硫酸铝(Aluminum Sulfate )是一种 无机化合物 , 化学式为Al 2 (SO 4 ) 3 , 分子量为342.14(以 碘化钠 计) ,其通常为白色、无味的 晶体 或粉末, 密度为2.71g/cm 3 , 熔点 为770°C, 溶于水,微溶于 乙醇 。 其受热分解可生成 氧化铝 、 二氧化硫 及 氧气 ;在水溶液中存在复杂的平衡,加热时,可促进水解并产生氢氧化铝沉淀,加入 碳酸根 或 硫化物 可使水解完全。
硫酸铝常以含有 结晶水 的形式存在, 分子式 为Al 2 (SO 4 ) 3 ·nH 2 O, 其中结晶水含量大于35%的硫酸铝 水合物 在快速加热时会熔化,而含水小于20%的水合物则很少有此现象, 工业上常用的是十六水硫酸铝和 十八水硫酸铝 。 硫酸铝可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。
硫酸铝可通过降低pH值改良土壤; 在 造纸 工业常可作为 沉淀剂 ; 在 水处理 时可作 饮用水 或工业 废水 中的净水剂、凝絮剂; 木材工业用作 防腐剂 、 防水剂 ; 消防工业中作为泡沫灭火剂中的内留剂; 颜料工业中在生产 铬酸铅 和色淀颜料时作沉淀剂等;印染工业用作媒染剂和 冰染染料 人造纤维 印花 ; 石油化工中常用作脱色、 脱臭剂 ;同时硫酸铝也是制造人造宝石或高级 硫酸铝铵 等的原料。 此外,在医药行业,可作为收敛剂等。
发现历史
古典时期和 中世纪 ,硫酸铝经常被用作媒染剂。由于这个时期,任何与媒染剂一样起作用的、带白色的收敛性矿物质都会被叫做 硫酸铝钾 ,所以天然硫酸铝通常被称为“也门明矾”。
明矾石 ,一种分布广的造岩的 硬石膏 ,Na含量超过K时称钠矾石或钠明矾石,有时也有少量Fe3+代替Al3+。在火山岩例如 流纹岩 、粗面岩和 安山岩 内呈囊状体或薄层产出,据认为它是由于这些岩石与逸出的含硫蒸气进行化学反应形成的。主要用来生产硫酸铝和明矾,据文献记载,中国在宋代就已经开始开采明矾石。 后来1637年明代 宋应星 所著《 天工开物 》中记载了矾石的制造和用途。
1827年,人类第一次使用硫酸铝作为混凝剂进行水处理试验,标志着混凝方法成为水处理的重要部分。1884年,美国人海特(Hyatt)取得滤池处理水的专利权。 1880—1890年,水处理的应用中开始系统地使用硫酸铝和 Fe2(SO4)3·9H2O ,进行了混凝处理的可行性研究。
理化性质
物理性质
硫酸铝为白色、无味、有光泽的 晶体 、碎片、颗粒或粉末, 其 化学式 为Al 2 (SO 4 ) 3 , 相对分子量为342.2。 密度为2.71g/cm 3 , 熔点 为770°C。 其溶于水(86.9g/100ml ),微溶于 乙醇 。 硫酸铝在纯硫酸中不能溶解(只是共存),而在硫酸溶液中与硫酸共同溶解于水,所以硫酸铝在硫酸中的 溶解度 就是硫酸铝在水中的溶解度。硫酸铝极易溶于水。室温时,其在水中的溶解度约为50%,在沸水中的溶解度提高至90%以上。
硫酸铝常以含有 结晶水 的形式存在, 分子式 为Al 2 (SO 4 ) 3 ·nH 2 O, 其中结晶水含量大于35%的硫酸铝 水合物 在快速加热时会熔化,而含水小于20%的水合物则很少有此现象。 工业上常用的是 十八水硫酸铝 ,即Al 2 (SO 4 ) 3 ·18H 2 O。Al 2 (SO 4 ) 3 ·18H 2 O外观为白色片状、粒状或块状,是无毒且有光泽的结晶,相对密度为1.61,不易风化而失去结晶水,比较稳定,加热会失水。 十六水硫酸铝也比较常用,其在空气中稳定,当 相对湿度 约低于25%时风化。其 熔点 为86.5℃,继续加热会熔融,分解并放出 三氧化硫 ,加热至250℃时失去 结晶水 。
化学性质
受热分解
水解反应
硫酸铝 水溶液 呈酸性,pH值在2.5以下, 其水解后生成 氢氧化铝 。
硫酸铝的 水溶液 中存在复杂的平衡,实验证明,水溶液中含有 、 及 等离子 。加热时,可促进 水解 并产生 氢氧化铝 沉淀,加入 碳酸盐 或 硫化物 可使水解完全:
