سدیم آلومینات

فهرست : 

1. سدیم آلومینات چیست
2. فرمول شیمیایی
3. واکنش های شیمیایی تشکیل سدیم آلومینات
4. نقش سدیم آلومینات در صنعت ساختمان
5. اطلاعات جهانی
6. کاربردها
7. مزایا و ویژگی ها
8. معایب و محدودیت ها
9. چگونگی تولید
10. مشخصات فیزیکی و شیمیایی
11. یافتگی طبیعی
12. استانداردهای بین المللی
13. استانداردهای ایران
14. صنایع پر کاربرد
15. روش های تولید سدیم آلومینات
16. کاربردهای کاتالیزوری سدیم آلومینات
17. نگهداری و انبار
18. ایمنی

سدیم آلومینات چیست

سدیم آلومینات یا آلومینات سدیم یک ترکیب شیمیایی با فرمول NaAlO2 است. این ماده یک نمک آلومینیم است که از واکنش آلومینا با سود (سدیم هیدروکسید) تولید می‌شود. سدیم آلومینات یک پودر بلورین سفید رنگ است که به راحتی در آب حل می‌شود. از سدیم آلومینات به عنوان یک عامل فلوکولانت در تصفیه آب و فاضلاب، به عنوان یک ماده افزودنی در صنایع شیمیایی و همچنین به عنوان یک ترکیب شیمیایی در صنایع دارویی و کاغذسازی استفاده می‌شود. سدیم آلومینات دارای خواص شیمیایی ویژه‌ای است که باعث کاربرد گسترده آن شده است.

فرمول شیمیایی سدیم آلومینات

سدیم آلومینات یا آلومینات سدیم با فرمول شیمیایی NaAlO2 شناخته می‌شود. از نظر ساختار شیمیایی، این ترکیب از یون‌های زیر تشکیل شده است:

• یون سدیم (Na+) : یک کاتیون فلزی با بار مثبت یک ظرفیتی
• یون آلومینیم (Al3+) : یک کاتیون فلزی سه ظرفیتی با بار مثبت
• یون اکسیژن (O2-) : یک آنیون دو اتمی با بار منفی

بنابراین، ساختار شیمیایی سدیم آلومینات به صورت یک ترکیب یونی است که در آن نسبت یون‌های سدیم به آلومینیم برابر با یک به یک و نسبت یون‌های اکسیژن به آلومینیم برابر با دو به دو است. این نسبت‌ها در فرمول شیمیایی NaAlO2 منعکس شده‌اند.

واکنش های شیمیایی تشکیل سدیم آلومینات

سدیم آلومینات از واکنش آلومینیوم با سود سوزآور (NaOH) تولید می‌شود:

2Al + 2NaOH + 6H₂O → 2NaAl(OH)₄ + 3H₂↑

یا در حالت خشک‌تر:

Al(OH)₃ + NaOH → NaAlO₂ + 2H₂O

این واکنش نشون می‌دهد که سدیم آلومینات در محیط قلیایی پایدار است و تولید گاز هیدروژن دارد.

نقش سدیم آلومینات در صنعت ساختمان

در تولید سیمان مقاوم در برابر حرارت ، سدیم آلومینات نقش تسریع‌ کننده هیدراسیون را دارد. در بتن‌ریزی در دماهای پایین نیز استفاده می‌شود.

اطلاعات جهانی سدیم آلومینات

سدیم آلومینات یکی از محصولات شیمیایی مهم در بازارهای جهانی است که تجارت گسترده‌ای دارد. برخی نکات کلیدی در مورد تجارت بین‌المللی سدیم آلومینات:

• چین، هند، امریکا و استرالیا بزرگترین تولیدکنندگان سدیم آلومینات در جهان هستند.
• کشورهای در حال توسعه آسیایی بزرگترین مصرف‌کنندگان سدیم آلومینات هستند.
• عمده‌ترین کاربردهای صادراتی آن شامل صنایع کاغذسازی، تصفیه آب و فاضلاب است.
• پیش‌بینی می‌شود میزان تجارت جهانی سدیم آلومینات تا سال 2025 به بیش از 5 میلیون تن برسد.
• قیمت سدیم آلومینات در بازارهای جهانی به عواملی چون تقاضا، عرضه و هزینه تولید بستگی دارد.
• استانداردها و مقررات بین‌المللی برای تجارت و حمل و نقل سدیم آلومینات وجود دارد.
• تجارت سدیم آلومینات عمدتاً از طریق دریا و جاده انجام می‌شود.

