Раствор сульфата алюминия – получение, применение

Сульфат алюминия

Сульфат алюминия, известный еще как алюминиевые квасцы, имеет международный код Е520. Эта пищевая добавка используется в качестве разрыхлителя теста – химического аналога обычных дрожжей, а также в качестве отвердителя и уплотнителя при консервации фруктов, овощей и рыбы.

По своим физическим свойствам сульфат алюминия представляет собой белую кристаллическую соль, которая в норме может иметь легкий голубой, серый или розовый оттенок. Эта соль практически не имеет запаха, отлично растворяется в воде, при этом раствор сульфата алюминия очень кислый на вкус.

Кристаллы этого вещества встречаются в природе и носят название Миллозевичит. Этот редкий минерал можно встретить в горах – он образуется в вулканической среде. Сульфат алюминия легко воспламеняется, кроме того, он очень гигроскопичен – поглощает воду из окружающей среды и удерживает ее внутри.

Области применения сульфата алюминия

Существует несколько хозяйственных областей, в которых нашел свое применение сульфат алюминия. Прежде всего, он востребован пищевой промышленностью. Когда консервируют овощи в собственном соку или кусочки фруктов в сиропе, требуется сохранить их форму, чтобы готовый продукт выглядел аппетитно и аккуратно. Но в процессе термической обработки мягкие фрукты, овощи и ягоды зачастую превращаются в кашу. То же самое можно сказать о консервации рыбы. Чтобы продукт представлял собой плотные, красивые куски, а не развалившиеся волокна, используют раствор сульфата алюминия.

Е520 можно применять также для разрыхления теста и для закрепления кремов с участием яичного белка. Поэтому в кондитерских цехах часто можно встретить эту пищевую добавку. Она используется и во время глазирования ягод. Например, любимая многими клюква в сахаре надолго сохраняет свою форму именно благодаря сульфату алюминия.

С помощью этого химического соединения можно быстро и просто очистить большой объем воды. Все вредные примеси оседают на дне емкости, после чего легко удаляются. Нашел свое применение сульфат алюминия и при окрашивании тканей. Точнее, в этом процесс участвует гидроксид алюминия – вещество, являющееся результатом химической реакции с участием Е520 и водного слабощелочного раствора.

В сельском хозяйстве раствор сульфата алюминия используется для снижения кислотности почвы. Некоторые виды растений даже цветут дважды за сезон вместо одного раза, если почва удобрена этим полезным веществом. Е520 помогает также справиться с некоторыми садовыми вредителями, в частности, с улитками и слизняками, подъедающими листья культурных растений.

Сульфат алюминия используют при производстве легких бетонов, пены для огнетушителей, мыла и косметических средств. Кожевенная и целлюлозно-бумажная промышленность тоже применяет этот сульфат. Важна его роль в фармацевтике: вещество добавляют в мази против укусов насекомых. В результате использования такой мази зуд проходит, и на месте проникновения жала не образуется болезненных язв.

Вред сульфата алюминия

Научные исследования показали, что пищевая добавка Е520 в разумных количествах не оказывает вредного воздействия на организм человека. Но все хорошо в меру, поэтому не рекомендуется злоупотреблять продуктами с содержанием этого вещества. В больших концентрациях сульфат алюминия мешает нормальному усвоению витаминов, перегружает печень, снижает уровень гемоглобина в крови и провоцирует нервные расстройства. Существует даже мнение, что этот сульфат причастен к развитию болезни Альцгеймера, амиотрофического склероза и слабоумия. Однако для того чтобы такие печальные последствия проявились, требуются ударные дозы пищевой добавки Е520, получить которые в обычной жизни практически нереально.

Применение сернокислого алюминия.

Сернокислый алюминий — это сложное неорганическое вещество, соль белого цвета с серым или голубым оттенком. Вещество может иметь розовый оттенок.

Соль Al₂(SO₄)₃ очень гигроскопична. Отличается быстрой растворимостью в воде. Вещество плавится при температуре +700 °C, плотность его равняется 1,62–2,67 г/см³.

Сернокислый алюминий — это самый распространенный коагулянт, применяемый для очистки воды от коллоидных частиц (наиболее мелких размеров). Это свойство сульфата алюминия связано с легкостью его получения и невысокой стоимостью.

Способы получения сульфата алюминия.

Соль выпускают 3 сортов. Продукт высшего сорта востребован в пищевой и фармацевтической промышленности, а соль 1 и 2 сорта подходит для технических целей. Сернокислый алюминий получают несколькими способами:

1. Соль высшего сорта получают в результате реакции замещения между гидроксидом алюминия и серной кислотой высокой концентрации. В результате этого процесса алюминий, отличающийся большей активностью, занимает место водорода в составе кислоты. По окончании реакции получают 1 молекулу соли сульфата алюминия и 6 молекул воды. Полученный коагулянт имеет высокий процент чистоты с минимальной долей примесей.
2. Получить соль технического качества можно в результате обработки серной кислотой бокситов или глиноземов. Этот метод также основан на реакции по замене молекул водорода алюминием. В результате метода получают соль 1–2 сорта. Высвобожденный водород поднимается в атмосферу. Этот метод является промежуточным процессом для получения чистого алюминия из бокситов.
3. Еще один способ — это получить коагулянт из оксида, обработанного серной кислотой.

Получить соль алюминия в домашних условиях можно, используя серную кислоту и кусочек алюминиевой фольги. При проведении реакции следует быть очень осторожным и соблюдать правила безопасности по работе с кислотами. Проводить реакцию нужно в хорошо проветриваемом помещении. Серная кислота разной концентрации продается в хозяйственных магазинах.

Для получения кристаллов коагулянта ее нужно развести до 10% концентрации дистиллированной водой. Фольга растворяется в течение 7 дней. Полученный раствор фильтруют через бумажный фильтр. Остаток воды испаряется на открытом воздухе. Ускорить процесс можно выпариванием на электроплитке, перелив раствор в термостойкий стакан.

