Алюминия соединения

Соединения алюминияАЛЮМИНИЯ СОЕДИНЕНИЯ. Соединения алюминия были известны уже в древности. О применении квасцов (двойная соль сернокислого алюминия с сернокислым калием) в качестве протравы при окраске тканей упоминает Плиний в своей Historia Naturalis. До 15 в. квасцы импортировались гл. обр. с Востока. По-видимому в конце 12 в. возникла первая европейская фабрика на острове Ишия, близ Неаполя. В течение всего средневековья и вплоть до середины 19 в. квасцы были важнейшим соединением алюминия и единственным добывавшимся в заводском масштабе. Т. к. при большинстве технических применений действующим началом является глинозем, то впоследствии вместо квасцов стали употреблять сернокислый алюминий, и в настоящее время они потеряли свое значение. С развитием производства металлического алюминия важнейшими соединениями алюминия сделались: окись алюминия Аl2O3 и сернокислый алюминий Al2(SO4)3.

Общие свойства соединений алюминия. Во всех своих соединениях алюминий трехвалентен. Растворы солей его содержат бесцветный ион Аl‴; они относятся к слабым электролитам и сильно гидролизованы.

Окись алюминия. Технически важнейшим соединением алюминия является окись его - глинозем (Аl2O3), исходный материал для получения металлического алюминия. Аl2O3 встречается в природе в кристаллическом состоянии в виде корунда, рубина, сапфира и наждака и входит в состав минерала - боксита. Расплавляя электрическим током чистые природные бокситы, в США готовят окись алюминия, которая под названием алунда идет на изготовление шлифовальных камней и лабораторной посуды. В настоящее время Аl2O3 добывается исключительно прокаливанием гидрата окиси алюминия и получается при этом в виде белого порошка.

Гидрат окиси алюминия Аl(ОН)3 получается при прибавлении водного аммиака к раствору соли алюминия в виде белого студенистого осадка, имеющего природу геля. Он может быть также получен в форме гидрозоля. Аl(ОН)3 представляет одновременно слабое основание и слабую кислоту (имеет амфотерный характер), растворяясь как в кислотах, так и в щелочах. В последнем случае раствор содержит солеобразные соединения, именуемые алюминатами, например, Na3AlO3, NaAlO2. Как соли очень слабой кислоты алюминаты сильно гидролизованы и легко распадаются с выделением Аl(ОH)3. Технические способы добывания Аl(ОН)3 - важнейшего промежуточного продукта при получении соединения алюминия - основаны на прокаливании боксита с содой или на обработке его едким натром. И в том, и в другом случае глинозем боксита дает со щелочью растворимый в воде алюминат натрия, который потом разлагается с выделением гидрата окиси алюминия. Подробнее см. Алюминий. Гидрат окиси алюминия, как уже указано, является промежуточным продуктом при добывании важнейших соединений алюминия - глинозема и сернокислого алюминия.

Сернокислый алюминий Al2(SO4)3·18H2O является важнейшей солью алюминия. Добывается он двумя способами: либо растворением в серной кислоте гидрата окиси алюминия, полученного одним из щелочных способов, либо непосредственным действием серной кислоты на боксит или каолин, по возможности не содержащих железа (кислый способ). Трудность при кислом способе заключается в рациональной очистке раствора сернокислого алюминия от железа. Несмотря на огромное количество патентов, задача эта до сих пор еще не разрешена. Этим объясняется все большее вытеснение кислого способа щелочным. В наст. время все лучшие сорта сернокислого алюминия получаются растворением гидрата окиси алюминия в серной кислоте. Частично обезвоженный гидрат окиси алюминия помещается в большой медный котел, содержащий вычисленное количество серной кислоты в 60° Вẻ (градусы Боме). Нагревание ведется закрытым паром. После насыщения горячий раствор спускают в плоские свинцовые ящики, где при постоянном перемешивании происходит застывание. Полученные т. о. крупные комья измельчают в дезинтеграторе и упаковывают в мешки. Сернокислый алюминий находит широкое применение при проклейке бумаги, в качестве протравы при крашении и в кожевенном производстве. Низшие сорта сернокислого алюминия употребляются в больших количествах в качестве коагулянта при очистке сточных вод. Промышленность предъявляет весьма строгие требования в смысле отсутствия железа в сернокислом алюминии. Содержание железа при проклейке бумаги не должно превышать 0,2%, иначе бумага получает желтый оттенок; при применении же в качестве протравы уже 0,01% железа иногда значительно меняет оттенок окраски. Для этой области применения годятся поэтому лишь самые чистые сорта сернокислого алюминия. Почти столь же чистые препараты сернокислого алюминия употребляет и кожевенная промышленность, где он идет для дубления. Сернокислый алюминий служит также исходным материалом для изготовления других солей алюминия, из которых следует упомянуть применяемый в качестве протравы уксуснокислый алюминий.

Хлористый алюминий АlСl3 получается в технике нагреванием алюминия в струе хлора в виде легко возгоняющихся белых кристаллов, которые осаждаются на холодных частях аппарата. Реакцию ведут при температуре темно-красного каления; алюминий берут в виде отбросов жести или в виде порошка (Aluminiumgries). Особый интерес представляет новый способ получения хлористого алюминия из глины, предложенный Бергером и Кюне. Смесь глины и пирита нагревают до 500°С, затем прибавляют уголь и пропускают над раскаленной массой хлор. Образовавшийся хлористый алюминий улавливается и перерабатывается затем для получения металла алюминия по способу Бунзена электролизом, причем освободившийся хлор снова поступает в производство. АlСl3 находит применение в качестве катализатора при синтезе сложных органических соединений (способ Фридель-Крафтса) и при крекинг-процессе.

Фтористый алюминий AlF3 получается действием водного раствора плавиковой кислоты HF на глинозем; он находит применение в качестве плавня при добывании алюминия.

Двойная соль фтористого алюминия с фтористым натрием AlF3·3NaF образует минерал криолит и приготовляется в значительных количествах синтетически («искусственный криолит»), т. к. служит растворителем при электролизе окиси алюминия. Искусственный криолит получается смешиванием растворов фтористого алюминия и фтористого натрия в виде нерастворимого белого осадка.

Нитрид алюминия AlN получается нагреванием порошка алюминия в струе азота в виде голубоватой кристаллической массы; технически получается в электрической печи действием азота на смесь боксита и угля. Одно время на этот способ возлагали большие надежды, как на метод фиксации атмосферного азота, комбинированный с получением чистого глинозема (способ Серпека), т. к. AlN разлагается кипящей водой на гидрат окиси алюминия и аммиак: 2AlN+6H2O = 2Al(OH)3 + 2NH3. По позднейшим сведениям, способ Серпека, применявшийся в крупнозаводском масштабе, не вполне оправдал возлагавшиеся на него надежды. Добывание AlN ведется, по Серпеку, в больших вращающихся электрических печах, длинной до 60—80 м и диаметром в 3—4 м. Для получения чистого глинозема нитрид алюминия кипятят в автоклаве (при давлении в 2 atm) с раствором алюмината натрия крепостью в 20° Вẻ. Выделяющийся при этом аммиак улавливается и перерабатывается на соли аммония или на азотную кислоту. Глинозем переходит в раствор в виде алюмината и осаждается затем по способу Байера, а загрязнения остаются в осадке.

Квасцы. Сульфат алюминия дает с сульфатами щелочных металлов квасцы общего состава:

Me2(SO4)·Al2(SO4)3 24Н2O,

где Me - щелочной металл. Калиевые квасцы были известны уже в глубокой древности. Получаются они в настоящее время из глин и боксита. После обжига, измельчения и просеивания глина обрабатывается в плоских освинцованных чашах серной кислотой крепостью в 50° Вẻ при температуре 70°С. При этом осаждается кремнекислота, а сернокислый алюминий переходит в раствор. Разбавленный щелок упаривается, и затем прибавляется крепкий раствор соли калия. Выделяющиеся в виде тонкого белого порошка квасцы подвергаются повторной кристаллизации для очистки от железа. Техническое применение калиевых квасцов все более и более уменьшается. В последние годы стали, однако, в значительных количествах производить более дешевые натриевые квасцы, которые также употребляются в качестве протравы.

Производство соединений алюминия. Главнейшими производителями соединений алюминия являются США и Германия. В 1925 г. продукция США составляла более 330000 т, стоимостью в 18 млн. р. Распределение этой продукции по различным соединениям алюминия дано в табл.

Производство соединений алюминия

Соединения алюминия в крашении и печатании применяются в качестве протрав для многих красителей всех волокнистых материалов. Некоторые соединения алюминия находят применение при мойке, валке и карбонизации шерстяных тканей, а также в специальной аппретуре (сообщение волокнистым материалам невоспламеняемости и водоупорности). Технически наиболее важными являются следующие соединения алюминия.

Квасцы. В продаже имеются калиевые Al2(SO4)3·K2SO4·24H2O (с 10,76% Аl2O3), аммиачные Al2(SO4)3·(NH4)2 SO4·24Н2O (с 11,27% Аl2O3) и натриевые квасцы Al2(SO4)3·Na2SO4·24Н2O. Чаще всего встречаются калиевые квасцы; т. к. действующим началом в них является Al2(SO4)3, то часто пользуются сернокислым алюминием, тем более что он в смысле чистоты (главн. обр. по содержанию солей железа) не уступает квасцам. Вообще в соединениях алюминия, применяемых для крашения ализарином, соли железа должны отсутствовать. По данным Келлера и Лунге, сернокислый алюминий, применяемый в качестве протравы в крашении, не должен содержать Fe более 0,001%, а применяемый в печати - не более 0,005%. Все, что будет сказано относительно применения сернокислого алюминия, относится также и к квасцам.

Сернокислый алюминий в виде Al2(SO4)3·18Н2O (15,3% Аl2O3) и Al2(SO4)3·12Н2O (18% Аl2O3) применяют:
1) Для протравления шерсти при крашении ее ализарином. Для получения интенсивного красного цвета шерсть протравляют на-кипу 11/2 часа 6—8%-ным сернокислым алюминием и 5—7%-ным винным камнем в 40-кратном количестве воды (по весу шерсти); с целью экономии винного камня, его частично заменяют щавелевой кислотой и тогда его берут 3%, а щавелевой кислоты 2%.
2) Для протравления шелка и хлопка при крашении их ализарином и другими протравными красителями растительного происхождения. Квасцы и сернокислый алюминий в виде средних солей для этой цели мало пригодны, т. к. при протравлении выделяется серная кислота, задерживающая протравление; поэтому пользуются их основными солями, получаемыми при действии на сернокислый алюминий соды и мела:

alum soedin 2

Применяемое на практике большое число основных солей имеет различную основность : а) по данным BASF, для протравления шелка его обрабатывают в течение 10—15 м. основной солью сернокислого алюминия, получаемой обработкой раствора 60 г квасцов и 6 г кристаллической соды в 1 л; шелк оставляют в этом растворе на 12 ч.; затем отжимают и, не промывая, обрабатывают в течение 1/41/2 ч. холодным раствором растворимого стекла в 0,5° Вẻ, снова отжимают и промывают; б) при протравлении хлопка («квасцовке») сернокислым алюминием или квасцами поступают разно: например, по данным красочной фабрики Мейстер Луциус-Брюнинг, пряжу, предварительно маслованную ализариновым маслом, оставляют на ночь в растворе основного сернокислого алюминия, получаемого растворением 50 кг сернокислого алюминия в 375 л воды и прибавлением 1 кг таннина и 5 кг мела (после осаждения CaSО4 раствор ставят на 5° Вẻ). После этого пряжу промывают и красят. При протравлении по «новому способу» хлопчатобумажную ткань, предварительно проплюсованную ализариновым маслом, плюсуют основным сернокислым алюминием в 12° Вẻ, получаемым обработкой раствора 21/2 кг сернокислого алюминия в 6 л воды раствором 700 г Na23 в 4 л воды.
3) При отяжелении шелка по способу Нейгауза: между последними обработками шелка фосфорнокислым натрием и растворимым стеклом включают обработку сернокислым алюминием.
4) В аппретуре в качестве антисептического вещества.
5) Для получения невоспламеняющихся хлопчатобумажных изделий.
6) При крашении некоторыми кислотными красителями в качестве вещества, способствующего более равномерному фиксированию красителей на волокне, а также при проявлении щелочного голубого вместо H24.
7) При крашении некоторыми основными красителями для замедления процесса выбирания их.
8) Для фиксирования дубильных веществ на хлопке - вместо сурьмяных соединений.
9) Для увеличения прочности окрасок некоторых субстантивных красителей к действию воды (сейчас мало применяется).

Уксуснокислый алюминий Аl(СН3·СОО)3 получают путем растворения Аl(ОН)3 в уксусной кислоте или обменным разложением сернокислого алюминия и уксуснокислого свинца Рb(СН3·СОО)2, причем если на 1 молекулу первого взять 3 молекулы второго, то получится средний уксуснокислый алюминий:

alum soedin 3

например, 665 г Al2(SO4)3 и 1137 г Рb(С2Н3O2)2 растворяют порознь в 1000 см3 воды; затем полученные растворы сливают вместе и после осаждения PbSO4 фильтруют и ставят на 10° Вẻ. Уксуснокислый алюминий находит применение: 1) в качестве протравы при печатании хлопка, шерсти и шелка ализарином, 2) в качестве вещества, сообщающего волокнистым материалам водоупорность. Например хлопок или лен обрабатывают в течение 6 ч. в растворе Аl(СН3·СОО)3 (иногда применяют основные соли) в 3—4,5° Вẻ, отжимают, сушат и повторяют операцию еще раз, либо обрабатывают в течение 1/2 часа при температуре 60°С раствором 10 г в 1л мыла. Водные растворы Ад(СН3·СОО)3 нестойки, поэтому в некоторых случаях пользуются более стойкими соединениями алюминия в роде уксусносернокислого алюминия.

