Гидроксид алюминия 2. Соединения алюминия и алюминатные растворы

Растворимость гидроксидов А1 в кислых средах прямо пропорциональна третьей степени концентрации водородных ионов, а в щелочных средах обратно пропорциональна ей . В изоэлектрической точке гидроксид алюминия имеет минимальную растворимость. По Кольтгофу для А1(ОН)3 эта точка лежит в пределах значений pH 6,5-7,5 . Для скорости гидролиза солей алюминия также существует некоторый оптимум значений pH, который для концентраций А БО з от 400 до 100 мг/л колеблется в пределах 4,95- 5,40, а предельные значения pH. при которых гидролиз еще протекает, составляют 3 и 6,8.[ …]

Связь растворимости с химическим взаимодействием особенно четко проявляется в системах с комплексообразованием. Здесь можно напомнить широко известный факт резкого повышения растворимости молекулярного иода в воде в присутствии иодистого калия вследствие образования полииодида: Ы-К1 = К1з- Хлористый натрий, например, практически нерастворим в нитробензоле, но в присутствии хлористого алюминия растворимость его резко повышается вследствие образования комплексной соли ЫаАЮЦ, которая отлично растворяется в том растворителе.[ …]

Минимальная растворимость гидроксида алюминия лежит в области pH = 6,5+7,5. Осаждение гидроксида алюминия начинается при pH = 3,0 и достигает максимума при pH = = 7. При дальнейшем увеличении pH осадок начинает растворяться, что становится заметным при pH = 9.[ …]

Сернокислый алюминий используют для очистки мутных и цветных вод: очищенный – при высокой мутности, неочищенный или содержащий в качестве инградиентов глины и силикатные мате-риалы – при низкой мутности воды. Этот коагулянт эффективен в диапазоне значений pH 5-7,5, причем чем выше жесткость воды и ниже ее цветность, тем выше оптимальные значения pH среды . Относительно низкая стоимость, хорошая растворимость, отсутствие особых требований к обращению с сухим и растворенным продуктом сделали сульфат алюминия наиболее распространенным коагулянтом.[ …]

Произведение растворимости HgS в дистиллированной воде составляет 1,6ХЮ 52, что соответствует остаточной концентрации ионов ртути в растворе, равной 2,5X10-21 мг/л. В производственных сточных водах произведение растворимости HgS несколько больше, основная же часть сульфида ртути находится в воде в виде тонкодисперсных коллоидных частичек, выделить которые в осадок можно коагулированием сточных вод водным сульфатом алюминия Al2(S04)3-I8H2O, водным сульфатом железа FeS04-7H20, известью СаО, смесью этих коагулянтов и т. д.[ …]

Таким образом, растворимость гидроокиси алюминия в щелочной среде обратно пропорциональна концентрации водородных ионов в первой степени.[ …]

При применении растворимых электродов (обычно железных или алюминиевых) на аноде происходит анодное растворение металла, в результате чего в воду переходят катионы железа или алюминия, приводящие к образованию хлопьев гидроокисей. Одновременное образование хлопьев коагулянта и пузырьков газа в стесненных условиях межэлек-тродного пространства создает предпосылки для надежного закрепления газовых пузырьков на хлопьях и интенсивной,.оагуляции загрязнений, что обеспечивает, эффективность флотационного процесса. Такие установки называются электрокоагуляционно-флотационными. При пропускной способности до 10-15 м3/ч установки могут быть однокамерными, а при большей пропускной способности – двухкамерными горизонтального или вертикального типа.[ …]

Некоторые трудно растворимые красители растворяют вместе с содой и обрабатывают сначала раствором сернокислого алюминия, а затем хлористого бария.[ …]

Кроме перечисленных растворимых примесей в природных водах содержатся во взвешенном состоянии нерастворимые вещества – от грубодисперсных суспензий до коллоидно растворенных соединений. Они представлены частицами песка, лесса, илистых веществ и карбонатных пород, водных окислов алюминия, железа, марганца, а также высокомолекулярных гумусовых веществ.[ …]

Гидратированные ионы алюминия в процессе гидролиза отдают протон от координированной молекулы воды, образуя последовательно комплексные ионы [А1 (Н20) 5 (ОН) ]2+ и [А1 (Н20)4 (ОН)2]+, остающиеся в растворе. Когда последний нейтральный комплекс [А1(Н20)з(ОН)з] теряет воду, образуется плохо растворимый гидроксид алюминия. Ступенчато гидролизуются и соли железа(III). Но, в отличие от солей алюминия, помимо гидроксидов железа могут образовываться и труднорастворимые гидроксосоли.[ …]

2

В разбавленной кислоте растворимость А12(804)з выше, чем в чистой воде, но с дальнейшим увеличением концентрации Н2Б04 растворимость резко понижается, достигая 1 % в 60 %-ной серной кислоте. В более крепкой кислоте растворимость сульфата алюминия опять повышается.[ …]

Свежеосажденные фосфаты алюминия и железа могут усваиваться растениями, но при старении осадков они кристаллизуются и становятся менее растворимыми и слабодоступными для растений. Поэтому фосфорная кислота в красноземах и дерново-подзолистых почвах закрепляется весьма прочно и значительно сильнее, чем в сероземах и черноземах.[ …]

Из изложенного видно, что растворимость гидроксида алюминия в кислой среде прямо пропорциональна третьей степени концентрации водородных ионов [Н+]3, а в щелочной – обратно пропорциональна [Н+].[ …]

В кислых растворах с избытком алюминия наиболее устойчивой твердой фазой является основной фосфат алюминия. Если значение pH больше, чем pH, соответствующее минимуму растворимости фосфата (pH = 6), то основная соль гидролизуется до гидроксида алюминия, на поверхности которого сорбируется фосфат. При большой концентрации фосфата выделяется в осадок таранакит, который переходит в среднюю соль, если pH системы возрастает.[ …]

Полиакриламид – белое аморфное, хорошо растворимое в воде вещество, содержащее ионогенные группы; при гидролизе образует акриловую кислоту и ее соли. Механизм действия ПАА основан на адсорбции его молекул на частицах примесей воды, гидроксидов алюминия или железа (III), образующихся при гидролизе солей – коагулянтов. Благодаря вытянутой форме молекулы адсорбция происходит в разных местах с несколькими частицами гидроксида, в результате чего последние связываются полимерными мостиками в тяжелые, крупные и прочные агрегаты (глобулы).[ …]

Только образцы, обладающие ограниченной растворимостью в воде (у=38), удерживаются древесной целлюлозой в количестве 60 %. Прибавление сернокислого алюминия вызывает полное удержание -КМЦ, причем оно не зависит от стехиометрического соотношения между количеством А13+, требуемого для полного удержания -КМЦ, и количеством ОСН2СОО -групп, присутствующих в КМЦ. Иначе говоря, удержание -КМЦ обусловливается не только получением нерастворимой алюминиевой соли, но и электростатической адсорбцией между положительно заряженной А1-КМЦ и отрицательно заряженными волокнами целлюлозы.[ …]

Разработана новая технология с использованием растворимых количеств хлорида алюминия в высокотемпературном процессе алкилнрования бензола пропиленом.[ …]

В данной главе рассмотрено взаимодействие между алюминием (III) и фосфатом в широкой области концентраций и pH. Для того чтобы дать характеристику реакций между растворенными частицами и растворимыми фазами, была изучена растворимость осадков фосфата алюминия. Кроме того, были идентифицированы растворимые и нерастворимые продукты реакций между алюминием (III) и фосфатом и определено распределение их концентраций в широкой области pH и концентраций Р и А1. Данные исследования проводили с использованием чистых растворов фосфатов алюминия определенного состава. Других диспергированных твердых фаз в изучаемой системе, кроме тех, что осаждались при взаимодействии между алюминием и фосфатом или в результате изменения pH, не было.[ …]

В упрощенном виде можно считать, что осаждение железом и алюминием во многом очень схоже и что определяющими факторами и в том, и в другом случае являются растворимость и соотношение концентраций добавляемого иона металла Ме и присутствующего ортофосфата. Процесс осаждения ионами кальция сильно зависит от pH, поэтому рассчитывая необходимое количество соли кальция, необходимо учитывать щелочность сточной воды.[ …]

Соли железа как коагулянты, имеют ряд преимуществ перед солями алюминия: лучшее действие при низких температурах воды; более широкая область оптимальных значений pH среды; большая прочность и гидравлическая крупность хлопьев; возможность использовать для вод с более широким диапазоном солевого состава; способность устранять вредные запахи и привкусы, обусловленные присутствием сероводорода. Однако имеются и недостатки: образование при реакции катионов железа с некоторыми органическими соединениями сильно окрашивающих растворимых комплексов; сильные кислотные свойства, усиливающие коррозию аппаратуры; менее развитая поверхность хлопьев.[ …]

При значительном содержании в почве обменнопоглощенных ионов водорода и алюминия (например, в дерново-подзолистых почвах и красноземах) многие свойства ее также ухудшаются. Ионы водорода не диспергируют почвенные коллоиды, но, вступая в поглощенное состояние, вызывают постепенное разрушение минералов, входящих в состав почвенного поглощающего комплекса. В результате почва обедняется коллоидной фракцией, ухудшается ее структура и уменьшается емкость поглощения. Кроме того, ионы алюминия и водорода из поглощенного состояния вытесняются в раствор в обмен на катионы растворимых солей. Высокая концентрация в растворе ионов водорода и алюминия оказывает вредное действие на развитие растений.[ …]

В последние годы начали применять метод получения коагулянтов в электролизерах с растворимыми электродами, называемый методом электрокоагуляции . Сущность метода заключается в анодном растворении металлов, преимущественно алюминия и железа, в водных средах под воздействием электрического тока с последующим образованием гидроксидов. Этот метод позволяет производить эффективную очистку воды от взвесей минерального, органического и биологического происхождения, коллоидов и веществ в молекулярном или ионном состоянии. Электрокоагуляция обладает существенными преимуществами перед реагентными методами: компактностью установки, простотой обслуживания и возможностью полной автоматизации. Этот метод перспективен для использования на небольших автономных объектах (на судах речного флота, для малых поселков и др.).[ …]

Отрицательное действие высокой кислотности в значительной степени связано с увеличением растворимости соединений алюминия и марганца в почве. Повышенное содержание их в растворе ухудшает развитие растений даже сильнее, чем избыток ионов водорода.[ …]

Уравнение (4.17) было решено методом проб и ошибок для значения pH, соответствующего минимуму растворимости фосфата, около 6. При рН [ …]

При исследовании гидролиза в системе Ре2(504)з-А1203-Н20 при 100 °С установлено, что с увеличением количества оксида алюминия в системе выход железа в осадок основной соли повышается, достигая 98% при массовом отношении А1203/Ре2(504)3 = 0,111 и 90 % НгО. В растворе оксид алюминия в результате химического взаимодействия превращается в растворимые основные сульфаты алюминия. С увеличением содержания сульфата железа(III) в системе количество прореагировавшего оксида алюминия повышается и при массовом отношении А1203/Ре2(804)з = 3 и 40 % Н20 достигает 91 %.[ …]

Протекание процесса коагуляции в значительной степени зависит от pH среды. При добавлении к воде раствора коагулянта сернокислого алюминия цроисходит гидролиз с образованием коллоидной гидроокиси алюминия. Оптимальной величиной для сточных вод данного катализаторного цроизводства является рН=7,5-8,5. На рис.1 представлена зависимость степени очистки сточных вод с содержанием взвешенных веществ 1200 мг/л от pH.[ …]

