سولفات آلومینیوم

سولفات آلومینیوم یکی از ترکیبات شیمیایی منعقد کننده است که در تصفیه آب از آن استفاده می شود. با استفاده از این ماده در تصفیه خانه ها، ویژگی های فیزیکی و خواص شیمیایی آب را بهبود می بخشند؛ سولفات آلومینیوم و سایر ترکیبات منعقد کننده نظیر کلرید آهن موجب حذف ذرات جامد معلق در آب و شفاف شدن آن می شوند.

سولفات آلومینیوم یا همان زاج سفید یکی از نمک های شیمیایی حاوی فلز آلومینیوم می باشد. در صنعت به این ماده به اختصار آلوم هم می گویند که به شکل یک پودر یا کریستال های سفید رنگ یافت می شود.

سولفات آلومینیوم در صنعت اسامی تجاری مختلفی داشته که بنابر نام شرکت تولید کننده یا گرید تولیدی متفاوت می باشد. سولفات آلومینیوم به طور معمول به دو صورت بلوری یا پودر سفید تولید شده که بر اثر واکنشی شیمیایی بین آلومینیوم هیدروکسید و سولفوریک اسید ایجاد می شود.

آشنایی با سولفات آلومینیوم، تولید و کاربرد‌های آن:

آلومینیوم (Al) در سراسر گسترۀ زمین پراکنده است، و سومین عنصر شیمیایی رایج در پوستۀ زمین را تشکیل می‌دهد. آلومینیوم اغلب در حالت ترکیبی با عناصر مختلف دیگر وجود دارد. یکی از این ترکیبات که دارای کاربرد‌های فراوانی است، سولفات آلومینیوم است. این مادۀ شیمیایی بدون آب یک نمک آلومینیوم جامد دارای ساختمان کریستالی سفید رنگ است که یکی از کاربرد‌های آن به‌عنوان داروی معده است. این عامل باعث جذب و تجزیه پروتئین آنتی‌ژن‌ها در محلول می‌شود. رسوب حاصل باعث بهبود واکسن ایمنی بدن با تسهیل انتشار آهستۀ آنتی‌ژن از مخزن واکسن در محل تلقیح می‌شود. سولفات آلومینیوم (بدون آب) ماده‌ای است که حاوی آب تبلور نیست.

سولفات آلومینیوم در برخی از اشکال جامد مانند بلوک، قرص ‌مانند و یا پودر شده و همین‌طور به شکل محلول در دسترس است. در صنعت تصفیۀ کردنآب، اغلب به‌جای سولفات آلومینیوم به غلط از واژۀ «آلوم» استفاده می‌شود که شکل جامد آن دارای ترکیب xH2O Al2(SO4)3 می‌باشد، که x در محدوده‌ای بین 14 تا 21 قرار دارد و حاوی 18-14% وزنی Al2O3 (آلومینا) و یا 9-7.5% وزنی Al )آلومینیوم ( بسته به ملکول‌های آب x است.

مشخصات ظاهری و شیمیایی سولفات آلومینیوم

سولفات آلومینیوم یکی از نمک های اسیدی در شیمی محسوب می شود که در صورت انحلال در آب می تواند PH آب را به مقداری کمتر از 2 نیز برساند. فرمول شیمیایی این ماده به صورت Al2(SO4)3 می باشد. این نمک به هر مقدار در آب محلول بوده ولی در الکل ها به میزان بسیار اندکی می تواند حل شود. جرم مولکولی سولفات آلومینیوم به میزان 342.131 گرم به ازای هر مول می باشد و در دمایی در محدوده 750 سانتی گراد نیز این پودر یا کریستال سفید رنگ به حالت مذاب در خواهد آمد.

در صورتی که نمک سولفات آلومینیوم حرارت داده شود یک واکنش شیمیایی تجزیه بر اثر حرارت رخ می دهد که موجب می شود ترکیب نمک به موادی مانند اکسیژن، گوگرد دی اکسید و آلومینیوم اکسید تبدیل و تجزیه شود. دمای لازم برای رخ دادن این واکنش بسیار بالا بوده و در حدود 770 الی 960 درجه سلسیوس اندازه گیری شده است.

شکل ساختمانی سولفات آلومینیوم:

سولفات آلومینیوم هیدرات‌های مختلفی را تشکیل می‌دهد که شایع‌ترین آن‌ها ۱۶ آبه (هگرا دکاهیدرات) Al2(SO4)3.16H2O و ۱۸ آبه (اکتا‌ دکاهیدرات) Al2(SO4)3.18H2O می‌باشد. سولفات آلومینیوم ۱۷ آبه (هپتا دکاهیدرات)، که فرمول آن به‌صورت [Al(H2O)6]2(SO4)3.5H2O نوشته می‌شود، به‌طور طبیعی به عنوان مادۀ معدنی آلونژن وجود دارد.