与酸式盐反应
硫酸铝与 碳酸氢钙 反应生成 氢氧化铝 沉淀和 二氧化碳 。
化学泡沫灭火剂常由硫酸铝和 碳酸氢钠 组成,首先是这两种物质分别溶解于水,然后将两种溶液混合生成泡沫,装配在 泡沫灭火器 上使用。
应用领域
造纸工业
硫酸铝在造纸工业常作为填充剂、 沉淀剂 :造纸过程中,浆料施胶后,还要将胶料沉淀在纤维上,纸页经烘缸干燥后,方具备抗水性。硫酸铝的沉淀作用,是基于三价铝离子和 松香酸 离子反应,生成游离松香和水合松香酸铝,两者均不溶于水,易于凝聚而形成松香胶沉淀物 吸附 于纤维上,从而显示出施胶效果。
水处理
硫酸铝还可作 饮用水 或工业 废水 中的净水剂、凝絮剂,以及 化学 除磷。 其中硫酸铝作为水处理的 无机化合物 凝絮剂,历史悠久, 其 絮凝 效果较好,不会给处理后的水质带来不良影响,而且硫酸铝使用便利,可干式或湿式投加。 但是,如果过量使用,会造成水污染,比如,1988年的卡默尔福德(Camelford)自来水厂水污染事件。这次事件虽然没有造成居民中毒,但是导致附近艾伦河里大约六万条 三文鱼 和 鳟鱼 死亡。 此外在富含 硫酸盐 的水中,硫酸盐经还原细菌的作用,可转化为 硫化物 ,在缺氧的条件下会进一步生成 硫化氢 气体。
木材工业
硫酸铝在木材工业常用作 防腐剂 ;也可与 石蜡 乳化液 配合,用于 纤维板 生产,以增强纤维板硬度和防水性能。 在制作 胶合板 过程中,胶液呈弱酸性,在使用前加进少量硫酸铝作为耐水 促进剂 ,其胶合强度比 水溶性酚醛树脂 高, 固化 快。
土壤改良
硫酸铝可改良苏打盐碱土:硫酸铝施入土壤后,铝离子发生 水解 作用,生成 单体 铝或多聚体铝,产生大量的 氢离子 , 中和土壤中的 氢氧根 ,降低了土壤的碱化度;同时单体铝或多聚体铝离子,促进了土壤 胶体 凝聚和微团聚体的形成,从而改善了土壤的结构性,降低了土壤容重,增加了土壤孔隙度和膨胀度,增强了土壤的渗透性能及持水能力,提高了土壤的保水保肥性能,为盐分淋洗与作物生长创造了良好的土壤环境。 同时,植物缺锰时,也可施硫酸铝,降低土壤pH值,提高锰的有效性。 此外, 绣球 的花色受土壤酸碱度的影响,为了加深蓝色,可在花蕾形成期施用硫酸铝。
其他
化学 泡沫灭火剂主要是由硫酸铝和 碳酸氢钠 两种 化学药剂 组成,其 水溶液 通过化学反应生成灭火泡沫。泡沫灭火剂主要用于扑救非水溶性可燃液体及一般固体火灾。
印染工业常用硫酸铝作媒 染剂 和 冰染染料 人造纤维 印花 的防渗色剂;颜料工业中在生产 铬黄 和色淀颜料时常用硫酸铝作 沉淀剂 ,同时也有固色和填充剂作用; 制革 工业用作白皮革的 鞣剂 ;油脂工业中用作油脂的澄清剂; 无机盐 工业用于生产其他 铝盐 的原料; 饲料行业用作矿物质饲料添加剂; 石油化工中常用作脱色、 脱臭剂 ;同时硫酸铝也是制造人造宝石或高级 硫酸铝铵 等的原料。 此外,在医药行业,可作为收敛剂,用于急性 皮炎 、 湿疹 的出期治疗。
制备方法
硫酸分解矿物法
硫酸铝可用含有 氧化铝 、 氢氧化铝 的 矿石 ,如 高岭石 等和 硫酸 反应制得。 白陶土 ,又名 瓷土 、 陶土 ,主要成分是 硅酸铝 ,与硫酸共热时生成硫酸铝及 二氧化硅 。硫酸铝溶于水,二氧化硅则不溶,从而分离。 由于高岭土价格较贵,其制备也可用 粘土 、 冰晶石 代替。高岭土与硫酸反应如下:
明矾石 的化学成分有Al 2 O 3 、SO 3 、SiO 2 、K 2 O等。用其制备 硫酸 铝时,需先将明矾石焙烧,加上硫酸,再加热溶解后,经浓缩、冷却、凝固制成。
除上述矿物外,也可用 铝矾土 与 硫酸 作用制得硫酸铝,其反应如下:
硫酸分解氢氧化铝法
用 硫酸 分解炼铝厂的氢氧化铝可得较纯净的硫酸铝。
金属铝与硫酸反应
实验室可将金属铝与硫酸反应,生成硫酸铝。
安全事宜
安全标识
GHS危险说明:
危害
硫酸铝无毒, 但是其粉尘能刺激眼睛,使角膜发炎或破坏 呼吸道 粘膜而引起出血。热的硫酸铝溶液溅在皮肤上,会造成灼伤。