일부 일반 가스 및 독성 위험 가스 소개 및 특성

1. 질소 (N₂)

질소는 공기 중 가장 풍부한 기체로, 공기 부피의 약 78%를 차지합니다. 무색, 무취, 무미의 기체입니다. 화학적 성질이 비교적 안정적이어서 상온에서 다른 물질과 반응하기 어렵습니다.

산업적으로 질소는 식품 포장에 사용되어 산화 및 부패를 방지하는 등 광범위하게 응용됩니다. 화학 생산에서는 쉽게 산화되는 물질이 산소와 접촉하는 것을 방지하는 보호 가스로 사용될 수 있습니다.

2. 산소 (O₂)

산소는 공기 부피의 약 21%를 차지합니다. 연소와 호흡을 지원하는 무색, 무취의 기체입니다. 산소 농도가 19.5% VOL 미만이면 저산소증 상태이고, 23.5% VOL 이상이면 과산소증 상태입니다. 따라서 일반적인 산소 감지기는 일반적으로 19.5% VOL에 저경보, 23.5% VOL에 고경보가 설정됩니다.

의료 분야에서는 산소를 응급 처치 및 저산소증 질환 치료에 사용합니다. 산업에서는 제철에 사용되어 코크스와 반응하여 일산화탄소를 생성하고, 이 일산화탄소가 철광석을 환원시킵니다. 항공우주 분야에서는 액체 산소가 로켓 엔진의 산화제로 사용되어 로켓을 추진합니다.

3. 이산화탄소 (CO₂)

이산화탄소는 무색, 무취의 기체입니다. 공기 중 함량은 약 0.04%입니다. CO₂의 출처는 생물학적 호흡 및 화석 연료 연소를 포함하여 광범위합니다.

산업적으로 CO₂는 탄산음료 생산에 사용됩니다. 소화 시 CO₂ 소화기는 CO₂가 연소를 지원하지 않고 공기보다 밀도가 높다는 사실을 이용하여 화재를 진압합니다. 농업에서는 CO₂를 온실 재배에 사용하여 CO₂ 농도를 높이고 식물 광합성을 촉진합니다.

• 작업장: GBZ 2.1-2019에 따르면 CO₂의 PC-TWA는 9000 mg/m³이고, PC-STEL은 18000 mg/m³입니다. 환산하면 PC-TWA는 약 5000 ppm, PC-STEL은 약 10000 ppm입니다.

• 실내 환경 기준: 중국의 실내 공기질 기준은 실내 CO₂ 농도가 1000 ppm을 초과해서는 안 된다고 규정하고 있습니다.

4. 아르곤 (Ar)

아르곤은 공기 부피의 약 0.934%를 차지합니다. 화학적 성질이 매우 비활성인 불활성 기체입니다.

용접 시 아르곤은 용접 중 금속 산화를 방지하는 차폐 가스로 사용되며, 스테인리스강 및 알루미늄 합금 용접에 널리 적용됩니다. 조명에서는 아르곤을 전구에 채워 필라멘트 증발을 줄이고 전구 수명을 연장하는 데 사용됩니다.

5. 헬륨 (He)

헬륨은 무색, 무취, 불연성 기체입니다. 액화하기 가장 어려운 기체입니다. 화학적 성질이 매우 안정적입니다.

항공우주 분야에서는 공기보다 가볍고 안전하기 때문에 비행선과 풍선을 채우는 데 사용됩니다. 다이빙에서는 감압병을 예방하기 위해 심해 다이빙 시 산소와 혼합하여 사용합니다. 전자 산업에서는 반도체 제조 중 냉각 및 보호에 사용됩니다.

6. 네온 (Ne)

네온은 희귀 가스로, 무색, 무취입니다. 방전 시 밝은 주황색-붉은색 빛을 방출합니다. 이 특성을 바탕으로 주로 네온사인 제조에 사용되어 다양한 색상을 구현합니다. 레이저 기술에서도 특정 유형의 레이저 충전 가스로 사용될 수 있습니다.

7. 크립톤 (Kr)

크립톤은 무색, 무취의 기체입니다. 방전 시 백색광을 방출하며, 플래시 램프와 같은 고휘도 조명 장비 제조에 자주 사용됩니다. 전자 산업에서는 특정 특수 반도체 제조 공정 및 장치 제작에서 보호 가스로도 사용됩니다.

