> Техника, страница 11 > Алюминия соединения

Алюминия соединения

Алюминия соединения. Соединения алюминия были известны уже в древности. О применении квасцов (двойная соль сернокислого алюминия с сернокислым калием) в качестве протравы при окраске тканей упоминает Плиний в своей Historia Naturalis. До 15 в квасцы импортировались гл. обр. с Востока. Повидимому в конце 12 в возникла первая европейская ф-ка на о-ве Ишия, близ Неаполя. В течение всего средневековья и вплоть до середины 19 в квасцы были важнейшим соединением алюминия и единственным добывавшимся в заводском масштабе. Т. к. при большинстве техническ. применений действующим началом является глинозем, то впоследствии вместо квасцов стали употреблять сернокислый алюминий, и в настоящее время они потеряли свое значение. С развитием производства металлич. алюминия важнейшими А. с. сделались: окись алюминия А1₂О_а и сернокислый алюминий A1₂(S0₄)₃.

Общие свойства А. с. Во всех своих соединениях алюминий трехвалентен. Растворы солей его содержат бесцветный ион АГ" ; они относятся к слабым электролитам и сильно гидролизованы (смотрите Гидролиз).

Окись алюминия. Технически важнейшим соединением алюминия является окись его—глинозем (А1₂0₃), исходный материал для получения металлического алюминия. А1₂0₃ встречается в природе в кристаллическом состоянии в виде корунда, рубина, сапфира и наждака и входит в состав минерала—б о к с и т а. Расплавляя электрическим током чистые природные бокситы, в С.-А. С. Ш. готовят окись алюминия, ко-рая под названием а л у и д а идет на изготовление шлифовальных камней и лабораторной посуды. В настоящее время А1₂0₃ добывается исключит, прокаливанием гидрата окиси алюминия и получается при этом в виде белого порошка.

Гидрат окиси алюминия А1(ОН)₃получается при прибавлении водного аммиака к раствору соли алюминия в виде белого студенистого осадка, имеющего природу геля. Он может быть также получен в форме гидрозоля (смотрите Коллоиды). А1(ОН)₃ представляет одновременно слабое основание и слабую кислоту (имеет амфотерный характер), растворяясь как в к-тах, так и в щелочах. В последнем случае раствор содеряшт солеобразиые соединения, именуемые алюминатами, например Na₃A10₃, NaA10₂. Как соли очень слабой кислоты алюминаты сильно гидро-лизовапы и легко распадаются с выделением А1(ОИ)₃. Технич. способы добывания А1(ОН)₃ — важнейшего промежуточного продукта при получении соединения алюминия—основаны на прокаливании боксита с содой или на обработке его едким натром. И в том, и в другом случае глинозем боксита дает со щелочью растворимый в воде алюминат натрия, к-рый потом разлагается с выделением гидрата окиси алюминия. Подробнее см. в ст. Алюминий. Гидрат окиси алюминия, как уже указано, является промежуточным продуктом при добывании важнейших А. с. — глинозема и сернокислого алюминия.

Сернокислый алюминий А1₂ (S0₄)₃ · 1SH₂0 является важнейшей солью алюминия. Добывается он двумя способами: либо растворением в серной кислоте гидрата окиси алюминия, полученного одним из щелочных способов, либо непосредственным действием серной кислоты на боксит или каолин, по возможности не содержащих железа (кислый способ). Трудность при кислом способе заключается в рациональной очистке раствора сернокислого алюминия от железа. Несмотря на огромное количество патентов, задача эта до сих пор еще не разрешена. Этим

