ГЛАВА 1. ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И ПРИМЕНЕНИЕ НИТРАТА АЛЮМИНИЯ 1.1. Свойства и технические характеристики нитрата алюминия Нитрат алюминия (Aluminium nitrate) — это неорганическое соединение, соль алюминия и азотной кислоты, имеющая химическую формулу Al(NO₃)₃. Обычно существует в виде кристаллогидрата, чаще всего Al(NO₃)₃·9H₂O. Основная технология производства в промышленности: В промышленности нитрат алюминия получают путем растворения алюминия, гидроксида алюминия или оксида алюминия в азотной кислоте. Реакции: - Растворение алюминия в азотной кислоте: 2Al + 6HNO₃ → 2Al(NO₃)₃ + 3H₂ Примечание: реакция может быть бурной и требует контроля концентрации кислоты и температуры.
- Растворение гидроксида алюминия в азотной кислоте: Al(OH)₃ + 3HNO₃ → Al(NO₃)₃ + 3H₂O
- Растворение оксида алюминия в азотной кислоте: Al₂O₃ + 6HNO₃ → 2Al(NO₃)₃ + 3H₂O
Процесс производства включает следующие этапы: - Подготовка сырья: Алюминий (обычно в виде стружки или порошка), гидроксид или оксид алюминия. Подготовка азотной кислоты определенной концентрации.
- Растворение: Сырье постепенно добавляют к азотной кислоте при перемешивании и контроле температуры.
- Фильтрация: Полученный раствор фильтруют для удаления нерастворимых примесей.
- Кристаллизация: Раствор нитрата алюминия концентрируют путем выпаривания воды. При охлаждении происходит кристаллизация нитрата алюминия в виде кристаллогидрата.
- Сушка: Кристаллы нитрата алюминия сушат для удаления остаточной влаги.
- Упаковка: Готовый продукт упаковывают в герметичные контейнеры для предотвращения поглощения влаги из воздуха.
Подробные свойства: - Внешний вид: Бесцветные или белые кристаллические вещества.
- Запах: без запаха.
- Молярная масса:
- Al(NO₃)₃: 212.996 г/моль
- Al(NO₃)₃·9H₂O: 375.13 г/моль
- Плотность:
- Al(NO₃)₃·9H₂O: 1.72 г/см³
- Температура плавления:
- Al(NO₃)₃·9H₂O: 73.5 °C (разлагается)
- Растворимость: очень хорошо растворим в воде, спирте, ацетоне.
- Гигроскопичность: очень гигроскопичен, легко поглощает влагу из воздуха.
- Стабильность: Стабилен при нормальных условиях, но при нагревании разлагается с выделением оксидов азота. Является окислителем.
- Токсичность: умеренно токсичен при проглатывании. Раздражает кожу и глаза.
- Другие свойства: обладает вяжущим действием.
Таблица 1.1 Физические и химические характеристики нитрата алюминия | Характеристика | Значение | | Химическая формула | Al(NO₃)₃·9H₂O (наиболее распространенная форма) | | Молярная масса | 375.13 г/моль | | Внешний вид | Бесцветные или белые кристаллы | | Плотность | 1.72 г/см³ | | Температура плавления | 73.5 °C (разлагается) | | Растворимость в воде | Очень хорошо растворим | | Растворимость в спирте | Хорошо растворим | | Гигроскопичность | Очень высокая | | Стабильность | Стабилен при нормальных условиях, окислитель | | Токсичность | Умеренно токсичен при проглатывании, раздражитель | | pH (1M раствор) | ~ 3.0 | Источник: по данным открытых источников информации Виды и их описание: Основным видом нитрата алюминия является кристаллогидрат Al(NO₃)₃·9H₂O. Также могут встречаться и другие гидраты, например, Al(NO₃)₃·6H₂O, но они менее распространены. Безводный нитрат алюминия (Al(NO₃)₃) получить сложно из-за его высокой гигроскопичности. - Кристаллогидрат Al(NO₃)₃·9H₂O: наиболее распространенная форма. Кристаллы белого цвета, очень хорошо растворимые в воде. Используется в большинстве промышленных и лабораторных применений.
- Другие гидраты: могут образовываться в зависимости от условий кристаллизации, но обычно менее стабильны и быстро переходят в нонагидрат при контакте с влажным воздухом.
- Водные растворы: Нитрат алюминия обычно используется и продается в форме водных растворов различной концентрации.
