خواص و ویژگی های سولفات آلومینیوم
آلوم یا زاج سفید در تصفیه آب و به عنوان ماده ثابت کننده رنگهای نساجی کاربرد دارد، همچنین در تهیه داروها و صنایع داروسازی نیز کاربرد دارد.
زاج سفید با نام های تجاری مختلف شناخته می شود، آلوم پرال، آلوم اسیدی، کیک آلوم، آلوم فیلتر شده، آلوم کاغذسازی و آلوم گسترده تعدادی از این اسامی اند.
ترکیب فوق کریستال سفید رنگ و یا پودری می باشد و از واکنش بین آلومینیوم هیدروکسید و اسید سولفوریک ساخته می شود. ترکیب فوق فرار نمی باشد، اشتعال پذیر نیست اما بسیار اسیدی است به طوری که هنگامی که در آب حل می گردد pH آن به کمتر از 2 حواهد رسید و می تواند باعث سوزاندن پوست و یا خوردگی فلزات شود.
مشخصات فیزیکی و شیمیایی
| فرمول شیمیایی | Al2(SO4)3 |
| جرم مولکولی | 342.131 gr/mol |
| شکل ظاهری | جامد کریستالی سفید رنگ |
| نقطه ی ذوب | 750 درجه ی سانتی گراد |
| حلالیت | در آب کاملا اما در الکل ها به مقدار کم قابل حل است |
تجزیه شدن: از تجزیه ی حرارتی این ماده آلومینیوم اکسید، سولفور دی اکسید و اکسیژن طبق فرایند زیر حاصل می شود. این واکنش در دمای حدود 770 الی 860 درجه ی سانتی گراد رخ می دهد
انواع زاج سفید
الف) صنعتی- در رنگهای نساجی استفاده می شود.
ب) خالص- در صنایع داروسازی کاربرد دارد.
ج) آزمایشگاهی- به عنوان معرف در تجزیه های شیمیایی مورد استفاده قرار می گیرد.
هر سه نوع آلوم اشاره شده در بالا به صورت پودر سفید رنگ، گرانول، کلوخه ای و یا ورقه ای می باشند که از هرگونه ناخالصی مشهود عاری می باشند و تقریبا به صورت کامل در آب حل می شوند.
در آب کاملا حل می شود اما در الکل ها نامحلول است و به دلیل خاصیت هیدرولیز محلول آن در آب اسیدی است. نمک بدون آب این ماده را می توان از طریق آبگیری بلورها در دمای 200 تا 250 درجه سانتیگراد بدست آورد. این ماده در 750 °C کاملا تجزیه شده تولید آلومینا، دی اکسید گوگرد و تری اکسید گوگرد می نماید. در گرید تجاری این ماده عموما به صورت Al2(SO4)3.14H2O تولید شده و دارای 17% Al2O3 است. سولفات آلومینیوم 18 آبه نیز به صورت گسترده در کاغذسازی و تصفیه آب دارد.
روش تولید
زاج سفید از حل کردن بوکسیت بسیار نرم شده (آلومینای آبدار، Al2O3.H2O) در اسید سولفوریک، در داخل ظروفی که توسط سرب روکش شده است و با بخار روغن کار می کند، بدست می آید. سپس محلول را در داخل مخازن بزرگ توسط آب رقیق می کنند تا لجن و مواد حل نشده ته نشین شوند. بعد از صاف کردن محلول در مخازن متعدد، محلول این ماده تصفیه شده در دستگاه تبخیر تغلیظ می شود. پس از تغلیظ مناسب مایع حاصله دارای 57% از محصول فوق (حدود 13 مولکول آب در هر مول) تشکیل خواهد شد.
2Al(OH)3+3H2SO4→Al2(SO4)3+6H2O
تشکیل بلورهای زاج سفید به وسیله اضافه کردن مقدار استوکیومتری سولفات سدیم یا سولفات پتاسیم در مخازن تبلور انجام می شود.
کاربرد ها
این ترکیب شیمیایی کاربردهای بسیار زیادی دارد و ما در زندگی روزمره با این ماده برخورد داریم، حتی بدون اینکه بدانیم. مصریان باستان از 2000 سال قبل از میلاد مسیح آلوم معدنی را به عنوان تثبیت کننده در رنگرزی استفاده می کردند. در تولید کاغذ برای بهبود پایداری، افزایش میزان نفوذ جوهر و در تصفیه آب برای بهبود شفافیت آب از این ماده استفاده می شود.
از دیگر کاربردهای آلوم می توان به استفاده در تصفیه پساب، عامل تسریع کننده در بتن، عامل شفاف کننده در چربی ها و روغن ها و به عنوان عامل کف ساز در کف های آتش، اشاره کرد.
تصفیه آب
یون Al توانایی بالایی در لخته کردن قطعات کلوئیدی دارد و یک کواگولانت به حساب می آید. عمده ذرات معلق کلوئیدی موجود در آب دارای بار منفی هستند. یون Al موجود در آلوم با آب واکنش داده و یون های با بار مثبت را تشکیل میدهد. این یونها با ذرات معلق ترکیب شده و باعث رسوب ذرات معلق در آب می شوند که با فیلتر شدن از آب جدا می گردند. شکل زیر مربوط به یک واحد تصفیه آب صنعتی با استفاده از این ماده است.
نقش این ماده در استخر
از این ماده برای حذف ذرات معلق در استخر استفاده فراوان می شود. زاج سفید را باید قبل از فیلتر کردن به آب استخر افزود. محلول زاج سفید در آب اسیدی است و معمولا در هنگام استفاده مقداری کاستیک سودا یا جوش شیرین (عموما به ازای هر کیلوگرم زاج سفید نیم کیلوگرم از کاستیک سودا یا جوش شیرین ) نیز به آب اضافه می شود تا درجه اسیدی آب در محدوده قابل قبول باقی بماند.