ii объясняется все большее вытеснение кислого способа щелочным. В наст, время все лучшие сорта сернокислого алюминия получаются растворением гидрата окиси алюминия в серной к-те. Частично обезвоженный гидрат окиси алюминия помещается в большой медный котел, содержащий вычисленное количество серной кислоты в 66° Вё. Нагревание ведется закрытым паром. После насыщения горячий раствор спускают в плоские свинцовые ящики, где при постоянном перемешивании происходит застывание. Полученные т. о. крупные комья измельчают в дезинтеграторе и упаковывают в мешки. Сернокислый алюминий находит широкое применение при проклейке бумаги, в качестве протравы при крашении и в кожевенном производстве. Низшие сорта сернокислого алюминия употребляются в больших количествах в качестве коагулянта при очистке сточных вод. Промышленность предъявляет весьма строгие требования в смысле отсутствия железа в сернокислом алюминии. Содержание железа при проклейке бумаги не должно превышать 0,2%, иначе бумага получает желтый оттенок; при применении же в качестве протравы уже 0,01% железа иногда значительно меняет оттенок окраски. Для этой области применения годятся поэтому лишь самые чистые сорта сернокислого алюминия. Почти столь же чистые препараты сернокислого алюминия употребляет и кожевенная промышленность, где он идет для дубления. Сернокислый алюминий служит также исходным материалом для изготовления других солей алюминия, из которых следует упомянуть применяемый в качестве протравы уксуснокислый алюминий.

Хлористый алюминий А1С1₃получается в технике нагреванием алюминия в струе хлора в виде легко возгоняющихся белых кристаллов, которые осаждаются нахолодных частях аппарата. Реакцию ведут при t° темно-красного каления; алюминий берут в виде отбросов жести или в виде порошка (Aluminiumgries). Особый интерес представляет новый способ получения хлористого алюминия из глины, предложенный Бергером и Кюне. Смесь глины и пирита нагревают до 500°, затем прибавляют уголь и пропускают над раскаленной массой хлор. Образовавшийся хлористый алюминий улавливается и перерабатывается затем для получения металла алюминия по способу Бунзена электролизом, причем освободившийся хлор снова поступает в производство. А1С1_Я находит применение в качестве катализатора при синтезе сложных органических соединений (способ Фридель-Крафтса) и при крекинг-процессе (смотрите).

Фтористый алюминий A1F₃получается действием водного раствора плавиковой кислоты HF на глинозем; он находит применение в качестве плавня при добывании алюминия.

Двойная соль фтористого алюминия с фтористым натрием AlF₃-3NaF образует минерал криолит (смотрите) и приготовляется в значит, количествах синтетически («искусственный криолит»), т. к. служит растворителем при электролизе окиси алюминия. Искусственный криолит получается смешиванием растворов фтористого алюминия и фтористого натрия в виде нерастворимого белого осадка.

Нитрид алюминия A1N получается нагреванием порошка алюминия в струе азота в виде голубоватой кристаллической массы; технически получается в электрической печи действием азота на смесь боксита и угля. Одно время на этот способ возлагали большие надежды, как на метод фиксации атмосферного азота, комбинированный с получением чистого глинозема (способ Серпека), т. к. A1N разлагается кипящей водой на гидрат окиси алюминия и аммиак: 2Α1Ν + 6Η₂0=2Α1(0Η)₃+ + 2NH₃. По позднейшим сведениям, способ Серпека, применявшийся в крупнозаводском масштабе, не вполне оправдал возлагавшиеся на него надежды. Добывание A1N ведется, по Серпеку, в больших вращающихся электрических печах, дл. до 60 — 80 метров и диам. в 3 — 4 метров Для получения чистого глинозема нитрид алюминия кипятят в автоклаве (при давлении в 2 atm) с раствором алюмината натрия крепостью в 20° Вё. Выделяющийся при этом аммиак улавливается и перерабатывается на соли аммония или на азотную кислоту. Глинозем переходит в раствор в виде алюмината и осаждается затем по способу Байера (смотрите Алюминии), а загрязнения остаются в осадке.

Квасцы. Сульфат алюминия дает с сульфатами щелочных металлов квасцы: общего состава:

Me₂(S0₄)-Al₂ (S0₄)₉ 24Н₂0, где Me—щелочный металл. Калиевые квасцы были известны уже в глубокой древности. Получаются они в настоящее время из глин и боксита. После обжига, измельчения и просеивания глина обрабатывается в плоских освинцованных чашах серной к-той крепостью в 50° Вё при t° 70°. При этом осаждается кремнекислота, а сернокислый алюминий переходит в раствор. Разбавленный щелок упаривается, и затем прибавляется крепкий раствор соли калия. Выделяющиеся в виде тонкого белого порошка квасцы подвергаются повторной кристаллизации для очистки от железа. Технич. применение калиевых квасцов все более и более уменьшается. В последние годы стали, однако, в значительных количествах производить более дешевые нат риевые квасцы, которые также употребляются в качестве протравы.