С увеличением дозы 50 %-ной серной кислоты в пределах 80-100 % стехиометрического количества при температуре 120°С и длительности процесса 1,5 ч степень разложения гидроксида алюминия возрастает. Так, для дозы кислоты 83,3 % (мол. отношение 503/А1203 = ло = 2,5) степень разложения гидроксида алюминия составляет 92,4 %, в то время как для дозы 90 % (цо = 2,7) в указанных условиях гидроксид полностью разложился. Разложение гидроксида алюминия при неполной дозе серной кислоты можно объяснить взаимодействием гидроксида с сульфатом алюминия с образованием растворимых основных солей алюминия, что более подробно обсуждается ниже.[ …]

Электрохимический метод имеет следующие преимущества перед реа-гентным: снижение нагрузки на обессоливающие установки, поскольку при его использовании в воду не поступают растворимые соли, а дозируемый алюминий полностью удаляется из воды в процессе ее предварительной очистки . Метод обескремнивания воды в электролизерах с алюминиевым анодом может быть рекомендован для предварительной подготовки воды в схемах водоподготовки на ТЭЦ и других промышленных предприятиях.[ …]

Для активирования обычно используют 1,5%-ные (в пересчете на БЮг) растворы силиката натрия при степени нейтрализации щелочности 80-85%. В случае применения активного хлора степень нейтрализации растворимого стекла повышают до 100% и даже вводят некоторый избыток его. После смешения реагентов золь некоторое время «вызревает», а затем его разбавляют водой до содержания 5Ю2 менее 1%. Наиболее перспективным способом приготовления активной кремневой кислоты является обработка жидкого стекла хлором и сульфатом алюминия , обычно используемых в процессах очистки воды.[ …]

При взаимодействии с почвенным покровом усиливаются процессы выщелачивания биогенов. При pH [ …]

Доменные и мартеновские шлаки получаются как отходы при выплавке чугуна и стали и имеют различный состав: СаО – 30-50%; Si02-12-37; А1203-Ю-15; MgO-2-10; МпО -0,4-5,6; Р205 – 0,1-3,5; S – 0,1 – 4,5%. В большинстве случаев они требуют предварительного размола. Большая часть кальция в шлаках находится в виде менее растворимых кремнекислых соединений (CaSiO3 и Ca2Si04), поэтому тонина их размола должна быть мельче, чем известковой муки. По нейтрализующей способности основные шлаки (с содержанием CaO + MgO свыше 40%) близки к углекислой извести. Эффективность их часто выше, чем извести. Это объясняется присутствием в шлаках магния, фосфора, марганца, серы и других элементов питания растений. Кроме того, содержащаяся в них кремневая кислота может уменьшать количество подвижного алюминия в почвах и способствовать лучшему усвоению фосфора растениями. Для дерново-подзолистых почв в районах, близко расположенных от металлургических заводов, доменные шлаки, богатые известью, являются ценным удобрением.[ …]

Соединения фтора представляют собой еще одну группу специфических веществ, присутствие которых установлено в атмосферном воздухе ряда населенных мест и которые могут оказать значительное влияние на здоровье человека. В атмосферном воздухе обнаружены различные фтористые соединения – от сравнительно хорошо растворимых в жидких средах организма до совершенно нерастворимых; от крайне раздражающего и коррозирующего фтористого водорода до относительно инертных соединений. Основными промышленными процессами, которые сопровождаются выбросом в атмосферу фтористых соединений, являются производство искусственных удобрений, производство алюминия и некоторые способы производства стали.[ …]

Прибавка урожая от извести и минеральных удобрений при совместном их внесении в большинстве случаев бывает значительно выше суммы прибавок от раздельного использования этих удобрений. Особенно резко повышается при известковании эффективность физиологически кислых аммиачных и калийных удобрений. Эти удобрения при систематическом внесении на малобуферных кислых дерново-подзолистых почвах вызывают дальнейшее их подкжсление. Поэтому при систематическом внесении таких удобрений на неизвесткованной почве прибавки урожая постепенно снижаются, а в последующие годы в результате сильного подкисления почвы урожай может быть ниже, чем на контроле. Положительное влияние извести на эффективность физиологически кислых форм минеральных удобрений сильнее проявляется при внесении их под культуры, чувствительные к повышенной кислотности (свекла, кукуруза, пшеница), и меньше или вовсе не проявляется при; применении под культуры, устойчивые к кислой реакции. Действие известкования на эффективность фосфорных удобрений зависит от свойств почвы и форм этих удобрений. Эффективность растворимых фосфорных удобрений [например, суперфосфата Са(Н2Р04)2] на сильнокислых почвах со значительным содержанием подвижных соединений алюминия и железа от известкования заметно повывзается. При внесении извести в нормальной дозе подвижные соединения алюминия и железа переходят в нерастворимые формы, поэтому уменьшается химическое закрепление ими фосфора суперфосфата и повышается использование его растениями.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН

ДЖИЗАКСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

На теме: Соединения алюминия и алюминатные растворы

Ваккосов Собир Сайфуллаевич

Джизак 2010

1. Соединения алюминия и алюминатные растворы окись и гидроокись алюминия

Безводная окись алюминия образует несколько полиморфных разновидностей, или форм, имеющих одинаковый химический состав, но различное строение кристаллической решетки и, следовательно, термической обработкой . При производстве глинозема большое значение имеют две из них: б-Аl2О3 (альфа-глинозем) и г-Al2O3 (гамма-глинозем).

б-Аl2О3 или корунд — наиболее устойчивая форма глинозема; встречается в природе в виде бесцветных или окрашенных примесями кристаллов, а также получается искусственным путем: при кристаллизации расплавленного глинозема или нагреве гидроокисей алюминия до высокой температуры. Кристаллизуется б-А12О3 в гексагональной системе. Он обладает химической стойкостью и высокой твердостью (9 по шкале Мооса), практически не гигроскопичен, т. е. не поглощает влаги при хранении. Плотность его 3,9 – 4,0 г/см3.

