ГЛАВА 1. ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И ПРИМЕНЕНИЕ НИТРАТА АЛЮМИНИЯ

1.1. Свойства и технические характеристики нитрата алюминия

Нитрат алюминия (Aluminium nitrate) — это неорганическое соединение, соль алюминия и азотной кислоты, имеющая химическую формулу Al(NO₃)₃. Обычно существует в виде кристаллогидрата, чаще всего Al(NO₃)₃·9H₂O.

Основная технология производства в промышленности:

В промышленности нитрат алюминия получают путем растворения алюминия, гидроксида алюминия или оксида алюминия в азотной кислоте.

Реакции:

• Растворение алюминия в азотной кислоте: 2Al + 6HNO₃ → 2Al(NO₃)₃ + 3H₂ Примечание: реакция может быть бурной и требует контроля концентрации кислоты и температуры.
• Растворение гидроксида алюминия в азотной кислоте: Al(OH)₃ + 3HNO₃ → Al(NO₃)₃ + 3H₂O
• Растворение оксида алюминия в азотной кислоте: Al₂O₃ + 6HNO₃ → 2Al(NO₃)₃ + 3H₂O

Процесс производства включает следующие этапы:

1. Подготовка сырья: Алюминий (обычно в виде стружки или порошка), гидроксид или оксид алюминия. Подготовка азотной кислоты определенной концентрации.
2. Растворение: Сырье постепенно добавляют к азотной кислоте при перемешивании и контроле температуры.
3. Фильтрация: Полученный раствор фильтруют для удаления нерастворимых примесей.
4. Кристаллизация: Раствор нитрата алюминия концентрируют путем выпаривания воды. При охлаждении происходит кристаллизация нитрата алюминия в виде кристаллогидрата.
5. Сушка: Кристаллы нитрата алюминия сушат для удаления остаточной влаги.
6. Упаковка: Готовый продукт упаковывают в герметичные контейнеры для предотвращения поглощения влаги из воздуха.

Подробные свойства:

• Внешний вид: Бесцветные или белые кристаллические вещества.
• Запах: без запаха.
• Молярная масса:
  • Al(NO₃)₃: 212.996 г/моль
  • Al(NO₃)₃·9H₂O: 375.13 г/моль
• Плотность:
  • Al(NO₃)₃·9H₂O: 1.72 г/см³
• Температура плавления:
  • Al(NO₃)₃·9H₂O: 73.5 °C (разлагается)
• Растворимость: очень хорошо растворим в воде, спирте, ацетоне.
• Гигроскопичность: очень гигроскопичен, легко поглощает влагу из воздуха.
• Стабильность: Стабилен при нормальных условиях, но при нагревании разлагается с выделением оксидов азота. Является окислителем.
• Токсичность: умеренно токсичен при проглатывании. Раздражает кожу и глаза.
• Другие свойства: обладает вяжущим действием.

Таблица 1.1

Физические и химические характеристики нитрата алюминия

Характеристика	Значение
Химическая формула	Al(NO₃)₃·9H₂O (наиболее распространенная форма)
Молярная масса	375.13 г/моль
Внешний вид	Бесцветные или белые кристаллы
Плотность	1.72 г/см³
Температура плавления	73.5 °C (разлагается)
Растворимость в воде	Очень хорошо растворим
Растворимость в спирте	Хорошо растворим
Гигроскопичность	Очень высокая
Стабильность	Стабилен при нормальных условиях, окислитель
Токсичность	Умеренно токсичен при проглатывании, раздражитель
pH (1M раствор)	~ 3.0

Источник: по данным открытых источников информации

Виды и их описание:

Основным видом нитрата алюминия является кристаллогидрат Al(NO₃)₃·9H₂O. Также могут встречаться и другие гидраты, например, Al(NO₃)₃·6H₂O, но они менее распространены. Безводный нитрат алюминия (Al(NO₃)₃) получить сложно из-за его высокой гигроскопичности.

• Кристаллогидрат Al(NO₃)₃·9H₂O: наиболее распространенная форма. Кристаллы белого цвета, очень хорошо растворимые в воде. Используется в большинстве промышленных и лабораторных применений.
• Другие гидраты: могут образовываться в зависимости от условий кристаллизации, но обычно менее стабильны и быстро переходят в нонагидрат при контакте с влажным воздухом.
• Водные растворы: Нитрат алюминия обычно используется и продается в форме водных растворов различной концентрации.

В России нитрат алюминия регулируется ГОСТ 3757-75 «Реактивы. Алюминий азотнокислый 9-водный. Технические условия».