Очень важное замечание: при разведении серной кислоты и других кислот следует кислоту лить в воду, а не наоборот. Фольгу замачивают в растворе кислоты, накрывают салфеткой и оставляют для прохождения химической реакции.

Соль высшего качества имеет сыпучую консистенцию, производится в виде образований размером до 20 мм. Соль для технических целей выпускают крупными кристаллами-пластинами или большими кусками весом до 10 кг.

Попадание сернокислого алюминия в организм человека может нанести ему непоправимый ущерб. Вещество может привести к ожогу носоглотки. Попадание на кожу или в глаза вызывает покраснение, зуд, боль, ожог. Попадание в желудочно-кишечный тракт может вызывать болевые приступы в желудке, рвоту и диарею.

Первая помощь при отравлении химикатом:

• промыть глаза и открытые участки кожи;
• организовать доступ свежего воздуха или вывести пострадавшего на улицу;
• напоить пострадавшего молоком и вызвать рвоту;
• обратиться в медицинское учреждение.

Применение сульфата алюминия в очистке водопроводной воды.

Полученное из глиноземов или бокситов вещество применяют как сильный коагулянт для очистки воды от коллоидных частиц. Данные частицы обладают отрицательным электрическим зарядом. К коллоидным частицам присоединяются ионы из окружающего их раствора с положительным зарядом. Это создает на их поверхности двойной электрический слой. В результате коллоидные частицы начинают отталкиваться друг от друга. У них небольшой удельный вес, и они находятся во взвешенном состоянии.

Коагулянт (в данном случае — это сульфат алюминия) несет на себе положительный ион. Он сжимает двойной электрический слой и нейтрализует его. Частицы получают дестабилизированный вид. Они окружают коагулянт при установлении контакта с ним. Если смесь в этот момент быстро перемешать, то химическое вещество получит однородную дисперсию. Это позволит увеличить максимальный контакт между частицами.

Если перемешивать смесь несколько минут, то примеси коагулируют в более крупные хлопья. Крупные частицы, увеличиваясь в размерах и приобретая больший вес, начинают осаждаться под действием силы тяжести.

Очищенная вода теоретически должна быть чистой, без любых примесей. Но на практике коагулянт содержится в очищенной воде. Чем жестче вода, тем выше его концентрация. Это связано с тем, что в жесткой воде есть большое содержание гидроксида кальция и карбоната натрия, вступающих в реакцию с сульфатом алюминия и осаждающих алюминий в виде нерастворимого студенистого осадка гидроксида алюминия. Для измерения концентрации коагулирующего вещества в воде применяют концентратомеры, или солемеры. Хотя на самом деле концентратомерами называют приборы, определяющие концентрацию кислот и щелочей. Солемеры устанавливают для определения концентрации растворов солей.

Применение в пищевой и фармацевтической промышленности.

Сульфат алюминия известен как алюминиевые квасцы, или добавка E 520.

В пищевом производстве E 520 относится к стабилизаторам. Его получают из природных руд: боксита, алунита, глиноземов. Они подвергаются реакции с серной кислотой высокой концентрации при температурах +100…+250 °C. По окончании процесса получают соль с высоким коэффициентом чистоты.

• порошок или пластинки белого цвета с серым, розовым или голубоватым оттенком;
• без запаха;
• отличается хорошей растворимостью в воде, плохо взаимодействует со спиртом;
• концентрация — не меньше 99,5%.
• вкус добавки — сладковатый и терпкий
• очень гигроскопичное вещество, выветривается на воздухе.

Добавка E 520 отпускается в таре с дополнительными вставками, защищающими содержимое от влаги.

Сульфат алюминия применяют в рыбоперерабатывающей отрасли для сохранения товарного вида рыбы и предупреждения распада волокон. Стабилизатор используется при консервировании плодов и овощей. Добавка используется в кондитерской промышленности в производстве засахаренных и глазированных в сахаре фруктов.

Но основное применение добавки E 520 – для очистки питьевых и сточных вод. Вещество взаимодействует с примесями, которые выпадают в осадок. Он оседает на дно емкостей или водоемов. Вода пропускается поточным методом через систему специальных фильтров, где очищается и осветляется, после чего становится пригодной для питья и применения в производстве.

Другие области применения.

Сульфат алюминия также используется:

• в косметической промышленности, входит в составы декоративной косметики;
• при производстве бытовой химии — в составе антиперспирантов;
• как компонент обезболивающих средств от укусов насекомых;
• в сельском хозяйстве для обработки почв – входит в состав ядов и удобрений для борьбы с вредителями;
• в текстильном производстве входит в состав красителей;
• является компонентом нерастворимых пигментов в печатном деле.

Вещество применяется как гидроизолятор в бетонных конструкциях. Сульфат алюминия используется в производстве огнетушителей.

Им обрабатывают шерстяные ткани для удерживания красящих пигментов. Процесс называется протрава шерстяных волокон. В водном растворе образуется дисперсная гидроокись алюминия, которая поглощается и хорошо удерживается волокнами шерсти. Протравленные волокна приобретают способность поглощать красители за счет адсорбированной ими гидроокиси алюминия.