г-Al2O3 имеет малоустойчивую кристаллическую решетку кубической системы, В природе он не встречается, а образуется при нагреве одноводной окиси алюминия (бемита) до 500 – 550 °С. При дальнейшем нагревании г-Al2O3 превращается в б-А12О3 . Это превращение начинается при 950° С и полностью заканчивается при 1200° С. г-Al2O3, в отличие от б-А12О3, гигроскопичен и легко растворяется как в кислотах, так и в щелочах. Плотность г-Al2O3 – 3,77 г/см3. При 400 – 500 °С г-Al2O3 легко взаимодействует с фтористым водородом, образуя A1F3.

Безводная окись алюминия — очень прочное химическое соединение. Температура плавления ее равна 2050 °С, температура кипения около 3000 °С . Теплота образования глинозема по реакции 2А1ТВ + 1,5О2 = Al2O3 составляет примерно 400 ккал/моль, теплота плавления 6 ккал/моль. Кристаллическая решетка безводного глинозема имеет ионное строение и построена из ионов Al3+ и О2-.

Безводная окись алюминия является конечным продуктом процесса производства глинозема. В самом же процессе приходится иметь дело с водными окислами: диаспорой, бемитом, гидраргиллитом, байеритом.

Диаспор и бемит — полиморфные разновидности одноводной окиси алюминия. По химическому составу их можно рассматривать как метаалюминиевую кислоту А1ООН, HAlO2 .

Диаспор и бемит встречаются в природе, входя в состав диаспоробемитовых бокситов. Кристаллизуются они в ромбической системе. Элементарная ячейка кристаллической решетки диаспора и бемита состоит из ионов А13+, ОН-, О2-. Плотность диаспора 3,3 – 3,5 г/см3, бемита 3,01 – 3,06 г/см3. При нагреве до 500 – 550 °С диаспор и бемит теряют кристаллизационную влагу, превращаясь в безводный глинозем.

Байерит имеет такую же химическую формулу, что я гидраргиллит, но кристаллизуется в гексагональной системе. В природе байерит не встречается. Образуется он при старении коллоидной гидроокиси алюминия в течение 10 – 20 дней, а также при медленном пропускании углекислого газа через алюминатный раствор при комнатной температуре. Байерит — неустойчивое метастабильное соединение, и при обыкновенной температуре превращается в гидраргиллит .

Алюмогель. При быстром осаждении гидроокиси алюминия из солевых растворов образуется студенистый осадок (алюмогель), не имеющий кристаллического строения, содержащий большое количество воды и обладающий высокой химической активностью. Алюмогель, как и байерит, неустойчив и с течением времени превращается в гидраргиллит. Кристаллизация алюмогеля происходит медленно и сопровождается обезвоживанием.

АЛЮМИНАТЫ, АЛЮМИНАТНЫЕ РАСТВОРЫ

Окись алюминия — соединение амфотерное, т. е. обладающее одновременно основными и кислотными свойствами . Поэтому окись алюминия, а также ее гидроокиси растворяются как в кислотах, так и в щелочах.

При растворении гидроокиси алюминия в кислотах образуются алюминиевые соли соответствующих кислот, например

2А1(ОН)3 + 3H2SO4 = Al2(SO4)3 + 6Н2О.

При растворении гидроокиси алюминия в щелочах образуются соли метаалюминиевой кислоты, которые носят название алюминатов, например

Аl(ОН)3 + NaOH = NaAlO2 + 2Н2О.

Алюминаты образуются также при нагревании смеси окиси или гидроокиси алюминия с соединениями щелочных или щелочноземельных металлов до температуры 800 °С и выше, например

Al2O3 + Na2CO3 = 2NaA1О2 + CO2.

Часто формулу алюмината пишут иначе — Na2O*Al2O3.

Получение глинозема щелочными способами связано с получением водных растворов алюминатов натрия, а в некоторых случаях и калия. Характерным свойством алюминатных растворов является их способность самопроизвольно разлагаться с выделением в осадок гидроокиси алюминия. Поэтому промышленные алюминатные растворы всегда содержат некоторое количество свободной щелочи, которая делает алюминатный раствор более стойким .

Состав алюминатных растворов, прежде всего, характеризуется концентрацией глинозема и щелочи, которая обычно выражается в граммах на литр раствора. Щелочь, присутствующую в растворе, подразделяют на свободную, алюминатную и карбонатную. Свободная щелочь находится в растворе в виде NaOH; алюминатная — в виде алюмината натрия и карбонатная (Na2Oy) – в виде Na2СО3. Сумму свободной и алюминатной щелочи называют каустической (Na2Ok), а сумму каустической и карбонатной — общей Na2ООбщ.

Для перехода от концентрации раствора в процентах к концентрации в граммах на литр пользуются формулами:

где п — концентрация Na2O, г/л;

а — концентрация Al2O3, г/л;

р–плотность раствора, г/см3.

Молярное отношение концентраций каустической щелочи и окиси алюминия в растворе называют каустическим модулем, а молярное отношение концентрации общей щелочи и окиси алюминия — общещелочным модулем.

Каустический модуль — очень важный показатель, характеризующий данный раствор. Подсчитаем, например, каустический модуль алюминатного раствора, содержащего 200 г/л Na2OK и 180 г/л А12О3.

где 62 и 102 – молекулярные массы Na2O и А12О3.

На природу алюминатных растворов существует несколько взглядов. Согласно наиболее распространенному из них, алюминатный раствор представляет собой раствор алюмината натрия (или калия) как химического соединения NaAlO2, т. е. является истинным раствором . Значит, алюминат натрия можно рассматривать как соль, образованную слабой кислотой (гидроокись алюминия) и.сильным основанием (едкий натр). Как известно, такие соли способны подвергаться обменному разложению с водой (гидролизу) с образованием малодиссоциированной или труднорастворимой кислоты и основания. В нашем случае — по реакции

NaAlO2 + 2Н2О = NaOH + Аl(ОН)3.

По данным большинства исследователей, алюминат натрия в растворе находится не в виде молекул NaAlO2, а в виде катионов Na+, комплексных анионов типа Аl(ОН)4-, Аl(ОН)2-, Аl(ОН)63- и им подобных, образовавшихся из остатка АlO2-, молекул воды и ионов ОН- .

