硫酸铝


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硫酸铝(化学式Al2(SO4)3,式量342.15),白色斜方晶系结晶粉末,密度1.69g/mL(25℃) 。在造纸工业中作为松香胶、蜡乳液等胶料的沉淀剂,水处理中作絮凝剂,还可作泡沫灭火器的内留剂,制造明矾、铝白的原料,石油脱色、脱臭剂、某些药物的原料等。还可制造人造宝石及高级铵明矾。

大约占总产量50%的硫酸铝第一大用途是用于造纸,第二大用途是在饮用水、工业用水和工业废水处理中做絮凝剂,大约占硫酸铝总产量40%。当向这类水中加入硫酸铝后,可以生成胶状的、能吸附和沉淀出细菌、胶体和其他悬浮物的氢氧化铝絮片,用在饮用水处理中可控制水的颜色和味道。

物理性质

外观与性状:白色晶体,有甜味;

溶解性:溶于水,不溶于乙醇等。

工业品为灰白色片状、粒状或块状,因含低铁盐带淡绿色,又因低价铁盐被氧化而使表面发黄。粗品为灰白色细晶结构多孔状物。

极易溶于水,硫酸铝在纯硫酸中不能溶解(只是共存),在硫酸溶液中与硫酸共同溶解于水,所以硫酸铝在硫酸中溶解度就是硫酸铝在水中的溶解度。硫酸铝化学结构式[6]770℃分解为氧化铝和三氧化硫。

有无水物和十八水合物。无水物为无色斜方晶系晶体。溶于水,水溶液显酸性,微溶于乙醇。在水中的溶解度随温度的上升而增加。十八水合物(Al2·(SO4)3·18H2O)为无色单斜晶体。溶于水,不溶于乙醇。水溶液因水解而呈酸性。

化学性质

不易风化而失去结晶水,比较稳定,加热会失水,高温会分解为氧化铝和硫的氧化物。[9]

加热至770℃开始分解为氧化铝、三氧化硫、二氧化硫和水蒸气。溶于水、酸和碱,不溶于乙醇。水溶液呈酸性。水解后生成氢氧化铝。水溶液长时间沸腾可生成碱式硫酸铝。无毒,粉尘能刺激眼睛。[5]

水解产物有碱式盐和氢氧化铝的胶状沉淀。容易跟钾、钠、铵的盐结合形成矾,如硫酸铝钾

kAl(SO4)2·12H2O。[7]

加热水合物时,猛烈膨胀,并变成海绵状物,加热至赤热时,分解为三氧化硫和氧化铝。[10]

毒性:

ADI 未规定(FAO/WHO,2001)。[5]

GRAS(FDA,§182.1125,2000)。[5]

LD50:980±90 mg/kg(小鼠经口)[11]

计算化学数据

1、疏水参数计算参考值(XlogP):未确定

2、氢键供体数量:0

3、氢键受体数量:8

4、可旋转化学键数量:0

5、拓扑分子极性表面积(TPSA):161

6、重原子数量:12

7、表面电荷:0

8、复杂度:62.2

9、同位素原子数量:0

10、确定原子立构中心数量:0

11、不确定原子立构中心数量:0

12、确定化学键立构中心数量:0

13、不确定化学键立构中心数量:0

14、共价键单元数量

制备方法

由铝土矿和硫酸加压反应制得。或用硫酸分解明矾石、高岭土及含氧化铝硅原料均可制得。[9]

硫酸法将铝土矿粉碎至一定粒度,加人反应釜与硫酸反应,反应液经沉降,澄清液加入硫酸中和至中性或微碱性,然后浓缩至115℃左右,经冷却固化,粉碎制得成品。[5]

化学反应方程式:

1.硫酸法:将铝土矿粉碎至一定粒度.应釜与硫酸反应。由氢氧化铝(或纯的高岭土或铝矾土)与硫酸反应后,滤去不溶物再结晶而得。[1]