ПОЛУЧЕНИЕ ОЧИЩЕННОГО СЕРНОКИСЛОГО АЛЮМИНИЯ

При производстве очищенного сернокислого алюминия раство­рением в серной кислоте гидроокиси алюминия (или окиси алю­миния) процесс осуществляют, например, следующим способом. В реакционный котел (стальной резервуар, футерованный кислото­упорным кирпичом по слою диабазовой плитки) одновременно за­гружают гидроокись алюминия, серную кислоту и воду в прибли – зйтельно стехиометрическом соотношении, соответствующем содер­жанию в продукте

90% A12(S04)3 • I8H2O и

10% свободной воды. Перемешивание ведут острым паром, поддерживая темпе­ратуру на уровне 110—120°, и заканчивают его через 20—30 мин, Когда количество свободной серной кислоты в пробе реакционной цэссы станет меньше 0,1%. Реакционную массу, содержащую 13,5—15% А1203 (в виде сульфата алюминия), для ускорения по­следующей кристаллизации охлаждают в реакторе до 95°, проду­вая через нее в течение 10 мин воздух. Затем ее сливают на кри­сталлизационный стол, оборудованный автоматической машиной для срезки застывшего продукта (стр. 642). Кристаллизация плава на столе продолжается

50 мин и столько же времени занимает извлечение продукта из кристаллизатора, имеющего площадь 32— 34 м2 (емкость

6 т). Расход материалов на 1 т продукта со­ставляет: 0,142 г гидроокиси алюминия (в пересчете на А120з) и 0,40 т серной кислоты (100 %).

Кристаллизацию ведут также на охлаждаемой изнутри наруж­ной поверхности горизонтального вращающегося барабана — на холодильных или кристаллизационных вальцах. Барабан частично догружен в находящийся в поддоне плав, имеющий температуру 90—100®. Кристаллизация на вальцах облегчает условия труда, обеспечивает непрерывный режим производства, улучшает товар­ные свойства продукта. Снимаемый с вальцев чешуйчатый про­дукт, содержащий 13,5—14% А120з, при хранении слеживается. Неслеживающийся продукт получают, повышая содержание А1203 до 15,3—15,8% (15,3% соответствует концентрации А1203 в кри­сталлогидрате А12(Б04)з • 18Н20). При длине барабана вальцев 2,2 м и диаметре 1,8 м (поверхность теплообмена 12,4 м2), при вы­пуске продукта с содержанием 13,5—14% А1203, число оборотов барабана составляет 4,3 в минуту и средняя рабочая производи­тельность вальдев равна 2,4 т/ч при выпуске продукта, содержа­щего 15,3—15,8% А1203, барабан делает 1—1,2 об/мин и произво­дительность снижается до

Для получения неслеживающегося продукта предложено5ба также смешивать пульпу гидроокиси алюминия с 60%-ной серной кислотой, взятой в количестве 95—97% от стехиометрического и образующийся раствор с температурой 100° направлять для кри­сталлизации на холодильные вальцы. Продукт содержит примесь основной соли.

Запатентован56 непрерывный способ получения сульфата алю­миния, в котором водная суспензия А1(‘ОН)з и серная кислота в стехиометрическом отношении подаются с большой скоростью до­зирующими насосами в смесительные форсунки реактора, в кото­ром масса находится не менее 30 сек. Затем она охлаждается до. температуры ниже 100° в проточном холодильнике и продавлива­ется через сопла или прорези для образования мелкогранулиро – ванного продукта.

Предложено обрабатывать гидроокись алюминия серной кис­лотой во вращающихся автоклавах при 145—165° в течение 5— 20 мин с последующим завершением реакции во вращающейся печи при 175—500°; из печи выходит обезвоженный, гранули­рованный сульфат алюминия, легко транспортируемый и дози­руемый.

Производство сульфата алюминия из каолина заключается в следующем57’68. Обогащенный мокрым способом каолин дробят (а мелочь гранулируют) в частицы 2—7 мм, обжигают при 750— 800°, затем обрабатывают в реакторе циркулирующей через слой крупки серной кислотой для выщелачивания А1203. Процесс начи­нают при 70°, отводя от раствора тепло реакции, а затем подни­мают температуру до 104—105°, т. е. выше температуры плавления в кристаллизационной воде сульфата алюминия, содержащего 13,5% А1203. Полученный плав перекачивают насосами из реак­тора в сборник, откуда он поступает на кристаллизационные валь­цы. Получаемый здесь чешуйчатый продукт, содержащий 13,5% А1203. транспортируется на склад. На 1 т сернокислого алюминия (13,5% А1203) расходуется 0,6 т каолина мокрого обогащения (при 15% влажности) и 0,43 т купоросного масла. После слива из реак­тора плава сульфата алюминия, в оставшемся сиштофе задержи­вается до 40% продукта, который извлекают трехкратной система­тической промьщкой, направляя полученный водный раствор, содержащий

0,3% А126з, на разбавление купоросного масла; по­лучаемая кислота с концентрацией 31% Н2$04 поступает в реак­тор. Промытый сиштоф, содержащий 0,4% А120з, удаляется гидро­транспортом, отделяется от воды и иепольауется для производства цемента.

Для кристаллизации сульфата алюминия применяют также от­крытые плоские металлические ванны с двойным днищем, где Циркулирует охлаждающая вода и вращающиеся барабанные холо­дильники, в которых плав гранулируется. Непрерывную кристалли­зацию с получением стекловидного сульфата алюминия рацио­нально осуществлять на движущейся конвейерной ленте из нержа­веющей стали (или на горизонтальном диске). В этом случае на кристаллизацию подают раствор (плав), содержащий 17% А120з, и в него вводят в качестве затравки измельченный сульфат алюми­ния. Раствор с температурой 130° поступает на ленту, охлажден­ную до 10—30° и смоченную водой. Нижняя поверхность ленты охлаждается водой (первые 32 м ленты рекомендуют охлаждать водой, подогретой до 70°). Раствор начинает загустевать при 110°. При толщине слоя 5—10 мм его верхняя поверхность отвердевает через 4—6 мин. При проходе ленты вокруг вала твердый слой суль­фата трескается и ссыпается. Затем его охлаждают воздухом и измельчают. Лента длиной 60 м и шириной 0,72 м имеет произво­дительность 3 т сульфата алюминия в час. Этот способ, как и при­менение кристаллизационных вальцев, позволяет полностью механи­зировать процесс, снизив затраты на оборудование, требует малых площадей для его размещения69.