Поэтому уравнения процессов растворения алюмината натрия и его гидролиза точнее было бы писать в ионной форме, например,

при растворении

NaAlO2 +2H2O = Na+ (aq) + Al (ОН)4- (aq),

при гидролизе

Na+ (aq) + Al(OH)4- (aq) = Na+ (aq) + OH- (aq) + Al (OH)3.

Однако ввиду того, что состав комплексных анионов изменяется в зависимости от концентрации раствора и до сих пор точно не установлен, мы и в дальнейшем будем принимать для алюмината натрия в растворе формулу NaAlO2.

2. Диаграмма равновесных состояний системы

Аl2О3 – Na2O – Н2О

Реакция гидролиза алюмината натрия обратима, т. е. протекает одновременно в противоположных направлениях. Если скорость прямой реакции больше скорости обратной, то происходит разложение алюмината натрия с образованием кристаллической гидроокиси алюминия. Если же, наоборот, скорость обратной реакции больше скорости прямой, то происходит растворение гидроокиси алюминия с образованием алюмината натрия. Как увеличение концентрации едкой щелочи, так и повышение температуры приводит к сдвигу равновесия справа налево, т. е. к растворению Аl(ОН)3; разбавление же растворов и охлаждение их способствует разложению алюминатного раствора и выпадению гидроокиси алюминия в осадок .

При равенстве скоростей обеих реакций устанавливается химическое равновесие, которое характеризуется тем, что концентрация реагирующих веществ при неизменных условиях не изменяется. Полученный при этом алюминатный раствор называют равновесным. Каждому равновесному раствору при данной температуре соответствует совершенно определенная концентрация Na2O и Аl2О3 в нем . Отложив эти концентрации на осях координат и соединив полученные точки, мы получим изотерму равновесия алюминатного раствора.

На рис. 1.1 показаны изотермы равновесия алюминатных растворов для ряда температур (30, 60, 150 и 200 °С). Каждая изотерма представляет собой непрерывный ряд растворов едкого натра, насыщенных гидроокисью алюминия при данной температуре, и имеет вид кривой, состоящей из двух пересекающихся ветвей.

Вся диаграмма может быть разделена на ряд областей. Выше левых ветвей изотерм находится область пересыщенных (метастабильных) растворов. Концентрация глинозема в них превышает равновесную. Поэтому растворы, находящиеся в этой области, нестойки и разлагаются с выделением гидроокиси алюминия.

Точки, расположенные непосредственно на левых ветвях изотерм, отвечают равновесию алюминатных растворов с гидраргиллитом (для температур 30, 60 и 95 0С) и с бемитом (для температур 150 и 200 °С).

Между ветвями изотерм находится область ненасыщенных растворов. Концентрация глинозема в этих растворах ниже равновесной, поэтому они стойки при данной температуре .

Выше правых ветвей находится область пересыщенных растворов алюмината натрия в едком натре, а точки, расположенные на этих ветвях, отвечают равновесию раствора едкой щелочи с алюминатом натрия. На состав алюмината натрия, выпадающего из растворов с высокой концентрацией Na2O, имеются различные взгляды. В литературе приводятся следующие формулы алюмината: 3Na2O – Аl2О3 – 6Н2О (трехнатриевый гидроалюминат), Na2O – Al2O3 – 2,5H2O и Na2O – Al2O3 – 3Н2О (мононатриевый гидроалюминат) и др.

Рис. 1.1 Изотермы системы Аl2О3 – Na2O – Н2О О 5 10 15 20 25 30 35 40 45

Точка пересечения правой и левой ветвей изотермы отвечают раствору, который одновременно является равновесным как по отношению к гидроокиси алюминия, так и по отношению к алюминату натрия. На лучах (пунктирные линии) располагаются растворы с одинаковым каустическим модулем.

Изотермы системы А12О3 – Na2O – Н2О имеют большое теоретическое значение. Они позволяют судить о поведении алюминатных растворов в зависимости от их концентрации и температуры. Например, алюминатный раствор, отвечающий по своему составу точке о (каустический модуль раствора 2,47), при температуре 30 °С пересыщен гидраргиллитом . Поэтому он будет самопроизвольно разлагаться с выделением в осадок Аl(ОН)3. В результате разложения концентрация Аl2О3 в растворе будет уменьшаться, а концентрация Na2O возрастать, т. е. состав раствора будет изменяться по прямой ak. Разложение данного раствора должно продолжаться до тех пор, пока концентрация Аl2О3 в нем не станет равновесной. Этой концентрации отвечает точка k на левой ветви изотермы для 30 °С.

Тот же самый раствор, т. е. раствор, отвечающий по своему составу точке а, при температуре 60 °С уже не насыщен гидраргиллитом. Поэтому при 60 0С в нем можно растворить некоторое количество гидроокиси алюминия, пока его концентрация не станет равновесной (точка т на левой ветви изотермы для 60 °С).

Чтобы вызвать гидролиз того или иного алюминатного раствора, необходимо его перевести в область пересыщенных растворов. Этого можно достигнуть или снижением температуры раствора или разбавлением раствора водой. Так, мы уже видели, что если раствор, отвечающий по своему составу точке а и имеющий температуру 60 0С, охладить до 30 0С, то он перейдет в область пересыщенных растворов и будет разлагаться . Если тот же самый раствор разбавить водой, то концентрация А12О3 и Na2O в нем уменьшится, но каустический модуль останется прежним. Следовательно, раствор переместится вдоль луча 2,47 по направлению к началу координат. Положим, что он переместится в точку в. Раствор, отвечающий по своему составу точке в и имеющий температуру 60 °С, находится в области пересыщенных растворов и будет разлагаться.

3. Стойкость алюминатных растворов

Следует различать теоретическую стойкость алюминатных растворов и практическую. Практически стойкими называют такие растворы, которые могут существовать без видимого разложения в течение достаточного для производственных целей времени, хотя концентрация глинозема в них может быть и выше равновесной . Обусловлено это тем, что алюминатный раствор, даже будучи пересыщенным, разлагается очень медленно.