کاربردهای سدیم آلومینات

کاربردهای مهم سدیم آلومینات به شرح زیر است:

• استفاده به عنوان فلوکولانت در تصفیه آب و فاضلاب برای کمک به فرآیند ته‌نشینی
• به‌کارگیری در صنایع کاغذسازی برای افزایش کیفیت کاغذ
• استفاده در صنایع نساجی و رنگرزی به عنوان تثبیت‌کننده رنگ
• به کارگیری در تولید صابون و مواد شوینده به عنوان یک عامل کف‌کننده
• استفاده در تولید انواع رزین‌های تبادل یونی
• به کارگیری در صنایع داروسازی و تولید فراورده‌های بهداشتی
• کاربرد در صنایع سرامیک‌سازی و تولید لعاب
• استفاده در آب‌بندی و نفوذگر سطوح بتنی
• به کارگیری به عنوان کاتالیزور در برخی واکنش‌های شیمیایی

مزایای سدیم آلومینات

از مزایا و ویژگی‌های مفید سدیم آلومینات می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• حلالیت بالا در آب
• داشتن خاصیت بازی قوی
• قدرت بالا در حذف کدورت و رسوب از آب
• کمک به رسوب‌گیری مواد معلق در آب به صورت فلاک
• بهبود خواص نفوذپذیری در بتن و سیمان
• افزایش سفیدی و درخشندگی کاغذ
• ایجاد پایداری و ثبات رنگ در محصولات نساجی
• تولید کف پایدار در مواد شوینده
• قابلیت تولید با خلوص بالا
• داشتن اثرات آنتی‌باکتریال
• سازگاری زیست‌محیطی بالاتر نسبت به سایر ترکیبات آلومینیم
• هزینه تمام شده پایین‌تر نسبت به سایر مواد شیمیایی مشابه

به طور کلی سدیم آلومینات یک ماده شیمیایی بسیار کاربردی با مزایای زیاد است.

معایب و محدودیت های سدیم آلومینات

برخی از معایب و محدودیت‌های سدیم آلومینات عبارتند از:

• در غلظت‌های بالا می‌تواند باعث خوردگی و آسیب به پوست و چشم شود.
• مصرف بیش از حد آن می‌تواند منجر به آلودگی منابع آب شود.
• pH بالای آن (بازی قوی) می‌تواند باعث ایجاد مشکلات زیست‌محیطی گردد.
• در تماس با اسیدها واکنش شدید نشان می‌دهد.
• نگهداری و حمل و نقل آن نیازمند رعایت نکات ایمنی است.
• در صورت ورود به مجاری تنفسی می‌تواند موجب تحریکات شود.
• تماس طولانی مدت می‌تواند موجب حساسیت پوستی شود.
• قیمت آن نسبت به سدیم هیدروکسید بالاتر است.
• در مقایسه با PAC کارایی کمتری در تصفیه آب دارد.
• حذف آن از پساب به راحتی امکان‌پذیر نیست.

بنابراین باید در مصرف و دفع آن نکات ایمنی و زیست‌محیطی رعایت شود.

سدیم آلومینات چگونه تولید می شود؟

سدیم آلومینات از طریق فرایندهای شیمیایی زیر تولید می‌شود:

1. واکنش آلومینا با سود سوزآور

آلومینا با سود سوزآور (سدیم هیدروکسید NaOH) واکنش داده و سدیم آلومینات تولید می‌کند.

2NaAlO2 + 2NaOH → 2NaAlO2 + H2O

2. واکنش بوکسیت با سود سوزآور

بوکسیت (Al2O3.xH2O) که ماده اولیه اصلی تولید آلومین است، با سود سوزآور واکنش داده و سدیم آلومینات تولید می‌کند.

Al2O3.xH2O + 2NaOH → 2NaAlO2 + (x+1)H2O

3. واکنش آلومینیم سولفات با سود سوزآور

نمک‌های آلومینیم مثل آلومینیم سولفات نیز با سود سوزآور واکنش داده و سدیم آلومینات تولید می‌کنند.