Производство А. с. в С.-А. С. Ш.

Соединения алюминия	Колич. завод.	Продукция в т
Аммонийные квасцы.	5	4 750
Натриевые квасцы.	4	14 450
Глинозем и гидрат окиси А., не считая глинозема, перерабатываемого на алюминий.	4	4 490
Хлористый алюминий, безводный и кристаллич.	4	12 830
Сернокислый алюминий технич.	20	282 450
Сернокислый алюминий, свободный от железа.	7	16 140
Другие соли алюминия.		370
Итого..	—	335 480

Производство А. с. Главнейшими производителями А. с. являются С.-А. С. Ш. и Германия. В 1925 г. продукция С.-А. С. Ш. составляла более 330 000 т, стоимостью в 18 млн. р. Распределение этой продукции по различным соединениям алюминия дано выше в таблице (смотрите ст. 512 внизу).

Лит.·. Федотьев Π. П., Электрометаллургия, Петроград, 1923; Baerwinrt Е., Fr. Ullmann’s Enzyklopadie der technischen Chemie, В. 1, B.— Wien, 1914; Berge A., Die Fabrikalion d. Tonerde, Halle, 1913. И. Казарновский.

А. с. в крашении и печатании применяются в качестве протрав для многих красителей всех волокнистых материалов. Некоторые А. с. находят применение при мойке, валке и карбонизации шерстяных тканей, а также в специальной аппретуре (сообщение волокнистым материалам невоспламеняемости и водоупорности). Технически наиболее важными являются следующие А. с.

Квасцы. В продаже имеются калиевые A1₂(S0₄)₃-K₂S0₄-24H₂0 (с 10,76% А1₂0₃), аммиачные A1₂(S0₄)₃ · (NH₄)₂ S0₄ · 24 Н₂0 (с 11,27% А1₂0₃) и натриевые квасцы Al₂(S0₄)₃-Na₂S0₄-24 Н₂0. Чаще всего встречаются калиевые квасцы; т. к. действующим началом в них является A1₂(S0₄)₃, то часто пользуются сернокислым алюминием, тем более, что он в смысле чистоты (главы, обр. по содержанию солей железа) не уступает квасцам. Вообще в А. с., применяемых для крашения ализарином, соли железа должны отсутствовать. По данным Келлера и Лунге, сернокислый алюминий, применяемый в качестве протравы в крашении, не должен содержать Fe более 0,001%, а применяемый в печати — не более 0,005%. Все, что будет сказано относит, применения сернокислого алюминия, относится также и к квасцам.

Сернокислый алюминий в виде A1₂(S0₄)₃-18 Н₂0 (15,3% А1₂0₃) и A1₂(S0₄)₃-12 Н₂0 (18% А1₂0₃) применяют:

1) Для протравления шерсти при крашении ее ализарином. Для получения интенсивного красного цвета шерсть протравляют накипу П/а часа 6—8%-ным сернокислым алюминием и 5—7%-ным винным камнем в 40-кратном количестве воды (по весу шерсти); с целью экономии винного камня, его частично заменяют щавелевой кислотой и тогда его берут 3%, а щавелевой кислоты 2%.

2) Для протравления шелка и хлопка при крашении их ализарином и другими протравными красителями растительного происхождения. Квасцы и сернокислый алюминий в виде средних солей для этой цели мало пригодны, т. к. при протравлении выделяется серная к-та, задерживающая протравление; поэтому пользуются их основными солями, получаемыми при действии на сернокислый алюминий соды и мела:

Al«(SO()3 + N3.2CO3 + II2O

(ОН)» -Ь CO«j

А.1й(БОд)з -Ь 2Nft2COa -Ь 2Ы₂0 —> A1_s$0₄(OH)4 + 2Na₂SO« + 2СО*.

Применяемое на практике большое число основных солей имеет различную основность : а) по данным BASF, для протравления шелка его обрабатывают в течение 10—15 метров основной солью сернокислого

Г, Э. т. I.