На практическую стойкость алюминатных растворов оказывает влияние ряд факторов: каустический модуль раствора, его концентрация и температура, наличие в растворе осадка гидроокиси алюминия и некоторых примесей, перемешивание раствора и др.

С повышением каустического модуля стойкость алюминатных растворов возрастает. Алюминатные растворы с каустическим модулем ниже единицы вообще не могут существовать. Стойкими при обыкновенной температуре можно считать растворы с каустическим отношением не менее 1,4.

С понижением концентрации алюминатного раствора его стойкость падает. Однако очень сильное разбавление раствора (до 8 – 25 г/л Аl2О3) вновь приводит к повышению его стойкости .

С понижением температуры до 30 °С стойкость алюминатных растворов понижается. Дальнейшее снижение температуры приводит к повышению стойкости, что, вероятно, объясняется значительным ростом вязкости раствора.

Присутствие в растворе кремнезема, соды, органических и некоторых других примесей повышает его стойкость. Промышленные алюминатные растворы всегда содержат кремнезем и характеризуются кремневым модулем (весовым отношением А12О3 к SiO2 в растворе) .

Теоретическую стойкость алюминатного раствора можно характеризовать степенью его пресыщения, под которой понимают отношение концентрации Аl2О3 в пересыщенном растворе к концентрации Аl2О3 в соответствующем равновесном растворе:

Степень пресыщения раствора легко определить по диаграмме равновесных состояний системы Аl2О3 – Na2O – Н2О. Для этого необходимо через точку, отвечающую составу данного раствора, и точку гидраргиллита провести прямую продолжить ее до пересечения с изотермой растворимости гидраргиллита при данной температуре . Точка пересечения прямой с изотермой покажет состав равновесного раствора, после чего легко рассчитать степень пресыщения интересующего нас раствора.

В промышленности приходится иметь дело с алюминатными растворами различных концентраций. Концентрация Аl2О3 в них изменяется от 60 до 250 г/л, Na2O – от 100 до 300 г/л и выше, каустический модуль от 1,25 до 4 и выше. Такие свойства алюминатных растворов, как плотность, температура кипения, вязкость, электропроводность, поверхностное натяжение, также изменяются в широких пределах в зависимости от их концентрации и наличия примесей. Поэтому при оценке того или иного алюминатного раствора приходится обращаться к экспериментальным или практическим данным.

4. Соли алюминия

Сульфат алюминия Al2(SO4)3 (безводный) устойчив выше 104 0С. При обычной температуре устойчив кристаллогидрат A12(SO4)3 * 18Н2О, а ниже 9,5 °С – A12(SO4)3 * 27Н2О.

При нагреве до 600 °С безводный сульфат алюминия начинает разлагаться:

Al2(SO4)3 = Al2O3 + 3SO3

Разложение протекает очень медленно и заканчивается при температуре около 1200 °С. В присутствии восстановителя (СО, Н2 и др.) разложение ускоряется и заканчивается при более низкой температуре.

Сульфат алюминия хорошо растворяется в воде, с повышением температуры растворимость его увеличивается.

Сырьем для получения сульфата алюминия в промышленности служит глина. Глину обжигают при 700 – 800 °С, а затем обрабатывают 75 % – ной серной кислотой при 100 – 117 °С. Раствор сульфата отделяют от нерастворивщегося остатка и упаривают. При охлаждении упаренного раствора из него выпадают кристаллы Al2(SO4)3*I8H2O . Этим способом получают очищенный сульфат алюминия. Неочищенный продукт получают, обрабатывая необожженную глину концентрированной серной кислотой при 100 – 105 °С.

Алюминиевые квасцы образуются при добавке к раствору сульфата алюминия сульфатов одновалентных оснований. Химическая формула квасцов – Me2SO4 * Al2(SO4)3 * 24Н2О, где Me –катион одновалентного металла (К, Na и др.) или NH4+.

Алюминиевые квасцы хорошо растворяются в горячей воде. С понижением температуры их растворимость резко падает. Это свойство алюминиевых квасцов может быть использовано для очистки гидроокиси алюминия от соединений железа и других примесей. При кристаллизации алюминиевых квасцов из насыщенного раствора примеси в осадок не переходят, а остаются в растворе.

Гидроокись алюминия из квасцов выделяется при обработке их аммиачным раствором:

(NH4)2 SO4*Al2(SO4)3 * 24H2O + 6NH4OH = 2Al(ОН)3 + 4(NH4)2SO4 + 24H2O

Нитрат алюминия Al(NO3)3 при температуре от – 16 до 70 °С устойчив в виде кристаллогидрата Al(NO3)3 * 9Н2О. При 75 – 105 °С из его водных растворов выделяется Al(NO3)3*8Н2О, выше 105°С – Al(NO3)3*6H2O.

Добавка к раствору нитрата азотной кислоты снижает его растворимость. В зависимости от концентрации свободной азотной кислоты изменяется состав кристаллогидратов, выпадающих из раствора.

При нагреве до 135 °С Al(NO3)3 * 6Н2О начинает разлагаться с выделением окислов азота и паров воды. Удаление окислов азота заканчивается при 300 – 400 °С, в остатке остается окись алюминия.

В промышленности нитрат алюминия получают растворением гидроокиси алюминия в азотной кислоте. Раствор нитрата упаривают. При охлаждении, а также при добавке к упаренному раствору азотной кислоты из него выкристаллизовывается Al(NO3)3*9H2O.

Хлористый алюминий АlСl3 получают хлорированием обезвоженного каолина, боксита или окиси алюминия в присутствии восстановителя при температуре около 1000 °С:

Аl2О3 * 2SiO2 + 3С + 3С12 = 2А1Сl3 + 3СО + 2SiO2.

При нагреве до 180 °С А1С13 возгоняется, не плавясь.

