سدیم آلومینات چیست؟ از مزایا و کاربردهای آن چه می دانیم؟
سدیم آلومینات یا بتا آلومینا با فرمول شیمیایی NaAlO۲، یک ترکیب معدنی سفید رنگ است که به عنوان منبع موثر هیدروکسید آلومینیوم در بسیاری از موارد صنعتی و فنی کاربرد دارد.
این ترکیب یک منعقد کننده ی عالی در صنعت تصفیه آب است. از دیگر کاربرد های آن می توان به ساخت رزین، آلومینا، دترجنت، کاغذ، شیشه، سرامیک و … اشاره کرد.
از مزایای مصرف این ترکیب می توان افزایش کیفیت محصول، کاهش هزینه، حذف فسفات ها و سیلیکات ها، کاهش تولید لجن و … را نام برد. در این مقاله از نشریه علمی جهان شیمی به معرفی و بررسی سدیم آلومینات، نحوه عملکرد، مزایا، کاربرد، خطرات احتمالی و شرایط ایمنی می پردازیم.
سدیم آلومینات چیست
سدیم آلومینات خالص یک جامد بلوری به رنگ سفید است. این ترکیب تجاری اغلب به صورت محلول یا جامد در دسترس است. آلومینات ها ترکیباتی هستند که یک یون آلومینا با بار منفی و یک اکسید فلزی داشته و کاربردهای مختلفی در صنعت دارد. به بیانی ساده تر، این ترکیب یک شکل محلول در فرم های سوزاننده آلومینات سدیم است. سدیم آلومینات دارای یک ذره آلومینا با بار منفی است.
دیگر نام های سدیم آلومینات
این ترکیب با نام های دیگری نظیر آلومینات سدیم، آلومینات سدیم جامد، بتا آلومینا، آلومینیوم سدیم اکسید یا سدیم آلومینیوم اکسید نیز شناخته می شود.
مکانیسم عملکرد سدیم آلومینات چگونه است
مکانیسم عمل آلومینات سدیم در تصفیه آب به این گونه است که به عنوان منعقد کننده به طور معمول حاوی مقدار بیش از حد هیدروکسید سدیم یا خاکستر سودا است. این امر سبب می شود تا pH کافی بالا داشته و بتواند از رسوب هیدروکسید آلومینیوم قبل از افزودن آن جلوگیری کند.
جدول مشخصات فیزیکی و شیمیایی سدیم آلومینات
| نام محصول | سدیم آلومینات |
| فرمول شیمیایی سدیم آلومینات | NaAlO۲ |
| شکل ظاهری | پودر سفید رنگ و بی بو |
| جرم مولکولی | ۸۱.۹۷ g/mol |
| دانسیته | ۱.۵ g/cm³ |
| نقطه جوش | ۷۶۰ mm Hg at ۲۳۹ °F |
| نقطه ذوب | °C1650 معادل F °۳۲ |
| حلالیت در آب | کاملا محلول در آب |
| حلالیت در الکل | نامحلول |
روش تولید سدیم آلومینات
سدیم آلومینات از طریق انحلال هیدروکسید آلومینیوم در محلول سود سوز آور یا همان سدیم هیدروکسید تولید می شود. هیدروکسید آلومینیوم می تواند در محلول آبی۲۰ تا ۲۵% سود و در دمای نزدیک به نقطه جوش حل شود.
استفاده از محلول های NaOH غلیظ تر موجب تولید یک محصول نیمه جامد می شود. این فرآیند باید در ظرف های بخار نیکل یا فولاد صورت گیرد. هیدروکسید آلومینیوم باید با تقریبا ۵۰% سود سوز آور آبی جوشانده شود تا یک تفاله تشکیل دهد.
مخلوط نهایی باید در مخزن قرار گرفته و خنک شود. به این ترتیب، یک توده جامد حاوی حدود ۷۰% سدیم آلومینات (NaAlO۲) تشکیل می شود. محصول پس از له شدن، در یک اجاق دوار خشک می شود. محصول نهایی حاوی ۹۰% آلومینات سدیم و ۱% آب همراه با ۱% سدیم هیدروکسید آزاد است.
اغلب تفاوت عملکرد فیزیکی و شیمیایی محصول سدیم آلومینات جامد به این دلیل است که تفاوت روش تولید باعث تفاوت در شاخص هایی مانند سازگاری با مواد اولیه، دانه بندی، حلالیت فوری، نامحلول بودن و پایداری محصول می شود.
روش های مختلفی برای تولید سدیم آلومینات جامد وجود دارد که می توان به روش پخت، فرآیند تبلور قابل ملاحظه، تکنیک محلول قلیایی، روش تجزیه نمک دو اشاره کرد.
شکل ساختاری
سدیم آلومینات بی آب (NaAlO۲ )، یه صورت یک چارچوب سه بعدی از چهار گوش AlO۴ متصل به گوشه است. فرم هیدراته شده NaAlO۲ · ۵ / ۴H۲O دارای لایه هایی از AlO۴ تتراهیدرات است که به حلقه ها متصل می شوند. به این ترتیب، لایه ها توسط یون های سدیم و مولکول های آب که هیدروژن به اتم های O در AlO۴ پیوند می خورد، با یکدیگر نگاه داشته می شوند.
نحوه تشکیل
سدیم یک فلز قلیایی بار الکتریکی +۱ است که به عنوان حالت اکسیداسیون آن شناخته می شود. زیرا هر اتم سدیم یک الکترون را از دست می دهد و موجب ایجاد یک پوسته الکترون کامل سلول می شود.
آلومینات ها ترکیباتی با یون آلومینای منفی و اکسید فلزی با کاربردهای صنعتی مختلف هستند که در تصفیه آب و تولید سرامیک کاربرد دارند. این ترکیب یون پلی اتمی است که به صورت یک یون متشکل از عناصر متعدد وجود دارد.
آلومینات از یک اتم آلومینیوم و دو اتم اکسیژن تشکیل شده است. آلومینیوم سه الکترون را از دست می دهد تا پوسته کاملی از الکترونی را تشکیل دهد که بار آن +۳ است. هر یک از اتم های اکسیژن دو الکترون را برای پر کردن دو فضای خالی در پوسته الکترون خود دارند. به این ترتیب، هر اتم بار -۲ می گیرد و از آنجایی که یون پلی اتمی آلومینات دارای یک اتم آلومینیوم و دو اتم اکسیژن است، بار کل آلومینات -۱ می شود.
Al۳+ + ۲O۲-→ (AlO۲)–
از آن جایی که یون سدیم دارای عدد اکسیداسیون +۱ و آلومینات دارای یک عدد اکسیداسیون -۱ است، آن ها با یکدیگر به یک نسبت ترکیب می شوند. به این ترتیب یون های دارای بار متضاد الکترواستاتیک به یکدیگر متصل می شوند.
Na+ + (AlO۲)– → NaAlO۲
سدیم آلومینات یا بتا آلومینا یک عامل رسوب کننده عالی محسوب می شود. به همین دلیل، به عنوان یک نتیجه از واکنش شیمیایی، آن را به مواد ناخواسته در مایعات متصل می کند.
سدیم آلومینات چه کاربرد هایی دارد
این ترکیب یک ماده شیمیایی غیر آلی است که به عنوان یک منبع موثر هیدروکسید آلومینیوم برای بسیاری از کاربردهای صنعتی و فنی کاربرد دارد. کاربردهای سدیم آلومینات بسیار گسترده است که در ادامه به چند مورد از آن ها اشاره می کنیم.
- تصفیه فاضلاب و پساب
- به عنوان مکمل سیستم های نرم کننده آب در تصفیه آب
- به عنوان یک کمکی برای بهبود لخته شدن
- از بین بردن سیلیس محلول و فسفات ها
- در صنعت ساختمان در فصل سرما به منظور تسریع در انجماد بتن
- فرمولاسیون آفت کش ها
- صنعت کاغذ سازی
- برای تولید آجر آتش نشانی
- بازیافت و کمک به محیط زیست
- ساخت جاذب ها
- ساخت دترجنت
- ساخت و تولید کاتالیزورها
- تولید آلومینا
- تولید شیشه
- ساخت سرامیک
- کنترل و تنظیم pH برای سیستم ها
- تولید رزین
- ساخت زئولیت های مصنوعی
- حذف جامدات معلق و برخی فلزات Cr، Ba، Cu
- واسطه های تولید زئولیت ها
- تولید چسب های عمومی
- ساخت مواد اتصال دهنده برای استفاده های گوناگون
کاربرد سدیم آلومینات در کاغذ سازی چیست
این ترکیب بیش از ۴۰ سال پیش وارد صنعت کاغذ شد. به عنوان یک افزودنی عالی و مرطوب به صورت بسیار گسترده در اروپا و عملیات ساخت کاغذ ایالات متحده رشد کرده است.
مشخص شد هنگامی که این ترکیب به همراه سایر منابع کاتیونی نظیر آلوم، برای بهینه سازی و بهبود عملکرد دستگاه های کاغذی مرطوب استفاده می شود، بسیار موثر است.
این ترکیب دو عملکرد اساسی را در فرآیند تولید کاغذ بر عهده دارد. یکی از این ها در درجه اول یک عملکرد شیمیایی است که تهیه بخشی از آلومینای مورد نیاز برای اندازه گیری را بر عهده دارد.