алюминия, получаемой обработкой раствора 60 г квасцов и 6 г кристаллической соды в 1 л; шелк оставляют в этом растворе на 12 ч.; затем отжимают и, не промывая, обрабатывают в течение ¹j_i—7г ч. холодным раствором растворимого стекла в 0,5° Вё, снова отжимают и промывают; б) при протравлении хлопка («квасцовке») сернокислым алюминием или квасцами поступают разно: например, по данным красочной фабрики Мейстер Луциус-Брюнинг, пряжу, предварительно маслованную ализариновым маслом, оставляют на ночь в растворе основного сернокислого алюминия, получаемого растворением 50 килограмм сернокислого алюминия в 375 л воды и прибавлением 1 килограмм таннина и 5 килограмм мела (после осаждения CaS0₄раствор ставят на 5° Вё). После этого пряжу промывают и красят. При протравлении по «новому способу» хлопчатобумажную ткань, предварительно проплюсованную ализариновым маслом, плюсуют основным сернокислым алюминием в 12° Вё, получаемым обработкой раствора 2^г/_а кг сернокислого алюминия в 6 л воды раствором 700 г Na₂C0₃ в 4 л воды.

3) При отяжелении шелка по способу Нейгауза: между последними обработками шелка фосфорнокислым натрием и растворимым стеклом включают обработку сернокислым алюминием.

4) В аппретуре в качестве антисептического вещества.

5) Для получения невоспламеняющихся хлопчатобумажных изделий.

6) При крашении нек-рыми кислотными красителями в качестве вещества, способствующего более равномерному фиксированию красителей на волокне, а также при проявлении щелочного голубого вместо H₂S0₄.

7) При крашении нек-рыми основными красителями для замедления процесса выбирания их.

8) Для фиксирования дубильных веществ на хлопке — вместо сурьмяных соединений.

9) Для увеличения прочности окрасок нек-рых субстантивных красителей к действию воды (сейчас мало применяется).

Уксуснокислый алюминий А1(СН₃-СОО)₃ получают путем растворения А1(ОН)₃ в уксусной к-те или обменным разложением сернокислого алюминия и уксуснокислого свинца РЬ(СН₃-СОО)₂, причем если на 1 молекулу первого взять 3 молекулы второго, то получится средний уксуснокислый алюминий:

Al₂(S0₄), + 3Pb(C₂H_a0₂), 2Al(C₂H₃0₂)₃+3PbS0₄;

например 665 г Al₂(ri0₄)₃ и 1 137 г РЬ(С₂Н₃0₂)₂растворяют порознь в 1 000 см³ воды; затем полученные растворы сливают вместе и после осаждения PbS0₄ фильтруют и ставят на 10° Вё. Уксуснокислый алюминий находит применение: 1) в качестве протравы при печатании хлопка, шерсти и шелка ализарином, 2) в качестве вещества, сообщающего волокнистым материалам водоупорность. Например хлопок или лен обрабатывают в течение 6 ч. в растворе А1(СН₃-СОО)₃ (иногда применяют основные соли) в 3—47а° Вё, отжимают, сушат и повторяют операцию еще раз, либо обрабатывают в течение 7г часа ^ПР^И 60°

17

раствором 10 г в 1л мыла. Водные растворы А1(СН₃-СОО)₃ нестойки, поэтому в нек-рых случаях пользуются более стойкими А. с. в роде уксусносернокислого алюминия.

У к с у с н о с е р и о к и с л ы и алюминий получается при обработке A1₂(S0₄)₃недостаточным количеством РЬ(СН₃*СОО)₂; иапр. растворяют 665 г A1₂(S0₄)₃ в 6 л воды и 945 г РЬ(СН₄-СОО)₂ в 9 л воды; растворы сливают вместе и после осаждения PbS0₄ фильтруют и ставят на 10° Во. Применяют в качестве протравы при крашении хлопка ализарином.

Азотно уксуснокислый алюминий получают обменным разложением A1₂(S0₄)₃, РЬ(СНз-СОО), и Pb(N0₃)₂; например растворяют порознь 6 ч. квасцов, 4 ч. РЬ(СЫ₃-СОО)₂ и 2 ч. Pb(N0₃)₂; полученные растворы сливают вместе и после осаждения PbS0₄ фильтруют и ставят на 10° Вё. Применяют в качестве протравы при крашении шелка ализарином.

Роданистый алюминий A1(CNS)₃получают обменным разложением A1₂(S0₄)₃и Ba(CNS)₂; например 3 килограмма A1₂(S0₄)₃ (18% А1₂0₃) и 4,1 килограмм Ba(CNS)₂ порознь растворяют в 2,5 л воды; затем растворы сливают вместе и после осаждения BaS0₄ фильтруют и ставят на 20° Ве. Применяют в качестве протравы при печатании хлопка ализарином вместо А1(СН₃-СОО)₃; перед последним имеет то преимущество, что он не действует на стальные ракли, и т. о. железо не попадает в печатную краску и не вызывает потускнения красного цвета ализаринового лака.

Хлорноватокислый алюм и-п и и А1(С10₃)₃ получают обменным разложением растворов 200 г A1₂(S0₄)₃ (18% А1₂0₃) в 200 см⁸ воды и 300 з Ва(С10₃)₂в 350 см³ воды; после осаждения BaS0₄ раствор отфильтровывают и ставят на 22° Вё. Применяют в качестве энергичного окислителя вместо или вместе с NaC10₃ при окислительных вытравках (иапр. по индиго).

Хлористый алюминий А1С1₃-6Н₂0 встречается в продаже в виде желтоватой жидкости в 30° Вё. Его применяют для карбонизации шерстяного кускового товара в виде раствора в 6 — 7° Ве; при 125°, разлагаясь, выделяет НС1, действующий гидролизующим образом на целлулозу, чем обусловливает карбонизацию шерсти.

Молочнокислый алюминий приготовляют растворением А1(ОН)₃ в молочной кислоте, либо обменным разложением молочнокислого кальция и A1₂(S0₄)₃. Применяют его в печати хлопка ализарином, особенно по «немаслованному» товару, вместо А1(СЫ₃-СОО)₃, для получения более яркого оттенка.

Щавелевокислый алюм и н и и А1₂(С₂0₄)₃ применяют в печати.

Муравьинокислый алюминий получают обменным разложением муравьинокислого кальция и сернокислого алюминия. Применяют: 1) в печати ализарином, 2) в виде раствора основной соли в 6° Вё в качестве вещества, сообщающего хлопчатобумажным тканям водоупорность.

Г и д р а т окиси а л ю м и и и я А1(ОН)₃ встречается в виде кусков и в пасте. Получают осаждением A1₂(S0₄)₃ содой, аммиаком, мелом. Применяют: 1) для получения различных А. с., 2) для сообщения шерстяным тканям водоупорности.

Алюминат натрия Na₂Al₂0₄ получают растворением А1(ОН)₃ в NaOH и нейтрализацией избытка последнего. Применяют: 1) при крашении хлопка ализарином по способу Шлиппера и Баума, 2) при резервных расцветках ализарином под черный анилин, 3) для улучшения оттенка па-ранитранилинового красного прибавлением в нафтольный плюс.

Г л и и к а, или каолин,— силикат алюминия. Применяют ее в аппретуре в качестве отяжеляющего вещества, а также в качестве загустителя в некоторых печатных красках.

Валяльная глина— неочищен ный сорт глинки зеленоватого или красноватого цвета. Применяют при промывке и валке шерстяного кускового товара.

Лит.: Шапошников В. Г., Общая тех нология волоки, и красящих веществ, М.—Киев, 1926; Георгиевич Г., Химия, технология волокнистых веществ, пер. с нем., СПБ., 1913: Сиволо-б о в А. В., Красильное искусство, Лодзь, 1903; Loewenthal R., Handbuch der Farberei der Spinnfasern, B., 1921; Heermann P., Technologic der Textilveredlung, B., 1921; Gnehm R., Taschenbuch 1iir die Farberei, В., 1924; Heermann P., Farberei- und textilcliemische Untersuchungeii, Berlin, 1923. Д. Грибоедов.