Запатентовано60 и воздушное охлаждение ленты с помощью не­скольких сопел; скорость воздушной струи 40—50 м/сек. В плав предварительно добавляют 2% твердой пыли сульфата алюминия в качестве затравки. В плаве содержится 17,3% А1203; его темпе­ратура 110°. При длине ленты 18 м, ширине 0,8 м, толщине слоя плава 19 мм и скорости движения ленты 3,25 м/мин, ее производи­тельность равна 2,2 т/ч.

Возможно61 использование прорезиненной ленты; в этом. слу­чае плав перед подачей на ленту охлаждают до 83—88°.

Старый способ получения сернокислого алюминия из глин в СССР утратил свое значение. Он заключался в следующем. Обожженную и размолотую до тонкости 1—2 мм глину варили с 65—70%-ной серной кислотой 4—8 ч при кипячении до получения нейтрального раствора сульфата алюминия, что достигалось до­бавлением в котел избытка глины. В конце варки содержание сво­бодной серной кислоты в растворе не превышало 0,3% г/л. Рас­твор содержал около 45°/о A12(S04)3. Из такого раствора уже при 90° начинает кристаллизоваться Al2(S04)3 • 18Н20.

Во избежание кристаллизации сульфата алюминия при даль­нейшей переработке раствор по окончании варки разбавляли водой до плотности 1,2—1,25 г/см3. Получение такого раствора сразу, путем применения более разбавленной кислоты, нерационально, так как’извлечение А1203 из глины при этом ухудшается. После разбавления раствор сульфата алюминия отфильтровывали на фильтрпрессе с деревянными рамами (применение • чугунного

Фильтрпресса привело бы к загрязнению раствора железом). Оса­док на фильтрпрессе промывали водой и удаляли в отвал. Промыв­ные воды возвращали в производство — на разбавление концентри­рованного раствора после варки. Профильтрованный раствор со­держал еще значительное количество мути. После отстаивания его дополнительно фильтровали через контрольный фильтрпресс и вы­паривали до плотности 1,53—1,58 г/см3. Эта плотность соответ­ствует концентрации, при которой раствор при охлаждении пол­ностью закристаллизовывается. Кристаллизацию производили на кристаллизационных столах. Застывший продукт разламывали на куски и отправляли на склад. Расход серной кислоты (моногид­рата) на 1 г стандартного продукта (13,5% А1203) составлял 0,44—0,5 т, а расход прокаленной глины 0,5—0,6 т.

Суммарная потеря А1203 во всех стадиях производства дохо­дила иногда до 40%- Столь высокие потери окиси алюминия объ­ясняются главным образом низкой степенью извлечения А]^03 из глины при ее основной варке, когда процесс ведется почти до ней­тральной реакции, при которой переход А1203 в раствор прекра­щается. Нерастворенная в кислоте А1203 остается при этом втвер – „ дом отвале.

Потери А1203 значительно меньше при двух последовательных варках — кислой и основной, когда нерастворившаяся глина после основной варки, отделенная от раствора, подвергается кислой вар­ке с добавкой к ней кислоты и порции свежей глины. Раствор с кислой варки при этом направляется на основную варку с до­полнительным количеством глины, добавляемым для нейтрализа­ции кислоты.

В дальнейшем были предложены пути рационализации отдель­ных стадий этого процесса 62-67: кальцинация глины, смоченной во­дой и небольшим количеством серной кислоты; более тонкий раз­мол обожженной глины; систематическое выщелачивание окиси алюминия из глин кислотой повышающейся концентрации; исполь­зование для фильтрации слоя листовой целлюлозы; замена фильт­ров отстойниками; замена выпарных к отлов пламенными ванными печами и аппаратами с погруженным горением; замена кристалли­зационных столов конвейерным ковшевым кристаллизатором-, хо­лодильными вальцами, распылительной сушкой и др.

Предложено получать кристаллический сульфат алюминия вы­сокой чистоты выдерживанием в специальном сборнике пульпы, полученной при выпарке раствора, до ее охлаждения, с целью об­разования более крупных частиц примесей. После отделения при­месей массу охлаждают для кристаллизации68.

Был предложен способ получения сернокислого алюминия без выпарки раствора, заключающийся в том, что обожженная глина, раздробленная на зерна величиной 4—7 мм, выщелачивается сер­ной кислотой69. Раствор после выщелачивания сразу застывает в

Твердый стандартный продукт. Выщелачивание должно вестись при 100° путем заливки крупки горячей кислотой такой концентрации (45—47%), чтобы сразу получался продукт с содержанием 13,5% А1203. После завершения реакции полученный концентрированный раствор сливают через ложное дно, и в аппарат заливают свежую кислоту. Эти операции повторяют до тех пор, пока не будет достиг­нуто почти полное извлечение AI2O3 из глины. По окончании выще­лачивания шлам в том же аппарате промывают водой и промыв­ную воду используют для разбавления концентрированной серной

Рис. 183. Растворимость сульфата алюминия в серной

Кислоты. Полное извлечение кислоторастворимого AI2O3 дости­гается за 20—25 ч. Расчетная производительность 1 мъ выщелачи – вателя 1,5—2 т стандартного продукта в сутки.

Растворимость сульфата алюминия в присутствии серной кис­лоты сильно понижается (рис. 183). Поэтому в некоторых случаях может представить интерес выделение кристаллического сульфата алюминия из растворов высаливанием концентрированной серной кислотой. Имеется указание70, что при этом получается продукт •с малым содержанием железа.

Предложено много способов очистки растворов сульфата алю­миния и квасцов от железа71-72. Большинство из них основано на Добавке окислителей (Мп02, Нг’Ог, С12, Вг2 и др.) для перевода Fe2+ в Fe3+ с последующим выделением Fe3+ в виде нерастворимых соединений (например, Fe(OH)3, Fe4[Fe(CN)6]3) или экстракцией органическими растворителями.

