偏铝酸钠(英文名:Sodium aluminate)是一种无机盐类化合物,化学式为NaAlO2,相对分子量81.97。外观为白色粉末固体,熔点1650℃,密度大于1.5g/cm3,易潮解,能吸收水分而生成氢氧化铝,极易溶于水,水溶液呈碱性,不溶于乙醇。偏铝酸钠在水中水解生成氢氧化铝沉淀和
氢氧化钠,与
醋酸、
氯化铵、
二氧化碳在水存在时反应生成
氢氧化铝沉淀,与氯化钙发生复分解反应生成偏铝酸钙沉淀。
研究简史
偏铝酸钠的工业化应用始于19世纪末期,随着铝冶炼工业的发展而逐渐成熟。1888年,奥地利化学家卡尔·约瑟夫·拜耳(Karl Josef Bayer)在开发铝土矿提炼氧化铝的工艺过程中,首次系统性地研究了偏铝酸钠的形成机制和性质,其发明的拜耳法至今仍是全球氧化铝生产的主要工艺,该工艺的核心步骤正是通过生成偏铝酸钠溶液来实现铝与杂质的分离。20世纪初期,随着工业水处理技术的发展,偏铝酸钠作为高效混凝剂和软化剂开始被广泛应用于饮用水和工业废水处理领域。
理化性质
物理性质
偏铝酸钠通常为白色无定形粉末或颗粒状固体,易吸湿且易溶于水,水溶液呈强碱性(pH值可达11-12)。其在水中的溶解度随温度升高而显著增加,20℃时溶解度约为30g/100mL水,80℃时可达50g/100mL以上。固体密度为1.5-1.6 g/cm3,工业级偏铝酸钠因杂质可能无明确熔点,纯品熔点约 1650℃,加热至1300℃以上会分解为氧化铝和氧化钠。
化学性质
偏铝酸钠在水溶液中实际以四羟基合铝酸钠Na[Al(OH)4]形式存在,具有两性特征。
与酸反应生成氢氧化铝沉淀:NaAlO2 + HCl + H2O → Al(OH)3↓ + NaCl
在空气中易吸收二氧化碳生成碳酸钠和氢氧化铝:2NaAlO2 + CO2 + 3H2O → 2Al(OH)3↓ + Na2CO3
与钙离子反应生成铝酸钙沉淀:2NaAlO2 + CaCl2 → Ca(AlO2)2↓ + 2NaCl
制备方法
工业上主要采用拜耳法生产:将铝土矿与浓氢氧化钠在150-250℃下高压反应生成偏铝酸钠溶液Al(OH)3 + NaOH → NaAlO2 + 2H2O。
实验室制备可通过氢氧化铝与氢氧化钠熔融法:Al(OH)3 + NaOH → NaAlO2 + 2H2O(200-300℃熔融反应)
应用领域
水处理领域
作为混凝剂用于饮用水和污水处理,能有效去除悬浮物和磷化物;作为软化剂可去除水中钙镁离子。
建筑材料
用作水泥速凝剂和耐火材料的粘结剂,能提高建材的早期强度和耐高温性能。
造纸工业
作为纸张填料和涂层化学品,改善纸张白度和印刷性能。
安全信息
具有强腐蚀性,接触皮肤会引起化学灼伤,吸入粉尘可导致呼吸道损伤。操作需佩戴防腐蚀手套、护目镜和防尘面具。泄漏时应用沙土吸附后安全处置。
检测方法
采用酸碱滴定法测定纯度:以盐酸标准溶液滴定,甲基橙为指示剂。铝含量可通过EDTA络合滴定法测定,X射线衍射用于晶型分析。
相关法规
铝酸钠(固体/溶液)被列入《危险化学品目录(2015版)》,废水排放需符合GB 8978-1996《污水综合排放标准》铝浓度限值要求。