氫氧化鋁(Aluminum hydroxide),化學(xué)式Al(OH)3,是鋁的氫氧化物。氫氧化鋁既能與酸反應(yīng)生成鹽和水又能與強(qiáng)堿反應(yīng)生成鹽和水,因此也是一種***氫氧化物。化學(xué)式Al(OH)3,是鋁的氫氧化物。由于又顯一定的酸性,所以又可稱之為鋁酸(H3AlO3)。但實(shí)際與堿反應(yīng)時(shí)生成的是四羥基合鋁酸鹽([Al(OH)4]-)。因此通常在把它視作一水合偏鋁酸(HAlO2·H2O),按用途分為工業(yè)級和醫(yī)藥級兩種。
抗酸作用慢、持久、較強(qiáng),有收斂作用,有粘膜保護(hù)作用,導(dǎo)致***,不產(chǎn)生CO2(二氧化碳),無酸反 跳,無堿血癥。
氫氧化鋁與酸反應(yīng):Al(OH)3+3HCl = AlCl3+3H2O
Al(OH)3+3H+ =Al3++3H2O
氫氧化鋁與堿反應(yīng):Al(OH)3+NaOH = Na[Al(OH)4]
氫氧化鋁在堿性環(huán)境中異構(gòu)反應(yīng):Al(OH)3→HAlO2+H2O
Al(OH)3+OH-→AlO2-+2H2O
氫氧化鋁受熱分解:2Al(OH)3==加熱==Al2O3+3H2O
氫氧化鋁水中兩種電離:
1、Al(OH)3→Al3+ + 3OH-(堿式電離)
2、Al(OH)3+H2O→[Al(OH)4]-+H+(酸式電離)
其中的[Al(OH)4]-中學(xué)上習(xí)慣寫成AlO2-,但是實(shí)際上這是錯(cuò)誤的。
一般所謂的氫氧化鋁實(shí)際上是指三氧化二鋁的水合物。如向鋁鹽溶液中加入氨水或堿而得到的白色膠狀沉淀,其含水量不定,組成也不均勻,統(tǒng)稱為水合氧化鋁。只有在鋁酸鹽溶液中(含有Al(OH)4-離子)的溶液中通CO2才可得到真正的氫氧化鋁。[2]
結(jié)晶的氫氧化鋁與水合氧化鋁不同,難溶于酸,加熱到373K也不脫水,在573K加熱2h才能轉(zhuǎn)變?yōu)槠珰溲趸X(AlO(OH))。[2]
氫氧化鋁屬***氫氧化物。由于其存在兩種電離形式,既是弱酸,可以有酸式化學(xué)式H3AlO3,又是弱堿,可以有堿式化學(xué)式Al(OH)3。氫氧化鋁具有***,既能與酸反應(yīng)又能與堿反應(yīng)。
氫氧化鋁的酸性在于它是路易斯酸可以加合OH-,從而體現(xiàn)堿性
Al(OH)3由于兩種電離的存在,可以產(chǎn)生兩種鹽:鋁鹽和偏鋁酸鹽:
2.偏鋁酸鹽,AlO2- NaAlO2,KAlO2.它們的水溶液呈堿性:AlO2- + 2H2O → Al(OH)3 + OH- 當(dāng)兩類鹽混合時(shí),即發(fā)生雙水解反應(yīng),生成 Al(OH)3 Al3+ + 3 AlO2- + 6H2O == 4Al(OH)3↓
氫氧化鋁主要有325目、800目、1250目、5000目四個(gè)規(guī)格。白色粉末狀固體。幾乎不溶于水,能凝聚水中的懸浮物,吸附色素。
氫氧化鋁制備方法
編輯實(shí)驗(yàn)室制法
化學(xué)方程式:2Al+3H2SO4(稀)=Al2(SO4)3+3H2↑
2Al+2NaOH+6H2O=2Na[Al(OH)4]+3H2↑
Al2(SO4)3+6Na[Al(OH)4]+12H2O=8Al(OH)3↓+3Na2(SO4) 或
Al2(SO4)3+6NH3.H2O=2Al(OH)3↓+3(NH4)2SO4
離子方程式:2Al+6H+=2Al3++3H2↑
2Al3++2OH-+6H2O=2[Al(OH)4]-+3H2↑
Al3++3[Al(OH)4]-+6H2O=4Al(OH)3↓
或Al3++3NH3·H2O=Al(OH)3↓+3NH4+
①Al(OH)3是***氫氧化物,在常溫下它既能與強(qiáng)酸,又能與強(qiáng)堿反應(yīng):
