硫酸铝铵[ǎn](英文名:Aluminum ammonium sulfate),又名铵矾、铵明矾、烧明矾,是一种 无机化合物 , 分子式 为NH₄Al(SO₄)₂,相对密度为1.65, , 摩尔质量 为237.15g/ 摩尔 。 硫酸铝铵外观多为无色透明立方结晶或白色颗粒粉末,常以含12个 结晶水 的形态存在。硫酸铝铵味涩微甜,微溶于稀酸、甘油,不溶于 乙醇 ,微溶于水,加热后 溶解度 增大, 水溶液 呈酸性。 。硫酸铝铵加热到120℃时失去10分子结晶水,约250℃时变为无水品,280℃以上分解。强烈灼烧时生成Al 2 O 3 。 硫酸铝铵在 污水处理 中可用作凝聚剂。 食品工业中可用作 泡打粉 、 发色剂 , 还可用作 染料 、 人工宝石 原料、 光学材料原料等 。
晶体结构
硫酸铝铵 晶体 属于 立方晶系 ,偏方二十四面体组, 晶体 构型为无色八面立方结晶,结晶习性通常为八面体、 柱状 或纤维状块体。常见单形有{001}、{011}、{111},其中{111}为双晶面 。
理化性质
物理性质
硫酸铝铵为白色结晶性粉末或透明块状物。无臭,有收敛涩味。相对密度为1.64,熔点为93.5℃。加热至250℃时,脱去结晶水成为白色粉末,即烧明矾。超过280℃则分解,并释放出氨气。可溶于水、稀酸及 丙三醇 ,不溶于 乙醇 ; 溶解度 (100毫升水中):0℃时为4.0克,20℃时为15克,40℃时为28.5克,60℃时为51.0克。比重为1.64。
酸性
硫酸铝 铵是 硫酸铝 和 硫酸铵 的 复盐 , 水溶液 呈酸性。
热分解反应
硫酸铝铵在氩[yà] 气中 受热时分解,热分解反应为多步反应,分三次失去全部 结晶水 后分解成硫酸铝、氨气、 二氧化硫 及水,进一步加热后由硫酸铝分解生成 氧化铝 和二氧化硫,加热至770℃开始分解为氧化铝、三氧化硫、二氧化硫和水蒸气 。
鉴别及测定
铝盐的鉴别
铝盐 与 氢氧化钠 反应生成 氢氧化铝 白色胶状沉淀,氢氧化钠过量时,沉淀将溶解。
因此向试剂中滴加氢氧化钠,产生白色胶状沉淀,继续滴加沉淀消失可证明有铝盐 。
硫酸盐的鉴别
硫酸盐 与 氯化钡 生成氯化 白色沉淀,氯化钡在 稀盐酸 或 硝酸 中不溶解。
因此向试剂中滴加 氯化钡溶液 生成在稀盐酸或稀硝酸中不 溶解度 白色沉淀可证明有硫酸盐 。
铵盐的鉴别
铵盐 与 氢氧化钠 反应生成 氨气 ,氨气可使湿润红色 石蕊试纸 变蓝。
因此向试剂中加入过量 氢氧化钠 ,加热,生成使湿润红色石蕊试纸变蓝的气体即可证明有铵盐 。
硫酸铝铵含量的测定
硫酸铝铵通常采用滴定法进行检测。向硫酸铝铵 水溶液 中加入适当的 乙二胺四乙酸二钠 标准 滴定 溶液,放入 刚果红 试剂调至pH约为6后加入 缓冲溶液 ,煮沸,冷却后滴加 二甲酚橙 指示液,用 硝酸铅 标准滴定溶液滴,当到达一定程度的pH值时, 指示剂 会发生变色作用,因而可以测定出硫酸铝铵的含量 。
制备方法
硫酸铝 铵的制备是在 硫酸铝 溶液中加入 硫酸铵 ,加热溶解制得硫酸铝铵溶液,冷却结晶得到硫酸铝铵粗品 ,通过 重结晶 对产物进行纯化可到硫酸铝铵成品 。工艺流程如下:
铝土矿法
铝土矿 法以铝土矿(主要成分为 氧化铝 )为原料,用 硫酸 分解铝土矿,得 硫酸铝 溶液,在溶液中加入一定比例的硫酸铵,加热至全部溶解后冷却结晶,洗涤干燥后则为成品硫酸铝铵 。
氢氧化铝法