Промышленное применение сульфата алюминия

Сульфат алюминия – неорганическая соль, используемая в бытовых и промышленных нуждах. Физические свойства соединения: цвет – белый, с голубоватым, серым или розовым оттенком; плотность – 2,146 грамм на сантиметр кубический; температура плавления – 770 градусов по Цельсию. Химические свойства: хорошо растворяется в воде и плохо в спирту; молярная масса – 342,14 грамм на моль. Вступает в реакцию с гидроксидами, кислотами и солями, а также азотом и водой.

При обычных условиях кристаллогидрат сульфата алюминия содержит одну молекулу соли и 16 молекул воды. При нагревании вода испаряется, но твердость вещества при этом не изменяется. Сульфат обладает свойством поглощения воды непосредственно из атмосферы, так что его необходимо держать в защищенном от влаги месте. Сернокислый алюминий относится к сильным электролитам. При электрической диссоциации сульфат алюминия распадается сразу на пять ионов: два катиона трехвалентного алюминия и три аниона двухвалентного сульфата. Это подтверждает его сильные электролитические свойства, так как слабые электролиты распадаются всего на два иона.

Реакция гидролиза сульфата алюминия проходит в три этапа. На первом этапе растворенное вещество образует гидроксосульфат алюминия и серную кислоту. На втором этапе образуется дигидроксосульфат алюминия. И, наконец, после завершения реакции остается две молекулы гидроксида алюминия и одна молекула серной кислоты. Сульфат реагирует со щелочами более активных, чем алюминий металлов. При этом происходит реакция обмена с образованием новой соли и гидроксида алюминия.

Получение сульфата алюминия

Как же получают сульфат алюминия? Для этого существует несколько способов. Первый подразумевает растворение гидроксида алюминия в горячей концентрированной серной кислоте. При этом происходит реакция замещения, когда более активный химический элемент алюминий вытесняет из состава кислоты менее активный водород. На выходе получается одна молекула кислой соли и 6 молекул воды. Такой способ позволяет изготавливать чистый продукт с минимальным содержанием примесей.

Если это не имеет принципиального значения, можно получить технический сульфат алюминия путем растворения в серной кислоте боксита или глинозема. При этом происходит реакция вытеснения водорода более активным алюминием. На выходе образуется сульфат, а вытесненный водород улетучивается в атмосферу. Такой способ также применяется как промежуточный процесс при выделении чистого алюминия из добытой руды.

Также получить сульфат алюминия можно путем растворения оксида в серной кислоте. На выходе после завершения реакции образуется соль и вода. Получить сернокислый алюминий можно и в домашних условиях. Но при этом необходимо соблюдать предельную осторожность, так как одним из компонентов реакции будет серная кислота. Работать следует в специальных защитных перчатках и очках, чтобы защитить себя от ее вредного воздействия. Для проведения опытов лучше выбрать хорошо проветриваемое помещение.

Сульфат алюминия очень вреден при проглатывании или вдыхании. Он может вызывать ожог верхних дыхательных путей, кашель или приступы отдышки. При попадании в желудок вызывает сильнейшее раздражение, сопровождаемое рвотой, поносом и болезненными ощущениями. При контакте с незащищенными участками кожи может вызывать раздражение, зуд или ожоги. Поэтому необходимо соблюдать максимальные меры предосторожности, чтобы опыты не имели негативных последствий. При проглатывании вещества ни в коем случае нельзя употреблять химические лекарственные препараты, так как их компоненты могут привести к неконтролируемым реакциям в желудке. Нужно выпить как можно больше жидкости (воды или молока) и вызвать рвоту естественным путем.

Промышленное применение вещества

Применение сульфата алюминия охватывает многие промышленные, бытовые и сельскохозяйственные сферы. Вещество применяют в текстильном производстве в качестве красителя. Используется в печатном деле в качестве составляющего для производства нерастворимых пигментов. Как коагулянт сульфат алюминия применяют для очистки питьевой воды. Он позволяет нейтрализовать все вредные химические вещества и загрязнители в воде, которые при взаимодействии с сульфатом выпадают на дно в виде осадка. Затем используются специальные фильтры, и вода становится чистой и пригодной для употребления.

Среда раствора сульфата алюминия – нейтральная, что позволяет без проблем использовать его в водоочистных системах. Вещество входит в состав некоторых ядов и удобрений, которые применяются для борьбы с насекомыми, слизняками и сорняками. Раствор сульфата алюминия также используют для нейтрализации кислотно-щелочного баланса почвы, что является важным условием для произрастания некоторых сельскохозяйственных культур. В бытовой химии сульфат применяют в качестве активного ингредиента антиперспирантов.

В строительной отрасли он используется как гидроизолятор при изготовлении бетонных конструкций. Входит в состав некоторых видов огнетушителей. В медицинской сфере вещество применяют при изготовлении спреев, помогающих при укусах насекомых. Сульфат алюминия разрушает токсины и облегчает боль. Эффективнее всего препараты действует при немедленном нанесении на место укуса, пока токсичные вещества еще не успели распространиться.

В продажу вещество поступает в упакованном виде в таре весом от 5 до 750 килограмм. Цена сульфата алюминия составляет около 20 рублей за килограмм. При крупной оптовой покупке стоимость может быть снижена до 15 рублей по договоренности с поставщиком. Окончательная цифра также будет зависеть от качества очистки вещества и доле примесей в составе. Технический сульфат обойдется намного дешевле, чем продукция с высоким уровнем очистки. Сернокислый алюминий бессмысленно покупать про запас, если нет возможности обеспечить оптимальные условия хранения. Он очень быстро впитывает влагу, поэтому требует идеально сухих помещений. В противном случае его эксплуатационные качества будут далеки от ожидаемых.

Сульфат алюминия, характеристика, свойства и получение, химические реакции

Сульфат алюминия, характеристика, свойства и получение, химические реакции.

Сульфат алюминия – неорганическое вещество, имеет химическую формулу Al₂(SO₄)₃.

Краткая характеристика сульфата алюминия:

Сульфат алюминия – неорганическое вещество белого цвета.

Химическая формула сульфата алюминия Al₂(SO₄)₃.