Al(OH)3+3HCl=AlCl3+3H2O Al(OH)3+3H+=Al3++3H2O
Al(OH)3+NaOH=Na[Al(OH)4] Al(OH)3+OH-=[Al(OH)4]-
②Al(OH)3受熱易分解成Al2O3:2Al(OH)3==Al2O3+3H2O(規(guī)律:不溶性堿受熱均會(huì)分解)
③Al(OH)3的制備:
a、可溶性鋁鹽和氨水反應(yīng)來制備Al(OH)3
AlCl3+3NH3·H2O=Al(OH)3↓+3NH4Cl
Al2(SO4)3+6NH3·H2O=2 Al(OH)3↓+3(NH4)2SO4(Al3++3NH3·H2O=Al(OH)3↓+3NH4+)
因?yàn)閺?qiáng)堿(如NaOH)易與Al(OH)3反應(yīng),所以實(shí)驗(yàn)室不用強(qiáng)堿制備Al(OH)3,而用氨水
b、四羥基合鋁酸鈉與過量二氧化碳反應(yīng)
Na[Al(OH)4]+CO2(過)=NaHCO3+Al(OH)3↓
過量的二氧化碳不與氫氧化鋁反應(yīng),保證[Al(OH)4]-全部生成氫氧化鋁
工業(yè)生產(chǎn)
拜耳法
系奧地利拜耳(K.J.Bayer)于 1888年發(fā)明。
其原理是用***(NaOH)溶液加溫溶出鋁土礦中的氧化鋁,得到鋁酸鈉溶液。溶液與殘?jiān)ǔ嗄啵┓蛛x后,降低溫度,加入氫氧化鋁作晶種,經(jīng)長時(shí)間攪拌,鋁酸鈉分解析出氫氧化鋁,洗凈,并在950~1200℃溫度下煅燒,便得氧化鋁成品。析出氫氧化鋁后的溶液稱為母液,蒸發(fā)濃縮后循環(huán)使用?!∮捎?a target="_blank">三水鋁石、一水軟鋁石和一水硬鋁石的結(jié)晶構(gòu)造不同,它們在***溶液中的溶解性能有很大差異,所以要提供不同的溶出條件,主要是不同的溶出溫度。三水鋁石型鋁土礦可在125~140℃下溶出,一水硬鋁石型鋁土礦則要在240~260℃并添加石灰(3~7%)的條件下溶出?,F(xiàn)代拜耳法的主要進(jìn)展在于:①設(shè)備的大型化和連續(xù)操作;②生產(chǎn)過程的自動(dòng)化;③節(jié)省能量,例如高壓強(qiáng)化溶出和流態(tài)化焙燒;④生產(chǎn)砂狀氧化鋁以滿足鋁電解和煙氣干式凈化的需要。拜耳法的工藝流程見圖1。
拜耳法的優(yōu)點(diǎn)主要是流程簡單、***省和能耗較低,***低者每噸氧化鋁的能耗僅3×106千卡左右,堿耗一般為100公斤左右(以Na2CO3計(jì))。
拜耳法生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效果決定于鋁土礦的質(zhì)量,主要是礦石中的SiO2含量,通常以礦石的鋁硅比,即礦石中的Al2O3與SiO2含量的重量比來表示。因?yàn)樵诎荻ǖ娜艹鲞^程中,SiO2轉(zhuǎn)變成方鈉石型的水合鋁硅酸鈉(Na2O?Al2O3?1.7SiO2?nH2O),隨同赤泥排出。礦石中每公斤SiO2大約要造成1公斤Al2O3和0.8公斤NaOH的損失。鋁土礦的鋁硅比越低,拜耳法的經(jīng)濟(jì)效果越差。直到70年代后期,拜耳法所處理的鋁土礦的鋁硅比均大于7~8。由于高品位三水鋁石型鋁土礦資源逐漸減少,如何利用其他類型的低品位鋁礦資源和節(jié)能新工藝等問題,已是研究、開發(fā)的重要方向。
***燒結(jié)法
適用于處理高硅的鋁土礦,將鋁土礦、碳酸鈉和石灰按一定比例混合配料,在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)燒結(jié)成由鋁酸鈉(Na2O?Al2O3)、鐵酸鈉(Na2O?Fe2O3、原硅酸鈣(2CaO?SiO2)和鈦酸鈉(CaO?TiO2組成的熟料。然后用稀堿溶液溶出熟料中的鋁酸鈉。此時(shí)鐵酸鈉水解得到的NaOH也進(jìn)入溶液。如果溶出條件控制適當(dāng),原硅酸鈣就不會(huì)大量地與鋁酸鈉溶液發(fā)生反應(yīng),而與鈦酸鈣、Fe2O3?H2O 等組成赤泥排出。溶出熟料得到的鋁酸鈉溶液經(jīng)過專門的脫硅過程,SiO2O形成水合鋁硅酸鈉(稱為鈉硅渣)或水化石榴石3CaO?Al2O3?xSiO2?(6-2x)H2O沉淀(其中x≈0.1),而使溶液提純。把CO2氣體通入精制鋁酸鈉溶液,和加入晶種攪拌,得到氫氧化鋁沉淀物和主要成分是碳酸鈉的母液。氫氧化鋁經(jīng)煅燒成為氧化鋁成品。水化石榴石中的Al2O3可以再用含Na2CO3母液提取回收。
***燒結(jié)法的主要化學(xué)反應(yīng)如下:
燒結(jié):
Al2O3+Na2CO3─→Na2O?Al2O3+CO2
Fe2O3+Na2CO3─→Na2O?Fe2O3+CO2
SiO2+2CaCO3─→2CaO?SiO2+2CO2
TiO2+CaCO3─→CaO?TiO2+CO2
熟料溶出:
Na2O?Al2O3+4H2O─→2NaAl(OH)4(溶解)
⒈7 Na2SiO3+2NaAl(OH)4─→Na2O?Al2O3?1.7SiO2?nH2O↓+3.4NaOH
3 Ca(OH)2+2NaAl(OH)4+x Na2SiO3─→ 3CaO?Al2O3?x SiO2?(6-2x)H2O↓+2(1+x)NaOH
分解:
2NaOH+CO2─→Na2CO3+H2O
NaAl(OH)4─→Al(OH)3↓+NaOH
中國***燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁的主要技術(shù)成就是:在熟料燒成中采用低堿比配方,在熟料溶出工藝中采用二段磨料和低分子比溶液,以***溶出時(shí)的副反應(yīng)損失,使熟料中Na2O和Al2O3的溶出率分別達(dá)到94~96%和92~94%。Al2O3的總回收率約90%,每噸氧化鋁的Na2CO3的消耗量約95公斤。***燒結(jié)法可以處理拜耳法不能經(jīng)濟(jì)地利用的低品位礦石,其鋁硅比可低至3.5,且原料的綜合利用較好,有其特色。
抗酸作用慢、持久、較強(qiáng),有收斂作用,有粘膜保護(hù)作用,導(dǎo)致***,不產(chǎn)生CO2(二氧化碳),無酸反 跳,無堿血癥。
氫氧化鋁與酸反應(yīng):Al(OH)3+3HCl = AlCl3+3H2O
Al(OH)3+3H+ =Al3++3H2O
氫氧化鋁與堿反應(yīng):Al(OH)3+NaOH = Na[Al(OH)4]
氫氧化鋁在堿性環(huán)境中異構(gòu)反應(yīng):Al(OH)3→HAlO2+H2O
Al(OH)3+OH-→AlO2-+2H2O
氫氧化鋁受熱分解:2Al(OH)3==加熱==Al2O3+3H2O
氫氧化鋁水中兩種電離:
1、Al(OH)3→Al3+ + 3OH-(堿式電離)
2、Al(OH)3+H2O→[Al(OH)4]-+H+(酸式電離)
其中的[Al(OH)4]-中學(xué)上習(xí)慣寫成AlO2-,但是實(shí)際上這是錯(cuò)誤的。
一般所謂的氫氧化鋁實(shí)際上是指三氧化二鋁的水合物。如向鋁鹽溶液中加入氨水或堿而得到的白色膠狀沉淀,其含水量不定,組成也不均勻,統(tǒng)稱為水合氧化鋁。只有在鋁酸鹽溶液中(含有Al(OH)4-離子)的溶液中通CO2才可得到真正的氫氧化鋁。[2]
結(jié)晶的氫氧化鋁與水合氧化鋁不同,難溶于酸,加熱到373K也不脫水,在573K加熱2h才能轉(zhuǎn)變?yōu)槠珰溲趸X(AlO(OH))。[2]
氫氧化鋁屬***氫氧化物。由于其存在兩種電離形式,既是弱酸,可以有酸式化學(xué)式H3AlO3,又是弱堿,可以有堿式化學(xué)式Al(OH)3。氫氧化鋁具有***,既能與酸反應(yīng)又能與堿反應(yīng)。