Хлористый алюминий хорошо растворяется в воде. Из пересыщенного раствора А1С13 кристаллизуется в виде кристаллогидрата А1С13*6Н2О. Насыщением раствора хлористым водородом можно практически полностью перевести хлорид алюминия в осадок.

Получить безводный А1С13 нагревом А1С13 * 6Н2О не удается, так как происходит гидролиз хлорида с образованием окиси алюминия, хлористого водорода и паров воды:

2 (А1С13 * 6H2O) = А12О3 + 6HCI + 9H2O.

Указанная реакция протекает при температуре около 180 °С .

Нитрид алюминия AlN получает нагревом алюминия вместе с аммиаком:

2Al +NH3 = 2AlN + 3H2

Чистый нитрид алюминия представляет собой белый порошок, устойчивый до 2000 °С.

Нитрид алюминия может быть также получен нагревом смеси окиси алюминия или боксита с углем до 1700 °С и выше в токе азота:

Аl2О3 + 3С + N2 = 2A1N + 3СО.

В щелочном растворе нитрид алюминия разлагается с образованием аммиака и алюмината натрия:

A1N + NaOH + 2Н2О = NaAlO2 + NH4OH.

Из раствора алюмината натрия может быть выделена гидроокись алюминия и регенерирована щелочь. Переработка боксита через нитрид алюминия предлагалась в свое время для получения гидроокиси алюминия и аммиака.

Сульфид алюминия A12S3 может быть получен нагревом окиси алюминия вместе с сульфидом другого металла в присутствии восстановителя:

Аl2О3 + 3FeS + 3С = Al2S3 + 3Fe + 3СО.

Сульфид алюминия плавится при 1100 °С; в расплавленном состоянии он хорошо растворяет глинозем .

При нагревании на воздухе A12S3 сгорает до А12О3 и SO3. Водой он полностью разлагается по реакции

A12S3 + 6Н2О = 2Al(ОН)3 + 3H2S.

На приведенных реакциях получения сульфида алюминия и его разложения водой основан способ получения глинозема, предложенный Хаглундом.

Шихта, состоящая из боксита, кокса, пирита FeS2 и железного скрапа, вводится в электропечи при 1500 – 1600 °С.

Пирит плавиться в шихту из расчета образования около 20 % Al2S3 от Al2O3, содержащегося в шихте. Непрореагирвавшая окись алюминия растворяется в сульфиде алюминия .

Наряду с сульфидно-глиноземным шлаком в печи образуется ферросплав, в который переходит восстановившееся железо, кремний и титан. Большая разность удельных весов между ферросплавом и шлаком позволяет выпускать их из печи отдельно.

При последующей обработке остывшего шлака водой сульфид алюминия разлагается с образованием гидроокиси алюминии и сероводорода, а окись алюминия остается без изменения.

Окись алюминия отделяют от гидроокиси в классификаторе.

Так как гидроокись алюминия загрязнена примесями и очень дисперсна, то ее возвращают в шихту восстановительной плавки.

5. Соединения сопутствующих элементов

алюминий гидролиз раствор полиморфный

При производстве глинозема из руд щелочными способами в результате взаимодействия между отдельными компонентами шихты, кроме алюминатов натрия и калия, образуется целый ряд других соединений, которые мы назовем соединениями сопутствующих элементов . К их числу относятся силикат натрия, алюмосиликат натрия, двухкальциевый силикат, алюминаты кальция и др.

Силикат натрия образуется в результате взаимодействия кремнезема с раствором щелочи, а также при нагреве до высокой температуры смеси кремнезема с содой:

SiO2 + 2NaOH = Na2SiО3 + Н2О,

SiO2 + Na2СO3 = Na2O * SiO2 + CO2.

Силикат натрия хорошо растворяется в воде и щелочных растворах . При наличии в растворе алюмината натрия происходит его взаимодействие с силикатом натрия с образованием алюмосиликата натрия:

2NaAlO2 + 2Na2SiO3 + 4Н2О = Na2O * А12О3 * 2SiO2 * 2H2O + 4NaOH

В алюминатных растворах натриевый алюмосиликат имеет ограниченную растворимость, которая зависит от концентрации Аl2О3 в растворе и мало зависит от температуры. Натриевый алюмосиликат, подобно алюминату натрия, способен образовывать пересыщенные растворы. Кристаллизация алюмосиликата из пересыщенного раствора идет медленно, поэтому для достижения равновесной концентрации требуется продолжительное время.

Феррит натрия образуется в результате взаимодействия окиси железа с содой при температуре выше 700 °С:

Fe2O3 + Na2CO3 = Na2O * Fе2O3 + CO2.

При соприкосновении с водой феррит натрия подвергается гидролизу с образованием нерастворимой гидроокиси железа:

Na2O * Fe2O3 + 4Н2О = 2Fe(OH)3 + 2NaOH.

Скорость разложения феррита натрия увеличивается с повышением температуры поды . Например, при обработке тонкоизмельченного феррита натрия водой при 75 °С феррит натрия за полчаса разлагается на 85%, а при температуре воды 50 °С – только на 31 %.

Двухкальциевый силикат образуется в результате взаимодействия кремнезема с окисью кальция при высокой температуре (выше 1100 °С):

2СаО + SiO2 = 2СаО * SiO2

В зависимости от температурных условий двухкальциевый силикат может существовать в трех модификациях – б, в и г; модификация б-2СаО*SiO2 устойчива выше 1420 °С, модификация в-2CaO*SiO2 – выше. 675 °С. При 675 °С в-2CaO*SiO2 переходит в г-2СаО*SiO2. Переход высокотемпературной модификации в-2CaO*SiO2 в низкотемпературную г -2CaO*SiO2, сопровождается увеличением объема примерно на 12 %, что является причиной рассыпания спека, т. е. самопроизвольного превращения его в порошок. При быстром охлаждении в-модификация саморассыпания продукта не происходит, так как в-модификация не успевает перейти в г-модификацию. Это явление носит название «закаливания» в-модификации.