خواص فیزیکی و شیمیایی :

سولفات آلومینیوم در هوا پایدار است، تو باید تا 250 درجۀ سانتیگراد گرم می شود تا آب تبلور را از دست بدهد، هنگامی که بیش از 700 درجۀ سانتیگراد گرم می‌شود، شروع به تجزیه به اکسید آلومینیوم، سولفور تری اکسید و بخار آب، و غیره می‌کند. محلول در آب محلول اسیدی است.

تولید سولفات آلومینیوم:

تولید آزمایشگاهی:

فرمول تهیه این ماده شیمیایی در آزمایشگاه :

2Al(OH)_3+3 H_2 SO_4 → 〖Al〗_2 (SO_4 )_3+6 H_2 O

می توان به‌وسیلۀ حرارت دادن فلز آلومینیوم در یک محلول اسید سولفوریک آن‌را به‌دست آورد:

2 Al+3 H_2 SO_4 → 〖Al〗_2 (SO_4 )_3+3 H_2↑

شیست آلوم به‌کار رفته مخلوطی از پیریت آهن، آلومینیوم، و مواد قیر است، که به‌وفور در طبیعت یافت می‌شود. سولفات آلومینیوم را همچنین می‌توان با استفاده از خاک رس و یا بوکسیت، و یا کریولیت به‌دست آورد. در فرآیند روستینگ، اسید سولفوریک تولید شده و سپس آن‌را وارد واکنش با خاک رس و یا بوکسیت می‌کنند تا سولفات آلومینیوم تشکیل شود.

گرید های مختلف سولفات آلومینیوم

زاج سفید یا همان سولفات آلومینیوم بنابر کاربرد های مختلف خود به فرم های مختلفی تولید می شود که شکل هایی چون پودر سفید، گرانوله، کلوخ شده یا ورقه ای می باشد. این ماده تقریبا همیشه به صورت سفید رنگ دیده می شود و ناخالصی قابل مشاهده ای در محصولات تولیدی دیده نمی شود.

سولفات آلومینیوم تولیدی به سه نوع اصلی در بازار یافت شده که شامل گرید صنعتی، خالص و آزمایشگاهی می باشد. نوع صنعتی سولفات آلومینیوم عموما از درصد خلوص پایین تری در مقابل با سایر گرید ها داشته و به مصرف صنایعی چون نساجی و کشاورزی می رسد. نوع خالص آن عمده مصرف شرکت های داروسازی را پوشش داده و به دلیل اهمیت بالای آن ساخت دارو درصد خلوص و ویژگی های ساختاری سولفات آلومینیوم آن بسیار مهم می باشد. فرم دیگر سولفات آلومینیوم نوع آزمایشگاهی بوده که در مراکز علمی و دانشگاهی به عنوان یک ماده معرف برای واکنش های شیمیایی مورد استفاده قرار می گیرد.

سولفات آلومینیوم معمولا به صورت آبدار به تولید رسیده اما در بعضی موارد نیاز به فرم بدون آب آن می باشد، برای برطرف نمودن این نیاز باید سولفات آلومینیوم آبدار را تا دمای 250 درجه گرما داد تا مولکول های آب موجود در ترکیب جدا شده و محصول نهایی به دست بیاید. گرید تجاری سولفات آلومینیوم معمولا آبدار و شامل 14 مولکول آب می باشد، البته در صنایع کاغذ سازی و تصفیه آب از نوع 18 آبه به کار گرفته می شود.

خطرات کار با سولفات آلومینیوم:

سولفات آلومینیوم سرطان زا نیست، ولی می‌تواند به پوست و چشم آسیب بزند، بنابراین اگر شما با آن کار می‌کنید، باید از دستکش و محافظ چشم استفاده کنید. اگر سولفات آلومینیوم به‌نحوی خورده شود، تا اندازه‌ای خطرناک است زیرا زمانی که این نمک خورده می‌شود، می‌تواند اسید سولفوریک ایجاد کند که خاصیتی به نام خورندگی داشته باشد.

کاربرد‌های سولفات آلومینیوم:

سولفات آلومینیوم یک ماده شیمیایی است که کاربرد‌های رایج صنعتی دارد. ترکیب آلومینیوم، گوگرد و اکسیژن اغلب یک بلور خشک و ماده پودری است که وقتی مرطوب و غیر قابل اشتعال می‌شود، لزج می‌شود. محلول Al2(SO4)3 به‌عنوان آلوم نیز شناخته شده است و از زمان مصر باستان در حرفۀ رنگرزی کاربرد داشته است. امروزه، از این مادۀ شیمیایی هنوز در صنعت تولید کاغذ و همچنین چندین اهداف صنعتی دیگر مانند تولید محصولات خانگی و تصفیۀ آب و فاضلاب استفاده می‌شود.

