화학제품을 보완하는 형태로 사용된다.

용도

• 플라스틱, 용제, 염색물질 및 제약에 대한 원재료로 사용된다. 따라서 이와 같은 원재료 또는 정제된 제품은 방수 작업, 페인트, 파이프 코팅, 도로, 지붕 공사 및 단열에 사용되며, 살충제 및 실런트에서도 사용된다.

• 휘발성 부분 및 피치를 생산하기 위한 증류에 사용된다; 연료로써 직접 연소될 수 있다; 건선의 치료를 위한 제품의 구성물로써 사용된다; 알코올 변성제로 사용된다; 표면 코팅에서의 결합제 및 응집제로 사용된다; 에폭시 레진 표면 코팅에서 사용된다.

• 콜타르는 유용성, 낮은 황 함량 및 높은 열량으로 인해 제철 산업 분야에서의 평로 및 용광로에서 연료로써 적합하다.

• 콜타르는 제철소 코크스오븐에서 석탄을 가열할 때 발생하는 COG(Coae oven Gas)를 모아서 정제시킨 화성부산물이다. 콜타르는 기름을 제거하고 열처리 공정을 거쳐 바늘 모양의 고탄소 덩어리 침상코크스가 된다. 침상코크스는 전극봉, 2차전지, 그래핀 등에 사용되는 중간 핵심소재이다. 침상코크스로 인조흑연을 제조하며 인조흑연계 음극재로 만든 전기차 배터리는 천연흑연계보다 충방전 효율이 좋고 배터리 수명이 길어 더욱 친환경적이다.

참고자료

• 〈콜타르〉, 《위키백과》
• 〈콜타르〉, 《사이언스올》
• 〈콜타르〉, 《두산백과》
• 〈콜타르〉, 《독성정보》
• 〈전기차에 철철 흐르는 매력의 비밀〉, 《포스코케미칼》, 2021-11-19

같이 보기

• 석탄
• 코크스
• 탄화수소
• 인조흑연
• 음극재

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