Сульфат алюминия – неорганическое химическое соединение, соль серной кислоты и алюминия .

Хорошо растворяется в воде, этиленгликоле. Плохо растворим в этаноле.

С водой сульфат алюминия образует кристаллогидраты с различным содержанием воды Al₂(SO₄)₃·nH₂O, где n может быть вплоть до 18. Наиболее распространенными являются гексадекагидрат Al₂(SO₄)₃·16H₂O и октадекагидрат Al₂(SO₄)₃·18H₂O.

Устойчив при обычной температуре.

Сульфат алюминия пожаро- и взрывобезопасен. По степени воздействия на организм продукт относится к веществам 3-го класса опасности в соответствии с ГОСТ 12.1.005.

В земной коре сульфат алюминия находится как в свободном чистом состоянии, в форме кристаллогидратов, а также в составе двойных солей.

Сульфат алюминия в чистом состоянии распространён в природе в виде минерала миллозевичита. В форме кристаллогидратов сульфат алюминия встречается в природе в виде минерала алуногена Al₂(SO₄)₃·17H₂O.

Двойные соли сульфат алюминия образует с сульфатами ряда металлов, к которым, к примеру, относится и природный минерал алунит K₂SO₄·Al₂(SO₄)₃·Al(OH)₃.

В пищевой промышленности сульфат алюминия используется в виде добавки Е520.

Физические свойства сульфата алюминия:

алюминий сернокислый (рус.)Тип веществанеорганическоеВнешний видбесцветные гексагональные кристаллыЦветбелый, бесцветныйВкуссладковато-терпкийЗапахбез запахаАгрегатное состояние (при 20 °C и атмосферном давлении 1 атм.)твердое веществоПлотность (состояние вещества – твердое вещество, при 20 °C), кг/м 32710Плотность (состояние вещества – твердое вещество, при 20 °C), г/см 32,710Температура разложения, °C770Температура плавления, °C770Молярная масса, г/моль342,15ГигроскопичностьгигроскопиченРастворимость в воде (25 o С), г/100 г38,5

Получение сульфата алюминия:

В промышленности сульфат алюминия получается взаимодействием гидроксида алюминия с серной кислотой.

В лаборатории сульфат алюминия получают в результате следующих химических реакций:

1. 1. взаимодействия сульфата меди и алюминия :

1. 2. взаимодействия оксида алюминия и гидросульфата калия:

Химические свойства сульфата алюминия. Химические реакции сульфата алюминия:

Химические свойства сульфата алюминия аналогичны свойствам сульфатов других металлов . Однако, сульфат алюминия не реагирует с кислотами. Поэтому для него характерны следующие химические реакции:

1. реакция взаимодействия сульфата алюминия и гидроксида натрия :

В результате реакции образуются гидроксид алюминия и сульфат натрия.

2. реакция взаимодействия сульфата алюминия и гидроксида калия :

В результате реакции образуются гидроксид алюминия и сульфат калия.

3. реакция взаимодействия сульфата алюминия и гидроксида лития :

В результате реакции образуются гидроксид алюминия и сульфат лития.

4. реакция взаимодействия сульфата алюминия и нитрата бария:

В результате реакции образуются сульфат бария и нитрат алюминия .

5. реакция взаимодействия сульфата алюминия и нитрата свинца:

В результате реакции образуются сульфат свинца и нитрат алюминия.

6. реакция взаимодействия сульфата алюминия и фосфата натрия :

В результате реакции образуются фосфат алюминия и сульфат натрия.

7. реакция взаимодействия сульфата алюминия и фосфата калия :

В результате реакции образуются фосфат алюминия и сульфат калия.

8. реакция взаимодействия сульфата алюминия и гидрокарбоната натрия:

Al₂(SO₄)₃ + 6NaHCO₃ → 3Na₂SO₄ + 2Al(OH)₃ + 6CO₂.

В результате реакции образуются сульфат натрия, гидроксид алюминия и оксид углерода (IV).

9. реакция взаимодействия сульфата алюминия и гидрокарбоната кальция:

В результате реакции образуются сульфат кальция, гидроксид алюминия и оксид углерода (IV). Данная реакция используется для очистки воды. Гидроксид алюминия выпадает в осадок и его хлопья увлекают за собой различные примеси.

10. реакция взаимодействия сульфата алюминия и карбоната натрия и воды:

В результате реакции образуются сульфат натрия , гидроксид алюминия и оксид углерода (IV).

11. реакция термического разложения сульфата алюминия:

В результате реакции образуются оксид алюминия, оксид серы (IV) и кислород .

12. реакция термического разложения октадекагидрата сульфата алюминия:

Октодекагидрат сульфата алюминия разлагается на сульфат алюминия и воду.

Применение и использование сульфата алюминия:

Сульфат алюминия используется во множестве отраслей промышленности и для бытовых нужд:

– как коагулянт для очистки воды хозяйственно-питьевого и промышленного назначения;

– в фотографии входит в составы стабилизирующих растворов и дубящих фиксажей;

– как пищевая добавка Е520;

– в качестве морилки при крашении и печати текстильных изделий;

– в бумажной, текстильной, кожевенной и других отраслях промышленности.

Примечание: © Фото https://www.pexels.com, https://pixabay.com

сульфат алюминия реагирует кислота 1 2 3 4 5 вода
уравнение реакций соединения масса взаимодействие сульфата алюминия
реакции

Поиск технологий

Найдено технологий 1

Может быть интересно:

Электронная ткань

Высокоскоростной катер с глиссирующими лыжами

Шагающий робот двуногий для различной местности

Быстромонтируемый кран SMK-5.66

Фуллерен, его производство, свойства и применение

Биопрепараты для очистки почвы и воды от стойких пестицидов

Квантовый компьютер

Энергоемкие аккумуляторы Лиотех

О чём данный сайт?

Настоящий сайт посвящен авторским научным разработкам в области экономики и научной идее осуществления Второй индустриализации России.