氢氧化铝法以氢氧化铝为原材料,则用 浓硫酸 溶解氢氧化铝,加水稀释,得 硫酸铝 溶液,再加入 硫酸铵 溶液混合,同时通氨气调整pH值,加热后即可生成硫酸铝铵溶液,冷却结晶后可得到硫酸铝铵 晶体
矾砖法
矾砖法以矾砖(主要构成为 硫酸铝 )为原材料,则直接将其粉碎溶解后取上清液,得硫酸铝溶液,在加热去除其中铁 氧化物 后加入一定比例的 硫酸铵 ,进行冷却结晶后可得到硫酸铝铵粗品 。
除杂纯化
硫酸铝铵生产过程中杂质主要有K、Na离子、Ca、Si、Fe等杂质 ,结晶法制的硫酸铝铵可通过 重结晶 工艺 提纯 排杂,提纯方法简单有效,提纯所得硫酸铝铵纯度可用于制备 高纯氧化铝 。
然而重结晶法提纯存在能耗大,提纯效率不高等问题。通过重结晶可以除去Na、Mg、Ca等金属杂质离子 。同时存在其他部分元素无法用重结晶法进行除杂,例如钾离子浓度不随着 结晶度 次数增加而减少,相反会有所增加,这是由于 钾离子 在硫酸铝铵结晶时共同沉淀导致的,这类杂质分离困难大,用再结晶的方法不能解决 。部分元素的除杂方式如下:
Fe元素
硫酸铝铵的 晶体 构型为无色立方结晶,而三价铁离子也容易形成紫色立方结晶度 硫酸铁铵 ,因此直接采取 重结晶 法不能有效去除三价铁离子杂质,在溶液呈酸性的情况下, 提纯 系数较小,将三价铁离子还原为 二价铁离子 ,即可消除重晶现象,此时再采用重结晶工艺提纯系数可达到100以上(提纯系数=提纯前某杂质的质量分数/提纯后某杂质的质量分数) 。
K元素
在硫酸铝铵溶液中加 氨水 可以使 钾离子 含量降低,氨水加入到硫酸铝铵的 水溶液 中,溶液pH值会变大, 氢离子 浓度减小,有利于 氢氧化铝 沉淀的产生,氢氧化铝作为 吸附 剂,能吸附溶液中的钾离子,使其 沉降 到容器底部,经洗涤过滤可以将氢氧化铝去除,从而达到除去钾离子的目的, 氨气 在溶液中反应为 铵根离子 ,对生成硫酸铝铵 晶体 无影响。与此同时,氢氧化铝的吸附沉淀无严格的选择性,在吸附 钾离子 的同时,其他一些金属离子也会被氢氧化铝吸附,如三价铁离子,总体可使硫酸铝铵中总体杂质变低 。
此外在实际生产过程中应该严格控制物料配比、pH值和反应温度等反应条件 。以pH为例,硫酸铝铵pH值对 钾 以及铁元素杂质的去除都有影响,调整pH后进行 重结晶 可使 K2O 含量降低近两个数量级 ,同时也可显著减少由硫酸铝铵制成的 氧化铝 中铁杂质 。
应用
水处理领域
硫酸铝铵 水解 出的三价 铝离子 可生成 氢氧化铝 ,氢氧化铝有 絮凝 作用,可去除水中的杂质。
食品工业领域
膨化添加剂
硫酸铝铵可与 碳酸氢钠 同时使用,制成 复合 膨松剂 ,硫酸铝铵可调整食物的碱性,消除异味,提升 膨松剂 效能,但过多添加可能会有苦味。研究表明,铝元素在人体大量堆积有害身体健康,因此含铝膨胀剂应用有所减少 ,自2014年后, 膨化食品 生产中不得使用含铝 食品添加剂 , 小麦粉 及其制品不得使用硫酸铝铵( 中国国家卫生 计生 委 、工业和信息化部、质检总局、 国家食品药品监督管理总局 、 中华人民共和国国家粮食局 公告2014年第8号令) 。
护色剂
硫酸铝铵 中铝 遇茄子的蓝色素形成络合盐而不褪色,同样也可用于煮熟的红章鱼护色等 。
印染领域
硫酸铝铵易于 水解 ,水解后可生成 氢氧化铝 ,使得它具有煤染性能。一方面可与 染料 形成色素沉淀,一方面可被纤维 吸附 。