2.将从酸性溶液中结晶生成的水合硫酸铝晶体缓慢加热,使其逐步脱水,最后将温度升高到350℃,则完全脱水成为无水硫酸铝。

主要用途

硫酸铝化学结构式[14]用作动物胶的有效交联剂,并能提高动物胶的黏度。还用作脲醛胶黏剂的固化剂,20%水溶液固化速度较快。

造纸工业中作为松香胶、蜡乳液等胶料的沉淀剂,水处理中作絮凝剂,还可作泡沫灭火器的内留剂,制造明矾、铝白的原料,石油脱色、脱臭剂、某些药物的原料等。还可制造人造宝石及高级铵明矾。砷含量不大于5mg/kg的产品可用于水处理絮凝剂。[9]

1.造纸工业中用作纸张施胶剂,以增强纸张的抗水、防渗性能;

2.溶于水后能使水中的细小微粒和自然胶粒凝聚成大块絮状物,从而自水中除去,故用作供水和废水的混凝剂;

3.用作浊水净化剂,也用作沉淀剂、固色剂、填充剂等。在化妆品中用作抑汗化妆品原料(收敛剂);

4.消防工业中,与小苏打、发泡剂组成泡沫灭火剂;

5.分析试剂,媒染剂,鞣革剂,油脂脱色剂,木材防腐剂;

6.白蛋白巴氏杀菌的稳定剂(包括液体或冷冻全蛋、蛋白或蛋黄);

7.可作原料,用于制造人造宝石和高级铵明矾,其他铝酸盐;

8.燃料工业中,在生产铬黄和色淀染料时作沉淀剂,同时又起固色和填充剂作用。[15]

淋洗对硫酸铝改良苏打盐碱土的辅助效果研究:该研究以松嫩平原中前郭地区中重度盐碱土为研究对象,采用实验室模拟分析的形式,添加硫酸铝改良后,再进行淋洗的效果进行了分析。分别选择硫酸铝的添加浓度为0%、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%、1.2%进行测定,研究了这七种情况在分别淋洗一次、两次、三次后,土壤溶液中的主要离子浓度和变化趋势,并对这七种浓度添加后的物理性质进行了测定。综合各项试验结果,得出以下结论。

淋洗有效改善了土壤的盐化度。在硫酸铝添加量一定的情况下,随着淋洗次数的增加,硫酸根离子和氯离子等阴离子的浓度明显下降。碳酸根和碳酸氢根也有明显下降,但受空气中二氧化碳的影响,下降速度并没有硫酸根和氯离子快,但也明显改善了土壤的离子结果,使土壤更适合作物生长。

淋洗有明显的改善土壤化学成分的作用,但是添加入的硫酸铝随着淋洗也有大量的流逝,同时在震荡等作用下,第一次投入硫酸铝形成的部分硫酸铝水解胶体也被破坏,影响了硫酸铝对土壤的改良效果。同时,淋洗震荡过程也破坏了土壤中原有的团聚体和微团聚体,多次淋洗使土壤的物理性质没有改善,甚至在土壤溶液pH值方面产生负面效果。

当不淋洗土壤时,硫酸铝的加入,有效改善了土壤性质,特别是对降低土壤碱化度,效果明显。土壤pH值、土壤容重、土壤颗粒粒径等方面对土壤都有改善作用,并且效果明显。钙镁等离子也随着硫酸铝的添加而被释放出来,从一定程度上也起到了降低土壤盐化度的作用。但单独使用硫酸铝改良,并不能全面的解决松嫩平原的土壤问题。由于土壤还有较高的盐化度,硫酸铝并没有有效改善土壤的盐化度问题,甚至添加硫酸铝时土壤中盐类物质的含量增加。因此,硫酸铝只是将土壤类型从苏打型转化为硫酸型,问题被缓解,但是并未完全解决。

综合硫酸铝和淋洗这两种改良方法的利弊,将两种改良方式相结合,得到既可以改善土壤的碱化度问题,也可以改善土壤的盐化度问题,更好的改善土壤环境。在添加硫酸铝为0.8%时,淋洗土壤两次,研究人员指出可以取得最好的改善效果。


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