Таблица 1.2

Виды и свойства 9-водного нитрата алюминия по ГОСТ 3757-75

Показатели	Виды
	Чистый для анализа	Чистый
1. Массовая доля 9-водного азотнокислого алюминия (A1(N03) 3*9H20), % , не менее	98	97
2. Массовая доля нерастворимых в воде веществ, % , не более	0,01	0,02
3. Массовая д ол я сульфатов ( S 0 4), % , не более	0,01	0,02
4. Массовая доля хлоридов (CI), % , не более	0,002	0,005
5 Массовая доля железа (Fe), %> не более	0,004	0,01
6. Массовая доля тяжелых металлов (РЬ), % , не более	0,0005	0,001
7. Массовая доля суммы калия и натрия (K-f-Na), % , не более	0,05	не нормируется
8. pH раствора препарата с массовой долей 5 %	2,5

Источник: по данным открытых источников информации

1.2. Применение нитрата алюминия нитрата алюминия

 

Нитрат алюминия, благодаря своим свойствам, имеет достаточно широкую область применения. Вот подробное описание основных направлений его использования:

1. Протрава в текстильной промышленности:

• Суть применения: Нитрат алюминия используется в качестве протравы при крашении тканей. Протрава — это вещество, которое помогает красителям прочно связаться с волокнами ткани, обеспечивая стойкость окраски к стирке, воздействию света и другим факторам.
• Механизм действия: Нитрат алюминия образует комплексные соединения с красителями и волокнами ткани. Ионы алюминия Al³⁺ образуют мостики между молекулами красителя и волокнами, фиксируя краситель внутри ткани. Он взаимодействует с гидроксильными группами (OH) волокон, образуя нерастворимые соединения, которые "запирают" краситель.
• Применяемые ткани: обычно используется для крашения натуральных тканей, таких как хлопок, лен, шерсть и шелк. Нитрат аллюминия помогает добиться более ярких и стойких цветов на таких тканях.
• Преимущества: обеспечивает хорошую стойкость окраски, улучшает яркость и равномерность окрашивания.
• Недостатки: может влиять на прочность некоторых волокон при неправильном использовании.

2. Компонент антиперспирантов:

• Суть применения: Нитрат алюминия используется в некоторых антиперспирантах для уменьшения потоотделения.
• Механизм действия: Ионы алюминия Al³⁺, высвобождающиеся из нитрата алюминия, образуют гелеобразные комплексы с белками в протоках потовых желез. Эти комплексы частично блокируют потовые протоки, снижая количество пота, выделяемого на поверхность кожи.
• Концентрация: обычно используется в низких концентрациях, чтобы минимизировать раздражение кожи.
• Безопасность: существуют споры о безопасности использования солей алюминия в антиперспирантах, в частности, по поводу возможной связи с развитием рака молочной железы. Однако, научные исследования не предоставили однозначных доказательств этой связи.
• Преимущества: эффективно снижает потоотделение.
• Недостатки: у некоторых людей может вызывать раздражение кожи.

3. Производство катализаторов:

• Суть применения: Нитрат алюминия является прекурсором для получения оксидов алюминия (Al₂O₃), которые широко используются в качестве катализаторов или носителей катализаторов в различных химических процессах.
• Методы получения оксида алюминия: Нитрат алюминия термически разлагают (прокаливают) при высоких температурах, что приводит к образованию оксида алюминия и выделению оксидов азота. Иногда процесс проводят в присутствии пара для получения оксида алюминия с определенной пористой структурой.
• Применение оксида алюминия в качестве катализатора: Оксид алюминия используется в качестве катализатора в процессах крекинга нефти, дегидрирования, дегидратации, изомеризации и других важных химических реакциях.
• Применение оксида алюминия в качестве носителя катализатора: Оксид алюминия, благодаря своей высокой удельной поверхности и термической стабильности, часто используется в качестве носителя для нанесения активных каталитических компонентов, таких как металлы платиновой группы.
• Преимущества: предоставляет возможность получать оксиды алюминия с заданными свойствами (удельная поверхность, пористость).
• Недостатки: требует высоких температур и контроля процесса для получения оксида алюминия с желаемыми характеристиками.

4. Дубление кожи:

• Суть применения: Нитрат алюминия используется в процессе дубления кожи для придания ей прочности, эластичности и устойчивости к разложению.
• Механизм действия: Ионы алюминия Al³⁺ связываются с коллагеновыми волокнами кожи, стабилизируя их структуру и делая кожу более устойчивой к воздействию воды, тепла и микроорганизмов.
• Виды дубления: используется в сочетании с другими дубильными веществами (например, хромсодержащими солями) для комбинированного дубления.
• Преимущества: улучшает свойства кожи, делая ее более прочной и устойчивой.
• Недостатки: может оказывать негативное влияние на экологию, если не соблюдаются правила утилизации отходов кожевенного производства.
•  

5. Другие области применения:

• Производство изоляционной бумаги: используется в качестве компонента в производстве бумаги, используемой для электрической изоляции.
• Реагент в химических лабораториях: используется в различных химических анализах и синтезах.
• Компонент некоторых взрывчатых веществ: В прошлом использовался в некоторых составах взрывчатых веществ в качестве окислителя (очень редко в настоящее время).
• Сельское хозяйство: может быть использован в качестве компонента некоторых удобрений (хотя сейчас применяется гораздо реже, чем другие соли азота).
• Ингбибитор коррозии: иногда используют небольшие количества в качестве ингибитора коррозии.
• Очистка сточных вод: иногда для осаждения фосфатов.