8. 제논 (Xe)

제논은 방전 시 강렬한 청백색 빛을 방출하는 불활성 기체입니다. 조명에서 제논 램프는 고휘도 및 고색온도의 특성을 가지며, 자동차 헤드라이트 및 무대 조명에 흔히 사용됩니다. 의학에서는 제논이 마취 효과가 있어 마취 가스로 사용될 수 있습니다.

9. 메탄 (CH₄)

메탄은 가장 간단한 탄화수소이며 천연 가스의 주성분입니다. 무색, 무취, 가연성 기체입니다. 가연성 가스의 일반적인 범위는 일반적으로 0-100% LEL로 설정됩니다.

에너지 분야에서는 발전 및 난방을 위한 청정 에너지원으로 사용됩니다. 화학 생산에서는 메탄을 원료로 메탄올, 아세틸렌 및 기타 화학 제품을 생산할 수 있습니다. 메탄은 주로 천연 가스 추출 및 혐기성 소화로 생성되는 바이오가스에서 얻어지며, 바이오가스에도 많은 양의 메탄이 포함되어 있습니다.

10. 에탄 (C₂H₆)

에탄은 석유화학 산업에서 흔히 발견되는 무색, 무취, 가연성 기체입니다. 주로 천연 가스와 석유 분해 가스에 존재합니다. 에탄은 플라스틱(예: 폴리에틸렌), 합성 섬유, 합성 고무 및 기타 많은 화학 제품 제조에 사용되는 중요한 화학 원료인 에틸렌을 생산하는 데 사용될 수 있습니다.

11. 프로판 (C₃H₈)

프로판은 일반적인 연료 가스이며 액화석유가스(LPG)의 주요 성분 중 하나입니다. 상온 상압에서는 기체 상태이지만, 적절한 압력 하에서 액화되어 보관 및 운송이 용이합니다. 주로 가정용 요리, 난방 및 산업용 절단 및 용접에 사용되며, 연소 시 높은 열을 발생시킵니다.

12. 질산화물 (NO) 및 이산화질소 (NO₂) (질소 산화물)

질산화물은 무색 기체이고, 이산화질소는 자극적인 냄새가 나는 적갈색 기체입니다. 주로 자동차 배기가스 및 화력 발전과 같은 고온 연소 공정에서 발생합니다.

질소 산화물은 산성비 및 광화학 스모그와 같은 환경 문제를 야기하는 대기 오염 물질입니다. 화학 생산에서는 질산화물을 질산 및 기타 화학 제품 생산의 원료로도 사용할 수 있습니다.

질소 산화물은 주로 연료 연소 및 화학, 전기 도금 및 기타 생산 공정에서 발생합니다. NO₂는 호흡기를 강하게 자극하여 급성 천식을 유발할 수 있으며, 폐기종 및 폐암의 원인 인자로 간주됩니다.

• 작업장 직업 노출 기준: GBZ 2.1-2019 제2차 개정(2025년 5월 1일 발효)에 따르면, NO의 PC-TWA는 15 mg/m³이고, NO₂의 PC-TWA는 5 mg/m³, PC-STEL은 10 mg/m³입니다.

• 대기 환경 기준: GB 31574-2015에 따르면, 알루미늄 제련 시 2차 알루미늄 기업은 NOx 배출 농도 제한 200 mg/m³를 준수해야 합니다. 일부 지역 표준도 있습니다.

• 13. 일산화탄소 (CO)CO는 무색, 무취, 유독성 기체입니다. 주로 자동차 배기가스 및 불완전 석탄 연소와 같은 탄소 함유 물질의 불완전 연소 생성물입니다. CO는 혈액 내 헤모글로빈과 결합하여 산소 운반 능력을 감소시켜 조직 저산소증 및 중독을 유발합니다.

산업적으로 CO는 철광석에서 철을 환원시키는 환원제로 작용하는 제철과 같은 금속 제련에 사용될 수 있습니다.

다양한 CO 농도가 인체에 미치는 영향:

경미한 불편:

 50-100 ppm에서는 경미한 두통과 현기증이 발생할 수 있습니다. 이러한 환경에서 건강한 성인은 단시간(예: 1-2시간) 동안 불편함을 느낄 수 있지만 일반적으로 견딜 수 있습니다. 따라서 CO의 일반적인 범위는 0-100 ppm입니다.

• 명백한 불편: 200-300 ppm에서는 명백한 두통, 메스꺼움, 구토 및 피로가 나타납니다. 사람들은 매우 불편함을 느끼고 시간이 지남에 따라(예: 2-3시간) 증상이 점차 악화됩니다.