Алюминаты кальция. В системе СаО – А12О3 существует несколько химических соединений: СаО * А12О3 – однокальциевый алюминат, 5СаО * 3А12О3 – пятикальциевый трехалюминат, 3СаО*5А12О3 – трехкальциевый пятиалюминат. Образуются алюминаты кальция при нагревании смеси СаО с Al2O3 до 1000 – 1100 °С и выше .

В воде и в растворе едкого натра алюминаты кальция не растворяются, но подвергаются гидратации с образованием нерастворимого трехкальциевого гидроалюмината:

3 (СаО * А12О3) + 12Н2О = 3СаО * A12O3 * 6Н2О + 4Аl(ОН)3.

В растворе соды алюминаты кальция, а также трехкальциевый гидроалюминат способны растворяться с образованием алюмината натрия, переходящего в раствор, и углекислого кальция, остающегося в осадке:

СаО * А12О3 + Nа2СО3 = 2NaAlO2 + CaCO3,

3СаО * Al2O3 * 6Н2О + 3Na2CO3 = 2NaAlO2 + 3СаСО3 + 4NaOH + 4H2O.

Список использованной литературы

1. Наша главная задача – дальнейшее развитие страны и повышение благосостояния народа. И.А.Каримов. Ташкент. «Узбекистан». 2010. 72. с.

2. Мировой финансово – экономический кризис, пути и меры по его преодолению в условиях Узбекистана. И.А.Каримов. Ташкент. «Узбекистан». 2009. 48 с.

3. А.И.Сушков, И.А.Троцкий. Металлургия алюминия. Москва. «Металлургия». 1965. 520 с.

4. Химия и технология глинозема. / отв. редак. М.Г.Манвелян. Труды совещания. Ереван. 1964. 532 с.

5. Химия и технология глинозема. / отв. редак. А.Т.Логвиненко. Труды совещания. Новосибирск. 1971. 474 с.

6. В.А.Мазель. Производство глинозема. Москва-Ленинград. «Литературы по черной и цветной металлургии». 1940. 320 с.

7. Э.А.Арипов, М.З.Закиров, К.С.Ахмедов. Монтмориллонит – гидрослюдистые глины Узбекистана. Ташкент. «Фан». 1976. 136 с.

8. Кислотная переработка алюминийсодержащего сырья на глинозем. / отв. редак. Х.Р.Исматов. Ташкент. «Фан». 1974. 92 с.

9. Н.И.Уткин. Цветная металлургия. Москва. «Металлургия». 1990. 448 с.

10. В.С.Синельникова, В.А.Подергин, В.Н.Речкин. Алюминиды. Киев. «Наукова думка». 1965. 243 с.

11. Физико-химические исследования глинистых минералов и силикатных материалов. / отв. редак. С.С.Хамраев. Ташкент. «Фан». 1970. 126 с.

12. Технология коагулянтов. / отв. редак. К.В.Тикачев. Ленинград. «Химия». 1974. 128 с.

13. Х.Р.Исматов, С.А.Зайнутдинов, К.С.Ахмедов. Водорастворимые полиэлектролиты в гидрометаллургии. Ташкент. «Фан». 1972. 47 с.

Размещено на Allbest.ru

…

Подобные документы

Методы получения и характеристика основных свойств сульфата алюминия. Физико-химические характеристики основных стадий в технологической схеме процесса по производству сульфата алюминия. Расчет теплового и материального баланса производства алюминия.

курсовая работа , добавлен 25.02.2014

Роль многокомпонентных оксидов в химических процессах как катализаторов. Получение смешанных алюмооксидных носителей. Активация алюминия йодом и сулемой. Механизм гидролиза алкоголята алюминия. Анализ фазового состава модифицированных оксидов алюминия.

курсовая работа , добавлен 02.12.2012

Свойства алюминия: его получение, применение и химические свойства. Виды щелочей в алюминатных растворах. Оксиды и гидроксиды алюминия. Корунд как наиболее устойчивая форма глинозёма. Природные соединения алюминия: боксит, корунд, рубин и сапфир.

реферат , добавлен 27.03.2009

Общая характеристика алюминия как элемента периодической таблицы химических элементов. Физико-химические свойства алюминия. Химический опыт с исчезновением алюминиевой ложки. Амфотерные свойства гидроксида алюминия. Необычная реакция вытеснения.

лабораторная работа , добавлен 09.06.2014

Сырье, общая технологическая схема производства алюминия. Процесс получения глинозема, описание электролитической технологии получения алюминия. Его очистка и рафинирование. Определение технической топологии ТХС, специфика определения ее параметров.

лекция , добавлен 14.10.2009

Изучение трехслойного метода электролитического рафинирования алюминия, разработка методики расчета электролизера. Нахождение в природе алюминия и его свойства. Выбор силы и плотности тока. Расчет ошиновки. Электрический и тепловой баланс. Приход тепла.

курсовая работа , добавлен 20.11.2014

История получения алюминия. Классификация алюминия по степени чистоты и его механические свойства. Основные легирующие элементы в алюминиевых сплавах и их функции. Применение алюминия и его сплавов в промышленности и быту. Алюминий как материал будущего.

реферат , добавлен 24.07.2009

Физико-химическая характеристика алюминия. Методика определения меди (II) йодометрическим методом и алюминия (III) комплексонометрическим методом. Оборудование и реактивы, используемые при этом. Аналитическое определение ионов алюминия (III) и меди (II).

курсовая работа , добавлен 28.07.2009

Нахождение в природе алюминия, который входит в состав около 250 различных минералов. Его физические свойства и современный метод получения. Незаменимость алюминия для конструкций общестроительного назначения из-за легкости и коррозионной стойкости.

презентация , добавлен 06.04.2017

Ознакомление с химическими свойствами алюминия, его применение. Рассмотрение буквенно-цифровой и цифровой маркировки алюминиевых сплавов; их деление на деформируемые, литейные, спеченные и гранулируемые. История получения алюминия Гансом Эрстедом.