کاربردهای متنوع سولفات آلومینیوم

شاید تصور کنیم که سولفات آلومینیوم در قرن های اخیر و به واسطه پیشرفت های صنعتی به تولید رسیده است، اما ذکر این نکته بسیار قابل توجه بوده که در مصر باستان و 2 هزار سال قبل از میلاد مسیح از این ماده برای ثابت کردن رنگ پارچه ها استفاده می شد.

در صنعت کاغذ سازی از سولفات آلومینیوم برای بهبود کاغذ تولید شده و همچنین میزان نفوذ بیشتر جوهر در آن استفاده می شود. از این نمک در ایستگاه های تصفیه آب به منظور افزایش شفافیت و گوارایی آب به کار گرفته می شود. البته این مده در تصفیه پساب های حاصل از کارخانجات نیز نقش به سزایی دارا می باشد.

نقش سولفات آلومینیوم در آب استخر

به طور معمول آب موجود در استخر های تفریحی به مرور دچار آلودگی ها و ذرات معلق شده که در زمان تصفیه برای از بین بردم این مشکلات و تمیز نمودن آب ورودی به استخر از نمک سولفات آلومینیوم استفاده می کنند. البته این ماده در صورت انحلال در آب وضعیت اسیدی ایجاد کرده که می تواند به خطراتی برای سلامت پوست افراد منجر شود لذا علاوه بر سولفات آلومینیوم، جوش شیرین نیز به آب ورودی اضافه می کنند تا اثرات اسیدی بودن را خنثی کند و PH آب را به وضعیت طبیعی خود برگرداند.

سولفات آلومینیوم به عنوان یک مادۀ منعقد کننده :

هنگامی‌که با آب مخلوط می‌شود، این مادۀ شیمیایی تعدادی از اشکال با سطوح مختلف یونیزاسیون به‌دست می‌دهد که می‌تواند آلودگی‌ها را در آب جذب کرده و رسوب کند، و باعث تمیزی آب می‌شود. این رسوب‌گذاری به‌عنوان عملیات ته‌نشینی شناخته می‌شود. امروزه در صنعت آب آشامیدنی، در اکثر تأسیسات تصفیه خانه‌ها از این سولفات آلومینیوم استفاده می‌کنند. استفاده از مواد منعقد کنندۀ مبتنی بر آلومینیوم می‌تواند سبب ایجاد سطوح آلومینیوم نسبتاً بالاتری در آب شود، اما معمولاً در سطوح ایمن قرار دارد.

فرایند تولید

سولفات آلومینیوم در واقع از واکنش شیمایی بین آلومینیوم اکسید آبدار( کانی بوکسیت) در سولفوریک اسید به دست می اید. البته کل این فرایند باید در مخازن سربی ضخیم صورت بگیرد زیرا سولفوریک اسید بسیار خورنده بوده و می تواند سایر فلز ها را پس از مدت کوتاهی از بین ببرد. در نهایت پس از حاصل شدن سولفات آلومینیوم در این مخازن محلول به جای مانده را با میزان زیادی از آب رقیق ساخته و به بخش تصفیه انتقال می دهند.

در نهایت پس از صاف نمودن محلول و غلیظ کردن آن مایعی به دست می آید که بیش از نیمی آن را سولفات آلومینیوم محلول در آب تشکیل می دهد. در واحدی جداگانه این محلول غلیظ شده حرارت می بیند تا در نهایت بلور های آبدار سولفات آلومینیوم از آن به دست بیاید.

نکات مهم در هنگام استفاده

سولفات آلومینیوم یکی از مواد جاذب آب می باشد در نتیجه باید همیشه در محیط های سرد و خشک نگهداری شود و ظروف نگهداری نیز حتما از نوع دربسته باشد.

این ماده در کارخانه های تولیدی می تواند اثرات سو و بدی را به سلامت کارگران بگذارد. این مشکلات می توانند شامل آسیب هایی به سیستم تنفسی و بروز تنگی نفس شبانگاهی، آسم ناشی از کار و تحریکات پوستی شود. این موارد بیشتر به دلیل تماس های پوستی و همچنین تنفس گرد و غبار ناشی سولفات آلومینیوم در محیط کارخانه می باشد. برای پیشگیری از این مشکلات باید در محیط های صنعتی تولید سولفات آلومینیوم از ماسک های مخصوص و دستکش های صنعتی استفاده نمود تا از ایجاد عوارض ناشی از آن جلوگیری کرد.