• 심각한 중독: 800-1200 ppm에서는 혼수 및 경련과 같은 심각한 증상이 발생합니다. 신속하게 환경에서 벗어나지 않으면 사망 위험이 있습니다. 이러한 고농도에서는 사람이 오래 견디기 어렵고, 30분에서 1시간 이내에 의식을 잃을 수 있습니다.

• 생명을 위협하는: 3200 ppm 이상에서는 몇 분 안에 호흡 억제 및 심장 마비가 발생하여 신속하게 생명을 위협할 수 있습니다. 인체는 이러한 고농도의 CO를 거의 견딜 수 없습니다.

• 14. 암모니아 (NH₃)암모니아는 자극적인 냄새가 나는 기체입니다. 요소 및 질산암모늄과 같은 질소 비료 생산에 주로 사용되는 중요한 화학 원료입니다. 냉동 분야에서는 암모니아가 한때 일반적인 냉매였지만, 독성과 가연성 때문에 현재 사용이 제한됩니다. 섬유 산업에서는 인조 섬유 제조에 사용됩니다.

노출 기준:

MAC: 30 mg/m³ (약 41.7 ppm)

• PC-STEL: 30 mg/m³ (약 41.7 ppm)

• 15. 이산화황 (SO₂)

• SO₂는 무색의 강한 자극성 기체로, 황산과 유사한 냄새가 나며 물에 쉽게 용해됩니다. 주로 황 함유 광물 연료의 연소 생성물과 금속 광석의 로스팅, 양모 및 비단 표백, 화학 펄핑, 산 생산과 같은 공정에서 발생합니다. 호흡기를 자극하여 기관지염 및 천식을 유발하며, 산성비를 형성하여 생태 환경에 해를 끼칩니다.

노출 기준:

MAC: 15 mg/m³ (약 5.3 ppm)

• PC-STEL: 10 mg/m³ (약 3.5 ppm)

• 16. 황화수소 (H₂S)

• H₂S는 썩은 달걀 냄새가 나는 무색 기체입니다. 주로 석유 및 가스 추출과 화학 생산에서 황화물 분해로 발생합니다. H₂S는 인체 호흡기 및 신경계에 심각한 손상을 일으키는 고독성 기체입니다. 산업적으로 H₂S는 황산 및 기타 화학 제품 생산에 사용될 수 있습니다.

노출 기준 (중국):

MAC: 10 mg/m³ (약 6.5 ppm)

허용 농도: 15 mg/m³ (10 ppm)

• 안전 임계 농도: 30 mg/m³ (20 ppm)

• 위험 임계 농도: 150 mg/m³ (100 ppm)

• 17. 포스핀 (PH₃)

• 포스핀은 고독성 기체입니다. 흡입 시 호흡기, 신경계 및 심장에 손상을 일으킵니다. 고농도에서는 단시간 내에 사망할 수 있습니다. 저농도에 장기간 노출되어도 현기증, 메스꺼움, 피로와 같은 만성 중독을 일으킬 수 있습니다.

주로 인화알루미늄과 같은 금속 인화물의 가수분해로 발생합니다. 곡물 저장 시 인화알루미늄은 해충 방지를 위한 훈증제로 사용됩니다. 인화알루미늄은 공기 중 수증기와 반응하여 포스핀을 생성합니다. 또한, 인을 함유한 산업 폐기물의 부적절한 처리는 포스핀을 생성할 수도 있습니다.

노출 기준:

 중국의 포스핀 MAC는 0.3 mg/m³ (약 0.22 ppm)입니다.

아르신은 강력한 용혈 독소입니다. 체내에 들어가면 적혈구의 헤모글로빈과 결합하여 적혈구 파열 및 급성 용혈을 유발합니다. 증상으로는 두통, 메스꺼움, 구토, 요통 및 혈색소뇨가 있습니다. 심한 경우 신부전 및 사망에 이를 수 있습니다.

비철금속 제련, 특히 비소 함유 광석의 경우, 광석의 비소가 수소와 반응할 때 아르신이 생성될 수 있습니다. 예를 들어, 납, 아연 및 기타 금속 제련 공정에서 광석에 비소 불순물이 포함되어 있으면 고온, 환원 환경에서 아르신이 생성될 수 있습니다. 또한, 전자 산업에서는 갈륨비소와 같은 화합물이 가공 중에 소량의 아르신을 생성할 수 있습니다.

노출 기준:

GBZ 2.1-2019에 따르면 아르신의 MAC는 0.03 mg/m³ (약 0.08 ppm)입니다.