硫酸铝铵与 苏木素 同用后能使 细胞 染色,这是组织 化学 和 免疫组织化学 中常用的染色料之一。苏木素染液配制方法有很多,用硫酸铝铵做煤 染剂 配置后的染剂无毒无沉淀,色素及试剂用量少而经济,着色快,寿命长 。
人工宝石领域
硫酸铝铵热分解可得到 氧化铝 ,而 高纯氧化铝 是制备 蓝宝石 的原料 。通过控制物料配比,pH、反应温度等反应条件可得到较纯硫酸铝铵 晶体 ,再经多次 重结晶 得到的硫酸铝铵晶体可用于制备高纯氧化铝 。硫酸铝铵作为原料具有来源丰富,价格低廉, 提纯 方法简单、有效等特点。
同时硫酸铝铵也可搭配 着色剂 用于制造多种颜色的宝石,着色剂经焙烧可 均匀分布 在硫酸铝铵粉体中,添加不同颜色的着色剂可获得不同色泽的人造宝石。
光学材料领域
硫酸铝铵与 碳酸镁 反应可生成MgAl₂O₄多晶,再将 氧化镁 和 氧化铝 按一比一的摩尔比在 单晶炉 中生长成单晶棒,经 退火 即可得到镁铝尖晶石,可用于光学窗口材料,其中掺杂的MgAl₂O₄ 晶体 是理想的可调 激光器 工作物质,用作 超导体 的基片材料效果很好 。
其他领域
硫酸铝铵 溶解度 较大,在 石膏 调拌时加入可降低石膏强度,易于脱模 ;
硫酸铝铵热分解法制备的氧化铝也被运用于 复合材料 的制备,在 基体 材料熔体中加入硫酸铝铵,经反应生成的 氧化铝 颗粒可以成为 铝基复合材料 增强体,这种原位生成的氧化铝颗粒呈细小球形,分布均匀,对基体材料的耐磨性和硬度均有显著提升。
安全事宜
使用限值
中国《食品安全国家标准--食品添加剂使用标准》(GB2760-2014)规定:粉丝、 粉条 可按生产需要适量使用;但要求最终产品 中铝 的残留量要小于200mg/kg(干样品,以铝计)。 联合国粮食及农业组织 (FAO)/ 世界卫生组织 (WHO)规定:用于生面制品、 面条 及其类似产品,最大添加量为300mg/kg,用于 薄脆饼干 ,不包括甜的薄脆饼干、其他普通焙烤制品(如 贝果 、 皮塔饼 、 英式松饼 等),最大添加量为100mg/kg,用于 白面馍馍 和包子、面包和普通焙烤制品 冰皮粉 ,最大使用量为40mg/kg。
毒理学数据
LD 50 猫口服8~10g/kg。 。
健康危害
硫酸铝铵对于皮肤、眼睛、 呼吸道 均有刺激性,因此处理硫酸铝铵时应正确穿着防护服并佩戴护目镜,防止皮肤接触或误入眼睛 。
硫酸铝 铵被用于 食品添加剂 ,而 硫酸铝 中的铝并非人体所需 微量元素 ,通过摄取硫酸铝铵进入人体的铝会积蓄在体内难以排出,容易造成慢性中毒。铝破坏神经细胞内 脱氧核糖核酸 功能,阻滞神经传导,引起 神经系统 病变,干扰人的意识、思维能力、记忆功能,导致记忆力减退、智力下降,易使人患 阿尔兹海默症 ;铝会沉积在骨质中,造成钙流失,引起骨骼软化,诱发胆汁郁积性 肝病 、 小细胞低色素性贫血 、 卵巢 萎缩等,加速人体衰老进程;铝还会妨碍人体对钙、锌、铁的吸收,对少年儿童发育影响更大 。
包装及贮运
食品级硫酸铝铵内包装应为食品级 聚乙烯 塑料,外包装用麻袋或者编织袋,外包装应标有“ 食品添加剂 硫酸铝铵”的字样。工业级硫酸铝铵包装内衬可为 塑料袋 。贮存于通风、干燥的库房中,宜专库专贮。因易腐蚀包装所以不宜久贮。潮包应分开堆垛,随时处理,防止淌水流失,食用级品不得与有毒物品或其他污染物品共贮混运。运输过程中要防雨淋和日光曝晒。如遇火灾,在灭火前应先阻断液体泄露点,可使用水、 砂土 和干粉或 二氧化碳 型灭火器扑救 。