氫氧化鋁的酸性在于它是路易斯酸可以加合OH-,從而體現(xiàn)堿性
Al(OH)3由于兩種電離的存在,可以產(chǎn)生兩種鹽:鋁鹽和偏鋁酸鹽:
2.偏鋁酸鹽,AlO2- NaAlO2,KAlO2.它們的水溶液呈堿性:AlO2- + 2H2O → Al(OH)3 + OH- 當(dāng)兩類鹽混合時(shí),即發(fā)生雙水解反應(yīng),生成 Al(OH)3 Al3+ + 3 AlO2- + 6H2O == 4Al(OH)3↓
氫氧化鋁主要有325目、800目、1250目、5000目四個(gè)規(guī)格。白色粉末狀固體。幾乎不溶于水,能凝聚水中的懸浮物,吸附色素。
氫氧化鋁制備方法
編輯實(shí)驗(yàn)室制法
化學(xué)方程式:2Al+3H2SO4(?。?Al2(SO4)3+3H2↑
2Al+2NaOH+6H2O=2Na[Al(OH)4]+3H2↑
Al2(SO4)3+6Na[Al(OH)4]+12H2O=8Al(OH)3↓+3Na2(SO4) 或
Al2(SO4)3+6NH3.H2O=2Al(OH)3↓+3(NH4)2SO4
離子方程式:2Al+6H+=2Al3++3H2↑
2Al3++2OH-+6H2O=2[Al(OH)4]-+3H2↑
Al3++3[Al(OH)4]-+6H2O=4Al(OH)3↓
或Al3++3NH3·H2O=Al(OH)3↓+3NH4+
①Al(OH)3是***氫氧化物,在常溫下它既能與強(qiáng)酸,又能與強(qiáng)堿反應(yīng):
Al(OH)3+3HCl=AlCl3+3H2O Al(OH)3+3H+=Al3++3H2O
Al(OH)3+NaOH=Na[Al(OH)4] Al(OH)3+OH-=[Al(OH)4]-
②Al(OH)3受熱易分解成Al2O3:2Al(OH)3==Al2O3+3H2O(規(guī)律:不溶性堿受熱均會(huì)分解)
③Al(OH)3的制備:
a、可溶性鋁鹽和氨水反應(yīng)來制備Al(OH)3
AlCl3+3NH3·H2O=Al(OH)3↓+3NH4Cl
Al2(SO4)3+6NH3·H2O=2 Al(OH)3↓+3(NH4)2SO4(Al3++3NH3·H2O=Al(OH)3↓+3NH4+)
因?yàn)閺?qiáng)堿(如NaOH)易與Al(OH)3反應(yīng),所以實(shí)驗(yàn)室不用強(qiáng)堿制備Al(OH)3,而用氨水
b、四羥基合鋁酸鈉與過量二氧化碳反應(yīng)
Na[Al(OH)4]+CO2(過)=NaHCO3+Al(OH)3↓
過量的二氧化碳不與氫氧化鋁反應(yīng),保證[Al(OH)4]-全部生成氫氧化鋁
工業(yè)生產(chǎn)
拜耳法
系奧地利拜耳(K.J.Bayer)于 1888年發(fā)明。
其原理是用***(NaOH)溶液加溫溶出鋁土礦中的氧化鋁,得到鋁酸鈉溶液。溶液與殘?jiān)ǔ嗄啵┓蛛x后,降低溫度,加入氫氧化鋁作晶種,經(jīng)長時(shí)間攪拌,鋁酸鈉分解析出氫氧化鋁,洗凈,并在950~1200℃溫度下煅燒,便得氧化鋁成品。析出氫氧化鋁后的溶液稱為母液,蒸發(fā)濃縮后循環(huán)使用?!∮捎?a target="_blank">三水鋁石、一水軟鋁石和一水硬鋁石的結(jié)晶構(gòu)造不同,它們在***溶液中的溶解性能有很大差異,所以要提供不同的溶出條件,主要是不同的溶出溫度。三水鋁石型鋁土礦可在125~140℃下溶出,一水硬鋁石型鋁土礦則要在240~260℃并添加石灰(3~7%)的條件下溶出?,F(xiàn)代拜耳法的主要進(jìn)展在于:①設(shè)備的大型化和連續(xù)操作;②生產(chǎn)過程的自動(dòng)化;③節(jié)省能量,例如高壓強(qiáng)化溶出和流態(tài)化焙燒;④生產(chǎn)砂狀氧化鋁以滿足鋁電解和煙氣干式凈化的需要。拜耳法的工藝流程見圖1。