Он включает в себя:
– экономику Второй индустриализации России,
– теорию, методологию и инструментарий инновационного развития – осуществления Второй индустриализации России,
– организационный механизм осуществления Второй индустриализации России,
– справочник прорывных технологий.

Мы не продаем товары, технологии и пр. производителей и изобретателей! Необходимо обращаться к ним напрямую!

Мы проводим переговоры с производителями и изобретателями отечественных прорывных технологий и даем рекомендации по их использованию.

Осуществление Второй индустриализации России базируется на качественно новой научной основе (теории, методологии и инструментарии), разработанной авторами сайта.

Конечным результатом Второй индустриализации России является повышение благосостояния каждого члена общества: рядового человека, предприятия и государства.

Вторая индустриализация России есть совокупность научно-технических и иных инновационных идей, проектов и разработок, имеющих возможность быть широко реализованными в практике хозяйственной деятельности в короткие сроки (3-5 лет), которые обеспечат качественно новое прогрессивное развитие общества в предстоящие 50-75 лет.

Та из стран, которая первой осуществит этот комплексный прорыв – Россия, станет лидером в мировом сообществе и останется недосягаемой для других стран на века.

Раствор сульфата алюминия – получение, применение

Сульфат алюминия

Общие

Физические свойства

Рисунок 3. Физические свойства сульфата алюминия.

Сульфат алюминия разлагается при температурах от 770 до 860 °C:

2Al₂(SO₄)₃ 2Al₂O₃ + 6SO₃ + 3O₂

2Al(OH)₃ + 3H₂SO₄ Al₂(SO₄)₃ + 6H₂O

Также сульфат алюминия получают при соединении алюминия с серной кислотой:

2Al + 3H₂SO₄ Al₂(SO₄)₃ + 3H₂

Рисунок 4. Принципиальная технологическая схема получения сульфата алюминия.

П олучения алюминий содержащих коагулянтов для очистки воды и осаждения минеральных взвесей из водных суспензий. Д ля получения коагулянта используют нефелин содержащее сырье, которое обрабатывают водным раствором, содержащим 1 170 г/л свободной серной или соляной кислоты, при температуре 20 – 80°С и расходе кислоты 50 – 85 г/л от теоретически необходимой нормы для взаимодействия с кислоторастворимыми компонентами сырья. Нефелин содержащее сырье перед кислотной обработкой измельчают до крупности 120 мк и менее. При использовании чистого раствора кислоты используют раствор, содержащий 50-170 г/л серной или соляной кислоты. Коагулянт может быть приготовлен также путем обработки нефелина кислым водным раствором сульфата или хлорида алюминия, или железа, содержащим 1 100 г/л свободной серной или соляной кислоты. Способ позволяет получать комплексный реагент, обладающий коагулирующими, флоккулирующими, замутняющими и нейтрализующими свойствами, что обеспечивает повышенную эффективность его при очистке воды.

Способ производства коагулянтов относится к технологии неорганических веществ и может быть использовано при получении алюминий содержащих коагулянтов для очистки воды и осаждения минеральных взвесей из водных суспензий.

Известны способы получения алюминий содержащих коагулянтов путем обработки нефелина кислотами. Эти способы имеют общую физико-химическую основу и отличаются лишь аппаратурным оформлением технологии. Сущность их заключается в разложении нефелина 35-73% H2SO4 при расходе кислоты 100-105% от стехиометрически необходимой для взаимодействия с кислоторастворимыми компонентами сырья.

Недостатки этих способов многооперационность, сложность аппаратурного оформления, наличие вредных выбросов и очень низкое качество получаемого коагулянта, т.к. он содержит не только нерастворимые примесные минералы, но и скоагулированную гелеобразную кремнекислоту.

Наиболее близким к заявляемому способу является способ получения алюминий содержащего коагулянта (основного хлоридоалюминия) из нефелина. Согласно этому способу коагулянт готовят путем нейтрализации растворов хлорида алюминия нефелиновым концентратом при температуре 80-110оС при расходе нефелинового концентрата 0,15-0,8 моль окиси алюминия на 1 моль растворенного хлористого алюминия.

Сущность способа заключается в том, что нефелиновый концентрат разлагают в две стадии: на первой стадии половину нефелина разлагают 27%-ной HCl при температуре 90-100 о С, а на второй полученную суспензию, содержащую скоагулированную кремнекислоту и хлорида алюминия, смешивают со второй половиной нефелинового концентрата при температуре 90-100 о С с получением сухого продукта, который подвергают дозреванию в специальной камере. Этот продукт является товарным неочищенным коагулянтом.

Для получения очищенного коагулянта продукт из камеры дозревания сушат при температуре 160-170 о С, сухой продукт выщелачивают водой, фильтруют с получением раствора коагулянта и нерастворимого остатка, состоящего из геля кремнекислоты и неразложившихся минералов.

Способ характеризуется многостадийностью, сопровождается вредными выбросами вследствие необходимости проведения высокотемпературных операций с использованием концентрированной летучей соляной кислоты. Высокая концентрация кислоты и повышенная температура процесса приводят к коагуляции кремнекислоты, входящей в состав нефелина, вследствие чего она не только бесполезно теряется вместе с нерастворимым остатком, но и ухудшает качество получаемого коагулянта.

Цель изобретения повышение комплексности использования сырья, упрощение процесса приготовления коагулянта, усиление его осветляющих свойств.

Поставленная цель достигается тем, что коагулянт получают путем одностадийной обработки нефелинсодержащего сырья водным раствором, содержащим 1-170 г/л свободной серной или соляной кислоты, при температуре 20-80 о С и расходе кислоты 50-85% от теоретически необходимой нормы для взаимодействия с кислоторастворимыми компонентами сырья, с последующим непосредственным использованием полученной суспензии, состоящей из растворенных солей алюминия, коллоидной кремнекислоты и твердой взвеси частиц недоразложенного нефелина и нерастворимых минералов в качестве коагулянта.