نقش این ماده در کشاورزی
همان گونه که قبلا شرح داده شد محلول این ماده در آب خاصیت اسیدی دارد. در کشاورزی خصوصا پرورش گیاهان زینتی pH خاک بسیار مهم است به گونه ای که در برخی موارد بر روی رنگ گل و گیاه نیز تاثیر می گذارد. کشاورزان برای تنظیم pH بهینه برای رشد گیاه، با توجه به نوع خاک و گیاه میزان مورد نیاز آلوم را به خاک می افزایند.
از آنجایی که Al در دسته مواد مورد نیاز برای رشد گیاه قرار ندارد، ریختن سولفات آلومینیوم مایع به صورت مستقیم بر روی گیاه نه تنها اثر مثبتی ندارد بلکه می تواند به ضرر گیاه نیز باشد. بهترین راه برای استفاده از این ماده افزودن آن به خاک است.
مقدار دقیق مصرف بر اساس نوع خاک و نتایج آنالیز آن باید تعیین گردد.
البته برخی از کشاورزان به صورت تجربی مقدار مورد نیاز را برای خاک مصرفی خود بدست می آورند که توصیه نمی شود.
نقش سولفات آلومینیوم در افزایش عمر گلهای شاخه بریده فقط به پایین آمدن pH محلول گلدان محدود نمی شود. بلکه تا حدی به عنوان ماده ضد میکروبی در محلول غذایی بر عملکرد گلها تاثیر دارد. استفاده از این ترکیب به تنهایی یا همراه با ساکارز باعث کیفیت و ماندگاری گل های شاخه بریده در مرحله پس از برداشت می شود.
تولید کاغذ
صنعت تولید کاغذ از جمله صنایعی است که مواد شیمیایی در آنها کاربرد زیادی دارند . رد پای بسیاری از اسید ها ، بازها ، حلال ها ، سورفکتانت ها و دیگر مواد شیمیایی را می توان در فرآیندهای کاغذ سازی پیدا کرد . سولفات آلومینیوم از جمله موادی است که در تولید کاغذ مورد استفاده قرار می گیرد . الیاف سلولزی موجود در کاغذ تمایل دارند که آب را به خود جذب کنند که عموما اتفاقی ناخوشایند به شمار می رود . برای حل این مشکل سایزینگ (sizing) اناجم می شود که در آن با استفاده از آلوم و روزین کاغذ را ضد آب می کنند .
کاربرد های آلوم
- هنگامی که آلوم به آب های خنثی و یا مقداری قلیایی اضافه می شود. Al2(SO4)3 رسوبی ژلاتینی از هیدروکسید Al را تولید می کند. در رنگرزی و چاپ بر روی پارچه از این ماده ی ژلاتینی برای رنگ آمیزی لباس ها استفاده می نمایند
- در بعضی مواقع این ماده به خاک اضافه می شود تا به صورت رسوب Al هیدروکسید سبب کاهش pH خاک شود. باغبانان برای پرورش گل ادریسی معمولا از این ترکیب استفاده می نمایند.
- این ماده و سایر ترکیبات آلوم می توانند به عنوان فعال کننده در محصولات ضد تعریق مورد استفاده قرار بگیرند.
- در فوم های آتشنشانی
- واتر پروف در بتن ها
نگهداری:
ترکیب فوق باید در یک محیط سرد و خشک و در ظرف های در بسته نگهداری شود.
این ماده نباید در محیط رطوبت دار قرار بگیرد ، زیرا آب را به راحتی جذب می نماید و موجب می شود تا سطح ماده لغزنده گردد.
بازار جهانی
با توجه به کاربرد های فراوان سولفات آلومینیوم در داروسازی، کشاورزی، تصفیه ی آب و… در سال 2018 بازار مصرفی این محصول چیزی حدود 839.4 میلیون دلار بود و انتظار می رود با رشد CAGR ای در حدود 3 درصد روندی صعودی در سال های پیش رو (2018-2026) داشته باشد. تنها 0.5 درصد از آب موجود در جهان آب شیرین است. افزایش جمعیت و بالا رفتن نیاز به فرایند های تصفیه ی آب موجب گشته است تا بازار این ترکیب نیز تحت تاثیر قرار بگیرد.
پیش بینی می شود رشد مصرف این محصول در کشور چین نسبت به سایر مناطق بیشتر باشد اما تخمین زده می شود که اروپا با اختصاص دادن سهمی در حدود 19.9٪ از بازار جهانی تا پایان سال 2028 به بزرگترین مصرف کننده ی این ترکیب تبدیل گردد و بازار مصرفی این محصول را به خود احتصاص دهد. بعد از اروپا، آمریکای شمالی بزرگترین مصرف کننده ی این ماده به شمار می آید. انتظار می رود خاورمیانه و کشور های آفریقایی نیز رشد CAGR 1.9 درصدی در طول دوره ی پیش بینی شده داشته باشند.
اثرات آلوم بر روی انسان
در مطالعاتی که بر روی کسانی که در کارخانه تولید این ماده کار می کنند، انجام شده است:
- مشکلات تنفسی، تنگی نفس شبانه آسم حرفه ای ( آسمی که از طریق شغل و محیط کار ایجاد می شود) مشاهده شده است.
- این ماده در برخورد با پوست و چشم می تواند باعث تحریک شود.
ترکیب فوق در مصارف صنعتی و خانگی به طور فراوان مورد استفاده قرار می گیرد اما خاصیت اسیدی این ماده می تواند سبب خسارات زیادی شود ، بنابراین هنگام استفاده از این ترکیب نکات ایمنی را رعایت نمایید.
لینک‌های مفید: