대구 염색공장 차아황산나트륨 화재사고 (2019.08.26)

2019년 8월 26일 오후 5시 53분경
대구 서구 염색공장 창고에서 바닥에 보관 중인 표백제 (차아황산나트륨 85%+탄산나트륨 15%) 드럼통에서 발화하는 사고가 발생했다. 하수구 물이 역류하여 물이 드럼통에 스며들어 화학물질과 발열반응하여 발화된 것으로 추정되고 있다. 

▶사고 원인의 매카니즘 추정 -ulsansafety-

보도 내용을 보면 창고 내부로 물이 침투했다고 한다.

Sodium hydrosulfite-Na2S2O4는 물과 쉽게 반응을 하게된다. 드럼통이 밀폐가 되지 않았기 때문에 물이 침투되었을 것이므로 당연히 공기와의 접촉도 있으리라 추정된다. Sodium hydrosulfite+O2+H2O반응식은 다음과 같다. 이때 발열반응이 형성되는데 드럼통 내부의 Sodium hydrosulfite는 공기와의 접촉은 있지만 발열반응의 온도를 낮추기 위한 환기상태는 나빴을 것이다. 드럼통 내부의 온도가 상승하게 되었을 것이다. Sodium hydrosulfite의 인화점은 100°C, 자연발화점은 200°C이다. 발열반응으로 인한 온도 상승으로 200°C 이상이 되면서 발화가 되었을 것으로 생각된다. 

*반응식 : Na2S2O4 + O2 + H2O → NaHSO4 + NaHSO3 

▶화학물질 정보
차아황산나트륨(Sodium hydrosulfite) - Na2S2O4

차아황산나트륨(Sodium hydrosulfite)

인화점 = 100°C
자연발화점 = 200°C

 

백-회백색의 결정성 분말로서 냄새가 없거나 또는 약간 이산화황의 냄새가 있다. 화학식은 Na2S2O4 이다. 환원표백제인 차아황산나트륨은 물에는 쉽게 녹고 알코올에는 녹지 않는다. 수용액은 산성인데 매우 불안정하여 분해되기 쉽고, 알칼리성에서는 안정한 편이다. 아황산표백제 중 가장 강한 환원력을 가지고 있어 많이 사용되는데, 습한 공기 중에서 아황산염과 황산염으로 분해된다. 특히 중성포르말린에 용해하면 안전성 있는 화합물이 되는데 이것이 예전에 많이 사용하였던 표백제인 롱가리트(Ronglite)이며 강력한 환원력을 특징으로 하고 있다.   
 표백제 이외에도 보존료, 항산화제, 갈변방지제 등으로 사용되며 안토시안닌계 색소, 폴리페놀성 갈변물질, 마일라드(maillard) 반응성 갈변물질 및 기타 갈색 색소의 표백에 사용된다. 다만, 클로로필, 카로티노이드, 혈색소 등에 표백제로 사용할 수 없다. 특히 중성, 약알칼리성에서 효과가 우수하므로 pH 가 저하되지 않도록 주의하면서 분해속도를 적당히 억제하기 위해 황산알루미늄 등을 함께 사용하면 좋다.
 가열에 의해 자기분해가 급격히 일어나 표백효과가 감소될 가능성이 있으므로 반드시 미온상태에서 사용한다. 차아황산나트륨에 의한 표백은 천연색소의 탈색보다는 몇 가지 색소 등을 분해하여 색을 선명하게 하는 것이 특징인데 차아황산나트륨의 희석용액 등을 환원력을 이용하여 과산화수소와 같은 산화표백제의 후 처리용으로 사용하기도 한다. 공기 중에 산화되기 쉬우므로 밀봉용기에 넣어 냉암소에서 보관한다. 

Hydrolysis (가수 분해)
Sodium dithionite은 건조할 때는 안정적이지만, 수용액은 다음과 같은 반응으로 악화된다. 
2S2O42- + H2O → S2O32- + 2 HSO3
이러한 반응은 dithionous acid의 불안정성에 의존되며 sodium dithionite 용액은 장기간 보관할 수 없다.
Anhydrous sodium dithionite은 공기 중에 황산나트륨과 아황산가스로 분해된다. 공기가 없으면 황산나트륨, 티오황산나트륨, 이산화황, 유황으로  150 °C 이상에서 빠르게 분해된다. 