عملکرد دوم به عنوان بهترین عملکرد فیزیکی انعقاد و نگهداری است. شرایط سیستم ایجاد شده توسط این دو واکنش و محصولات واکنش پایه ای، برای مزایای تامین شده توسط آلومینات سدیم در نظر گرفته می شود.
مزایای مصرف سدیم آلومینات
این ترکیب دارای مزایای بسیاری در صنایع مختلف است که نهایتا منجر به افزایش تقاضا برای خرید و استفاده از آن به منظور مصارف گوناگون می شود. از جمله این مزایا می توان به موارد زیر اشاره کرد.
- کمک به تسریع در فرآیند لخته سازی و انعقاد
- موثر در کاهش هزینه ها به سبب قلیایی بودن ترکیب آلومینات سدیم و افزایش درصد قلیاییت آب به منظور خنثی سازی و رسوب ذرات اسیدی در فاضلاب و پساب ها (عدم نیاز به استفاده از آهک و هیدروکسیدها و به همین جهت هم موجب کاهش هزینه های تمام شده می شود.)
- موثر در حذف سیلیکات ها و فسفات ها
- کاهش لجن تولید شده حاصل از فرآیند انعقاد سازی
- شرایط حمل و نقل مناسب و عدم نیاز به تجهیزات بسیار پیشرفته برای انتقال و در نتیجه کاهش هزینه های جابه جایی
- منجر به افزایش خلوص و کیفیت آب تصفیه شده می شود.
- بهبود قدرت و دوام
- تمیز کننده دستگاه های سیستم
- کاهش تولید کف در سیستم
- ایجاد خوردگی کمتر
خطرات کار با سدیم آلومینات
- محلول آن در آب یک باز قوی تشکیل می دهد. این ترکیب به شدت با اسید واکنش می دهد و برای آلومینیوم، قلع و روی خورنده است. با نمک های آمونیوم نیز واکنش می دهد. این امر خطر آتش سوزی را افزایش می دهد.
- تبخیر آن در دمای ۲۰ درجه سلسیوس ناچیز است. با این وجود، هنگامی که پراکنده شود می تواند به سرعت منجر به غلظت زیان آور ذرات معلق شود.
- این ترکیب می تواند از طریق استنشاق آئروسل آن و از طریق بلعیدن جذب بدن شود.
- این ترکیب خورنده برای چشم ها، پوست و مجرای تنفسی خطرناک است. به همین دلیل، در صورت تماس با قسمت های مختلف بدن، مراقبت پزشکی ضرورت دارد.
شرایط ایمنی کار با سدیم آلومینات
هنگام کار با این ترکیب به موارد ایمنی از جمله استفاده از تجهیزات مناسب مانند دستکش ، عینک ایمنی دقت کنید. در صورت بروز مشکل خود را سریعا به مرکز درمانی برسانید. از جمله نکات مهم به صورت زیر است.
- در صورت استنشاق سدیم آلومینات ممکن است احساس سوزش، گلو درد، سرفه و احساس تنفس سخت بروز کند. در این صورت هوای تازه تنفس و استراحت کنید.
- در صورت تماس با پوست ممکن است علائمی از جمله قرمزی، درد و تاول ایجاد شود. بنابراین، به سرعت لباس های فرد آلوده را در آورده و پوست را با مقدار فراوان آب حداقل به مدت ۱۵ دقیقه شستشو دهید.
- اگر چشم ها با این ترکیب تماس داشته باشد چشم ها را به سرعت با مقادیر فراوان آب حداقل به مدت ۱۵ دقیقه و به صورت باز نگه داشته شده شستشو دهید.
- در صورت بلعیدن این ترکیب موجب درد شکمی، احساس سوزش و شوک می شود. در نتیجه به سرعت دهان خود را آب بکشید و خود را وادار به استفراغ نکنید. در نهایت با مراکز اورژانس تماس بگیرید.
نحوه بسته بندی و نگهداری سدیم آلومینات
- این ترکیب را در محل خشک، خنک و همچنین به دور از مواد اسیدی نگهداری کنید.
- محلول سدیم آلومینات یک ترکیب بازی قوی است که به شدت با اسید ها واکنش نشان می دهد.
- این ترکیب برای موادی نظیر آلومینیوم، قلع و روی دارای ویژگی خوردگی است.
- در مجاورت نمک های آمونیوم سریعا وارد واکنش شده و ممکن است موجب آتش سوزی شود.
- در صورت حرارت دیدن و تبخیر شدن، گاز های سمی ایجاد می کند که ممکن است سرطان زا باشد.