拜耳法的優(yōu)點(diǎn)主要是流程簡單、***省和能耗較低,***低者每噸氧化鋁的能耗僅3×106千卡左右,堿耗一般為100公斤左右(以Na2CO3計(jì))。
拜耳法生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效果決定于鋁土礦的質(zhì)量,主要是礦石中的SiO2含量,通常以礦石的鋁硅比,即礦石中的Al2O3與SiO2含量的重量比來表示。因?yàn)樵诎荻ǖ娜艹鲞^程中,SiO2轉(zhuǎn)變成方鈉石型的水合鋁硅酸鈉(Na2O?Al2O3?1.7SiO2?nH2O),隨同赤泥排出。礦石中每公斤SiO2大約要造成1公斤Al2O3和0.8公斤NaOH的損失。鋁土礦的鋁硅比越低,拜耳法的經(jīng)濟(jì)效果越差。直到70年代后期,拜耳法所處理的鋁土礦的鋁硅比均大于7~8。由于高品位三水鋁石型鋁土礦資源逐漸減少,如何利用其他類型的低品位鋁礦資源和節(jié)能新工藝等問題,已是研究、開發(fā)的重要方向。
***燒結(jié)法
適用于處理高硅的鋁土礦,將鋁土礦、碳酸鈉和石灰按一定比例混合配料,在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)燒結(jié)成由鋁酸鈉(Na2O?Al2O3)、鐵酸鈉(Na2O?Fe2O3、原硅酸鈣(2CaO?SiO2)和鈦酸鈉(CaO?TiO2組成的熟料。然后用稀堿溶液溶出熟料中的鋁酸鈉。此時(shí)鐵酸鈉水解得到的NaOH也進(jìn)入溶液。如果溶出條件控制適當(dāng),原硅酸鈣就不會(huì)大量地與鋁酸鈉溶液發(fā)生反應(yīng),而與鈦酸鈣、Fe2O3?H2O 等組成赤泥排出。溶出熟料得到的鋁酸鈉溶液經(jīng)過專門的脫硅過程,SiO2O形成水合鋁硅酸鈉(稱為鈉硅渣)或水化石榴石3CaO?Al2O3?xSiO2?(6-2x)H2O沉淀(其中x≈0.1),而使溶液提純。把CO2氣體通入精制鋁酸鈉溶液,和加入晶種攪拌,得到氫氧化鋁沉淀物和主要成分是碳酸鈉的母液。氫氧化鋁經(jīng)煅燒成為氧化鋁成品。水化石榴石中的Al2O3可以再用含Na2CO3母液提取回收。
***燒結(jié)法的主要化學(xué)反應(yīng)如下:
燒結(jié):
Al2O3+Na2CO3─→Na2O?Al2O3+CO2
Fe2O3+Na2CO3─→Na2O?Fe2O3+CO2
SiO2+2CaCO3─→2CaO?SiO2+2CO2
TiO2+CaCO3─→CaO?TiO2+CO2
熟料溶出:
Na2O?Al2O3+4H2O─→2NaAl(OH)4(溶解)
⒈7 Na2SiO3+2NaAl(OH)4─→Na2O?Al2O3?1.7SiO2?nH2O↓+3.4NaOH
3 Ca(OH)2+2NaAl(OH)4+x Na2SiO3─→ 3CaO?Al2O3?x SiO2?(6-2x)H2O↓+2(1+x)NaOH
分解:
2NaOH+CO2─→Na2CO3+H2O
NaAl(OH)4─→Al(OH)3↓+NaOH
中國***燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁的主要技術(shù)成就是:在熟料燒成中采用低堿比配方,在熟料溶出工藝中采用二段磨料和低分子比溶液,以***溶出時(shí)的副反應(yīng)損失,使熟料中Na2O和Al2O3的溶出率分別達(dá)到94~96%和92~94%。Al2O3的總回收率約90%,每噸氧化鋁的Na2CO3的消耗量約95公斤。***燒結(jié)法可以處理拜耳法不能經(jīng)濟(jì)地利用的低品位礦石,其鋁硅比可低至3.5,且原料的綜合利用較好,有其特色。