Redox reactions 
Sodium dithionite은 환원제다. 
S2O42- + 2 H2O → 2 HSO3 + 2 e- + 2 H+
디티오나이트 나트륨은 산소와 반응한다. 
Na2S2O4 + O2 + H2O → NaHSO4 + NaHSO3
이 반응들은 비황산염, 티오황산염, 이산화황과 관련된 복잡한 pH 의존적 평형 상태를 보여준다. 

organic carbonyls
알데하이드가 존재하는 경우 organic carbonyls은 반응하여 상온에서 α-히드로시-황산염의 형성을 이루거나 알데하이드가 85 °C 이상에서 알코올로 전환되며 일부 케톤도 비슷한 조건이다.

 

 

탄산나트륨(sodium carbonate) - Na2CO3

Sodium carbonate water reaction 
Na2CO3 + H2O = NaOH + H2CO3 (발열반응)

비싸지 않고, 약한 염기
탄산수소나트륨은 여러 분야에서 비교적 강한 염기로 사용된다. 일반적인 알칼리로서 NaOH보다 저렴하고 취급이 훨씬 안전하기 때문에 많은 화학 공정에서 선호된다. 예를 들어, 사진 필름 개발제 대다수의 작용에 필요한 안정적인 알칼리성 조건을 유지하기 위해 pH 조절제로 사용된다. 또한 원하는 pH와 탄산염 경도(KH)를 유지하기 위해 수영장과 수족관 물에서 흔히 발생하는 첨가물이다. 섬유 반응 염료로 염색할 때, 탄산나트륨(종종 소다재 고정제 또는 소다재 활성제 같은 이름으로 사용됨)을 사용하여 염료의 화학 결합을 셀룰로오스(식물) 섬유와 적절히 보장하고, 일반적으로 염료(염색 페인트의 경우) 또는 염료 후(침착 염료용) 염료를 사용한다. 그것은 또한 CaO와 다른 가벼운 기본 화합물들 외에 플로트 컨디셔너로서 유리한 pH를 유지하기 위해 거품 부유 공정에서 사용된다.

 

소화기의 성분인 중탄산나트륨(NaHCO3)이나 베이킹 소다도 탄산나트륨에서 자주 발생한다. NaHCO3는 그 자체가 Solvay 공정의 중간 산물이지만, 이를 오염시키는 암모니아를 제거하는 데 필요한 가열은 일부 NaHCO3를 분해하므로 완성된 Na2CO3에 CO2를 반응시키는 것이 더 경제적이다.

Na2CO3 + CO2 + H2O → 2NaHCO3
이와 관련된 반응에서 탄산나트륨은 리그닌을 셀룰로오스로부터 분리하는 "설파이트" 방법에 사용되는 비설파이트(NaHSO3)를 만들기 위해 사용된다. 이러한 반응은 발전소 내 연도 가스의 이산화황 제거를 위해 이용된다.

Na2CO3 + SO2 + H2O → NaHCO3 + NaHSO3
이 애플리케이션은 특히 스테이션이 엄격한 배출 제어를 충족해야 하는 경우에 더욱 보편화되었다. 카본산나트륨은 솜사장의 산성분리에 필요한 황산을 중화시키기 위해 목화업계에 의해 사용된다. 여러가지 종류의 탄산나트륨은 벽돌 업계에서 점토를 배출하는 데 필요한 물의 양을 줄이기 위해 습윤제로 사용된다. 주물에서는 "본딩제"라고 하며, 습식 알긴산염이 겔화 알긴산염에 접착될 수 있도록 하는 데 사용된다. 탄산나트륨은 이쑤시개에 사용되는데, 이쑤시개는 포밍제, 연마제 역할을 하며 일시적으로 구강 pH를 증가시킨다.