В России нитрат алюминия регулируется ГОСТ 3757-75 «Реактивы. Алюминий азотнокислый 9-водный. Технические условия». Таблица 1.2 Виды и свойства 9-водного нитрата алюминия по ГОСТ 3757-75 | Показатели | Виды | | Чистый для анализа | Чистый | | 1. Массовая доля 9-водного азотнокислого алюминия (A1(N03) 3*9H20),
% , не менее | 98 | 97 | | 2. Массовая доля нерастворимых в
воде веществ, % , не более | 0,01 | 0,02 | | 3. Массовая д ол я сульфатов ( S 0 4),
% , не более | 0,01 | 0,02 | | 4. Массовая доля хлоридов (CI),
% , не более | 0,002 | 0,005 | | 5 Массовая доля железа (Fe), %>
не более | 0,004 | 0,01 | | 6. Массовая доля тяжелых металлов (РЬ), % , не более | 0,0005 | 0,001 | | 7. Массовая доля суммы калия и
натрия (K-f-Na), % , не более | 0,05 | не нормируется | | 8. pH раствора препарата с массовой долей 5 % | 2,5 | | Источник: по данным открытых источников информации 1.2. Применение нитрата алюминия нитрата алюминия Нитрат алюминия, благодаря своим свойствам, имеет достаточно широкую область применения. Вот подробное описание основных направлений его использования: 1. Протрава в текстильной промышленности: - Суть применения: Нитрат алюминия используется в качестве протравы при крашении тканей. Протрава — это вещество, которое помогает красителям прочно связаться с волокнами ткани, обеспечивая стойкость окраски к стирке, воздействию света и другим факторам.
- Механизм действия: Нитрат алюминия образует комплексные соединения с красителями и волокнами ткани. Ионы алюминия Al³⁺ образуют мостики между молекулами красителя и волокнами, фиксируя краситель внутри ткани. Он взаимодействует с гидроксильными группами (OH) волокон, образуя нерастворимые соединения, которые "запирают" краситель.
- Применяемые ткани: обычно используется для крашения натуральных тканей, таких как хлопок, лен, шерсть и шелк. Нитрат аллюминия помогает добиться более ярких и стойких цветов на таких тканях.
- Преимущества: обеспечивает хорошую стойкость окраски, улучшает яркость и равномерность окрашивания.
- Недостатки: может влиять на прочность некоторых волокон при неправильном использовании.
2. Компонент антиперспирантов: - Суть применения: Нитрат алюминия используется в некоторых антиперспирантах для уменьшения потоотделения.
- Механизм действия: Ионы алюминия Al³⁺, высвобождающиеся из нитрата алюминия, образуют гелеобразные комплексы с белками в протоках потовых желез. Эти комплексы частично блокируют потовые протоки, снижая количество пота, выделяемого на поверхность кожи.
- Концентрация: обычно используется в низких концентрациях, чтобы минимизировать раздражение кожи.
- Безопасность: существуют споры о безопасности использования солей алюминия в антиперспирантах, в частности, по поводу возможной связи с развитием рака молочной железы. Однако, научные исследования не предоставили однозначных доказательств этой связи.
- Преимущества: эффективно снижает потоотделение.
- Недостатки: у некоторых людей может вызывать раздражение кожи.
3. Производство катализаторов: - Суть применения: Нитрат алюминия является прекурсором для получения оксидов алюминия (Al₂O₃), которые широко используются в качестве катализаторов или носителей катализаторов в различных химических процессах.
- Методы получения оксида алюминия: Нитрат алюминия термически разлагают (прокаливают) при высоких температурах, что приводит к образованию оксида алюминия и выделению оксидов азота. Иногда процесс проводят в присутствии пара для получения оксида алюминия с определенной пористой структурой.
- Применение оксида алюминия в качестве катализатора: Оксид алюминия используется в качестве катализатора в процессах крекинга нефти, дегидрирования, дегидратации, изомеризации и других важных химических реакциях.
- Применение оксида алюминия в качестве носителя катализатора: Оксид алюминия, благодаря своей высокой удельной поверхности и термической стабильности, часто используется в качестве носителя для нанесения активных каталитических компонентов, таких как металлы платиновой группы.
- Преимущества: предоставляет возможность получать оксиды алюминия с заданными свойствами (удельная поверхность, пористость).
- Недостатки: требует высоких температур и контроля процесса для получения оксида алюминия с желаемыми характеристиками.
4. Дубление кожи: - Суть применения: Нитрат алюминия используется в процессе дубления кожи для придания ей прочности, эластичности и устойчивости к разложению.
- Механизм действия: Ионы алюминия Al³⁺ связываются с коллагеновыми волокнами кожи, стабилизируя их структуру и делая кожу более устойчивой к воздействию воды, тепла и микроорганизмов.
- Виды дубления: используется в сочетании с другими дубильными веществами (например, хромсодержащими солями) для комбинированного дубления.
- Преимущества: улучшает свойства кожи, делая ее более прочной и устойчивой.
- Недостатки: может оказывать негативное влияние на экологию, если не соблюдаются правила утилизации отходов кожевенного производства.
-
5. Другие области применения: - Производство изоляционной бумаги: используется в качестве компонента в производстве бумаги, используемой для электрической изоляции.
- Реагент в химических лабораториях: используется в различных химических анализах и синтезах.
- Компонент некоторых взрывчатых веществ: В прошлом использовался в некоторых составах взрывчатых веществ в качестве окислителя (очень редко в настоящее время).
- Сельское хозяйство: может быть использован в качестве компонента некоторых удобрений (хотя сейчас применяется гораздо реже, чем другие соли азота).
- Ингбибитор коррозии: иногда используют небольшие количества в качестве ингибитора коррозии.
- Очистка сточных вод: иногда для осаждения фосфатов.
|