Уксусносернокислый алюминий получается при обработке Al2(SO4)3 недостаточным количеством Рb(СН3·СОО)2; например, растворяют 665 г Al2(SO4)3 в 6 л воды и 945 г Рb(СН4·СОО)2 в 9 л воды; растворы сливают вместе и после осаждения PbSO4 фильтруют и ставят на 10° Вẻ. Применяют в качестве протравы при крашении хлопка ализарином.

Азотноуксуснокислый алюминий получают обменным разложением Al2(SO4)3, Рb(СН3·СОО)2 и Pb(NO3)2; например, растворяют порознь 6 ч. квасцов, 4 ч. Рb(СH3·СОО)2 и 2 ч. Pb(NO3)2; полученные растворы сливают вместе и после осаждения PbSO4 фильтруют и ставят на 10° Вẻ. Применяют в качестве протравы при крашении шелка ализарином.

Роданистый алюминий Al(CNS)3 получают обменным разложением Al2(SO4)3 и Ba(CNS)2; например 3 кг Al2(SO4)3 (18% Аl2O3) И 4,1 кг Ba(CNS)2 порознь растворяют в 2,5 л воды; затем растворы сливают вместе и после осаждения BaSO4 фильтруют и ставят на 20° Вẻ. Применяют в качестве протравы при печатании хлопка ализарином вместо Аl(СН3·СОО)3; перед последним имеет то преимущество, что он не действует на стальные ракли, и т. о. железо не попадает в печатную краску и не вызывает потускнения красного цвета ализаринового лака.

Хлорноватокислый алюминий Аl(СlO3)3 получают обменным разложением растворов 200 г Al2(SO4)3 (18% Аl2O3) в 200 см3 воды и 300 г Ва(СlO3)2 в 350 см3 воды; после осаждения BaSO4 раствор отфильтровывают и ставят на 22° Вẻ. Применяют в качестве энергичного окислителя вместо или вместе с NaClO3 при окислительных вытравках (например, по индиго).

Хлористый алюминий АlСl3·6Н2O встречается в продаже в виде желтоватой жидкости в 30° Вẻ. Его применяют для карбонизации шерстяного кускового товара в виде раствора в 6—7° Вẻ; при 125°, разлагаясь, выделяет НСl, действующий гидролизующим образом на целлюлозу, чем обусловливает карбонизацию шерсти.

Молочнокислый алюминий приготовляют растворением Аl(ОН)3 в молочной кислоте, либо обменным разложением молочнокислого кальция и Al2(SO4)3. Применяют его в печати хлопка ализарином, особенно по «немаслованному» товару, вместо Аl(СH3·СОО)3, для получения более яркого оттенка.

Щавелевокислый алюминий Аl22O4)3 применяют в печати.

Муравьинокислый алюминий получают обменным разложением муравьинокислого кальция и сернокислого алюминия. Применяют: 1) в печати ализарином, 2) в виде раствора основной соли в 6° Вẻ в качестве вещества, сообщающего хлопчатобумажным тканям водоупорность.

Гидратокиси алюминия Аl(ОН)3 встречается в виде кусков и в пасте. Получают осаждением Al2(SO4)3 содой, аммиаком, мелом. Применяют: 1) для получения различных соединений алюминия, 2) для сообщения шерстяным тканям водоупорности.

Алюминат натрия Na2Al2O4 получают растворением Аl(ОН)3 в NaOH и нейтрализацией избытка последнего. Применяют: 1) при крашении хлопка ализарином по способу Шлиппера и Баума, 2) при резервных расцветках ализарином под черный анилин, 3) для улучшения оттенка паранитранилинового красного прибавлением в нафтольный плюс.

Глинка, или каолин, - силикат алюминия. Применяют ее в аппретуре в качестве отяжеляющего вещества, а также в качестве загустителя в некоторых печатных красках.

Валяльная глина - неочищенный сорт глинки зеленоватого или красноватого цвета. Применяют при промывке и валке шерстяного кускового товара.

 

Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Том 1 - 1927 г.