Раздел 3 Cоединения Al

Тема 3.1 Оксиды и гидроксиды алюминия

Оксиды. В природе известно несколько модификаций оксидов алюминия, имеющих одинаковую химическую формулу, но разное строение кристаллической решётки. В практике производства глинозёма существует 2 модификации: α и γ.

α-глинозём встречается в природе и может быть получен искусственным путём – это корунд.

– он кристаллизуется гексагональной решеткой;

– не реагирует с кислотами и щелочами;

– хорошо хранится на открытом воздухе, не поглощая влаги;

– ;

– .

γ-глинозём – это неустойчивая форма.

– поглощает влагу на открытом воздухе;

– легко растворяется в кислотах и щелочах;

– кристаллизуется кубической решёткой;

– в природе не встречается, а получается искусственно при нагревании диаспора (бемит) до 550˚C. Дальнейшее нагревание до приводит его к превращению в α-глинозём.

Производственный представляет собой α и γ модификации, причём используемый в электролизе должен содержать около 35% , это обеспечивает негигроскопичность глинозёма при хранении и хорошую растворимость в электролите.

Гидроксиды. В природе встречаются две разновидности одноводных оксидов Al – диаспор и бемит , они входят в состав бокситов. При нагревании этих минералов теряется влага, и бемит превращается в γ, а диаспор в α-модификацию. Эти соединения ведут себя по-разному в растворах кислот и щелочей, диаспор растворяется хуже, чем бемит.

Трёхводный гидроксид Al – гиббсит. Тоже встречается в природе, при нагревании теряется две молекулы кристаллизационной влаги: .

Байерит. В природе не встречается, образуется искусственным путём при длительном хранении на воздухе алюминатных растворов или пропусканием через алюминатный раствор. При длительном хранении байерит превращается в гиббсит.

Алюмогель. Коллоидное вещество, не имеющее кристаллической решётки, с большим количеством избыточной влаги. Образуется при быстром осаждении гидроксида алюминия из солевых растворов. С течением времени превращается в гиббсит.

Тема 3.2 Алюминатные растворы

Оксид алюминия – соединение амфотерное, то есть обладает одновременно основными и кислотными свойствами, поэтому оксид и его гидроксилы растворяются в кислотах и щелочах.

С кислотами гидроксиды алюминия образуют алюминиевые соли соответствующих кислот:

.

Со щелочами гидроксид алюминия образует соли метаалюминиевой кислоты , которые называют алюминатами, например:

.

Алюминаты могут образовываться при нагревании до 800°С смеси оксида или гидроксида алюминия со щелочными соединениями:

.

Растворы алюминатов в щелочных растворах получили название алюминатных растворов.

В производстве глинозёма приходится иметь дело с растворами алюмината натрия, а в некоторых случаях калия.

На происхождение (природу) алюминатных растворов существует несколько взглядов. Согласно самому распространённому из них, алюминатный раствор представляет собой раствор алюмината натрия (калия), как химического соединения , то есть является истинным (ионным) раствором. Значит, можно рассматривать как соль, образованную слабой кислотой (гидроксид алюминия) и сильным основанием (едкий натр). – см.ф-лу 2.

Также соли способны подвергаться гидролизу (то есть вступать в реакцию с ):

,

в результате чего в осадок выпадает труднорастворимое соединение гидроксида алюминия.

Состав алюминатных растворов характеризуется концентрацией глинозема и щёлочи (основные компоненты), кроме этого в них содержатся , , , , , , ванадий в виде химических соединений, органических веществ и др..

Виды щёлочи в алюминатных растворах:

- титрируемая;

- карбонатная (углекислая), используется в виде соды;

- сульфатная (в виде );

- общая.

Концентрация титрируемой щёлочи определяется тетрированием раствора соляной кислотой , при этом определяется (титрируется) оксид натрия, находящийся в растворе в виде: (каустик), , (сода) и др..

Концентрация каустической щёлочи определяется как разность между титрируемой и карбонатной. В алюминатных растворах наряду с натриевой может присутствовать и калиевая щёлочь. Сумма концентраций этих щелочей обозначается .

Концентрация компонентов в алюминатных растворах выражается

в % или в .

Для перехода из одной концентрации в другую пользуются формулой:

,

где − концентрация раствора, ;

− концентрация раствора, %;

− плотность, .

Состояние алюминатного раствора характеризуется его модулем – это молярное отношение концентрации щёлочи и глинозёма в растворе.

То есть модуль показывает, сколько молей щёлочи в растворе приходится на каждый моль глинозёма.

;

Различают общий и каустический модули:

;

.