Для интенсификации процесса приготовления коагулянта, улучшения технологических и осветляющих свойств суспензии коагулянта нефелинсодержащее сырье перед кислотной обработкой целесообразно измельчать до крупности 120 мкм и менее или использовать пылевидные фракции нефелинсодержащего сырья, например шламы от сгущения хвостов апатитовой флотации и нефелинового концентрата, пыль циклонов и электрофильтров печей сушки нефелинового концентрата и т.д.

Коагулянт может быть получен как путем обработки нефелинсодержащего сырья водным раствором, содержащим только серную или соляную кислоту при концентрации ее 50-170 г/л, так и водным раствором сульфата или хлорида алюминия или железа, содержащим 1-100 г/л свободной серной или соляной кислоты.

С пособ имеет следующие преимущества

Использование для разложения нефелина разбавленных растворов кислот при низкой температуре процесса позволяет предотвратить коагуляцию и выделение в нерастворимый осадок кремнекислоты, выделяющейся при кислотной обработке нефелина. Последняя переходит в коллоидном виде в раствор, где выполняет роль флокулянта (активная кремнекислота), усиливающего осветляющее действие реагента.

Использование измельченного нефелина и обработка его недостатком кислоты способствует более легкому получению основных солей алюминия, которые обладают лучшими коагулирующими свойствами.

Отсутствует необходимость проведения сложных операций по отделению нерастворимого остатка и его утилизации. Более того, этот остаток используется в качестве замутнителя, способствующего интенсификации процесса отстаивания коагуляционных хлопьев, и уменьшает влажность осадков. Кроме того, активные мелкодисперсные частицы недоразложившегося нефелина способствуют нейтрализации выделяющейся при коагуляционном гидролизе солей алюминия и железа свободной кислоты. Это снижает закисление очищаемой воды и позволяет использовать коагулянт для очистки воды с малым запасом щелочности.

Таким образом, заявленный способ позволяет получать комплексный реагент, обладающий одновременно коагулирующими (соли алюминия и железа), флокулирующими (растворенная активная кремнекислота), замутняющими и нейтрализующими (взвесь недоразложенного нефелина и кислотонерастворимых минералов) свойствами.

Приготовление коагулянта осуществляют практически за одну операцию при низкой температуре и использовании разбавленной кислоты, что предотвращает возможность вредных выбросов. Использование измельченного нефелина позволяет осуществлять разложение нефелина менее чем за 5 мин, т.е. реагент может быть приготовлен не только в специальных реакторах, но и непосредственно в потоке при перекачке смеси нефелина с разбавленной кислотой. Интенсивность и простота аппаратурного оформления процесса приготовления коагулянта позволяют организовать его производство непосредственно на местах потребления.

Предложенный способ также может быть использован и для повышения осветляющих свойств стандартных коагулянтов растворов солей алюминия и железа, т. к. добавка тонкоизмельченного нефелина нейтрализует содержащуюся в них свободную кислоту и придает растворам флокулирующие и замутняющие свойства.

Искусственный абразивный материал (искусственный корунд).

Состав. Закристаллизованный глинозём, окислы кремния, титана, кальция и железа, содержит 88-99% Al₂O₃.

Получение. Получают плавкой глинозёмсодержащего сырья в дуговых печах с последующей кристаллизацией расплава. Плотность (кроме сферокорунда) 3,9-4,0 г/см 3 , микротвердость 19-24 кг/мм 2 .

В зависимости от содержания глинозема и особенностей технологии плавки различают электрокорунд:

· Нормальный , состоящий из корунда (до 95%) с небольшой примесью шлаков и ферросплава, широко используется для обработки металлов.

· Белый , получают путём переплава чистой окиси алюминия. Содержит 98-99% корунда и сравнительно мало примесей. По свойствам и химическому составу белый электрокорунд более однороден, чем нормальный. Микротвердость его несколько выше, чем у нормального. Применяется для обработки высокопрочных сплавов, при скоростном и прецизионном шлифовании.

· Легированный (хромистый, титанистый, циркониевый), имеет свойства, зависящие от состава и содержания примесных элементов. Абразивные инструменты из легированного электрокорунда применяются для обработки деталей из конструкционных и некоторых инструментальных сталей.

· Монокорунд , состоящий из плоскогранных изометричных зёрен монокристаллического корунда с небольшим содержанием примесей (2-3%), получают путём сплавления боксита с сернистым железом. Абразивные инструменты из монокорунда используются для шлифования труднообрабатываемых жаропрочных, конструкционных и других легированных сталей и сплавов.

· Сферокорунд получают из глинозёма в виде полых корундовых сфер (плотность его 2,2 г/см 3 ); содержит небольшое (

Характеристики . Высокая огнеупорность, стойкость в кислотах и щелочах, хорошая теплопроводность, малое термическое расширение, низкая электропроводность.

Применение . Применяется для производства абразивных материалов, для изготовления огнеупорных, кислотостойких изделий, керамических деталей электровакуумных приборов, изоляторов; используют и как наполнитель в жароупорных бетонах и массах для набивки тиглей индукционных печей. Применяется в черной металлургии (получение синтетических шлаков для рафинирования жидкой стали). Используется при изготовлении абразивного инструмента различных фасонов и профилей, шлифовальной шкурки, при производстве абразивных паст, для свободного шлифования поверхностей вязких металлов и легированных сталей, при обработке стекла, кожи, дерева, как наполнитель в керамической промышленности, а также для противопригарного покрытий.

Основные понятия, которые необходимо знать после изучения материала данной лекции

Пульпа,дымовой газ, грануляция, коагулянты, электрокорунд

Вопросы для самоконтроля

1. Физические и химические свойства сульфата алюминия

2. Как получают сульфат алюминия

3. Что представляет собой получение коагулянтов

4. Производство коагулянтов.

5. Что представляет собой электрокорунд и его применение