Al2(SO4)3 + 6NaOH → 2NaAlO2 + 3Na2SO4 + 3H2O

بنابراین مهمترین مواد اولیه تولید سدیم آلومینات شامل آلومینا، بوکسیت و سود سوزآور هستند.

مشخصات فیزیکی و شیمیایی سدیم آلومینات

مهم‌ترین ویژگی‌ ها و خصوصیات فیزیکی و شیمیایی سدیم آلومینات به شرح زیر است:

• حالت فیزیکی : پودر جامد بلورین سفید رنگ
• جرم مولکولی : 81.97 گرم بر مول 
• دمای ذوب : 1540 درجه سانتی‌ گراد
• چگالی : 2.4 گرم بر سانتی‌ متر مکعب
• میزان حلالیت در آب : بسیار قابل حل
• ضریب شکست : 1.5
• pH : بالا (حدود 12-13)
• خاصیت شیمیایی : بازی قوی
• ساختار بلوری : مونوکلینیک
• رسانایی الکتریکی : رسانا
• رنگ : سفید
• دمای ذوب بالا : نشان‌ دهنده پایداری حرارتی
• جامد هیگروسکوپیک : با جذب رطوبت از هوا مرطوب نمی‌ شود

سدیم آلومینات چگونه در طبیعت یافت می شوند ؟

سدیم آلومینات به طور طبیعی در منابع زیر یافت می‌ شود:

• آب‌های طبیعی مانند دریاچه‌ها، رودخانه‌ها و آب‌های زیرزمینی
• آب دریا که حاوی مقادیر کمی آلومینیم و سدیم است
• مواد معدنی حاوی آلومینیم مانند بوکسیت و آلونیت
• خاک‌هایی که دارای مقادیر قابل توجهی آلومینیم هستند
• زغال سنگ‌هایی که آلومینیم در آنها وجود دارد
• برخی گیاهان مانند گیاه توت فرنگی که آلومینیم را از خاک جذب می‌کنند
• مناطق آتشفشانی و داغ که حاوی مقادیری آلومینیم و سدیم هستند
• رسوبات نمکی و معدنی دریاچه‌ های قلیایی

اما مقدار سدیم آلومینات طبیعی بسیار ناچیز است و عمده آن به روش‌های صنعتی تولید می‌شود.

استانداردهای بین المللی سدیم آلومینات

استانداردها و مشخصات فنی مهم بین‌المللی مربوط به سدیم آلومینات عبارتند از:

• ASTM D2818 - استاندارد آمریکایی مربوط به مشخصات و روش آزمون سدیم آلومینات
• EN 878 - استاندارد اروپایی مربوط به ویژگی‌های شیمیایی سدیم آلومینات مورد استفاده در تصفیه آب
• BS ISO 157 - استاندارد بریتانیایی مربوط به تجزیه شیمیایی و خلوص سدیم آلومینات
• DIN 19509 - استاندارد آلمانی در مورد مشخصات و کنترل کیفیت سدیم آلومینات صنعتی
• JIS K 1450 - استاندارد ژاپنی در مورد روش آزمون سدیم آلومینات
• ANSI/AWWA B402 - استاندارد آمریکایی مربوط به سدیم آلومینات مصرفی در تصفیه آب
• NSF/ANSI 60 - استاندارد بهداشتی آمریکایی برای ترکیبات شیمیایی تصفیه آب شامل سدیم آلومینات

استانداردهای ایران سدیم آلومینات

در ایران نیز استانداردهای ملی زیر در خصوص سدیم آلومینات وجود دارد:

• استاندارد ملی ایران شماره 12903 - ویژگی‌ها و روش‌های آزمون سدیم آلومینات
• استاندارد ملی ایران شماره 449 - آب آشامیدنی - مشخصات سدیم آلومینات مصرفی در تصفیه آب
• استاندارد ملی ایران شماره 10126 - فاضلاب‌های صنعتی - ویژگی‌های سدیم آلومینات مصرفی در تصفیه فاضلاب
• استاندارد ملی ایران شماره 1053 - مواد شیمیایی صنعتی - نمک‌های آلومینیم - ویژگی‌ها و روش‌های آزمون
• استاندارد ملی ایران شماره 12955 - حد مجاز آلومینیم محلول در آب آشامیدنی
• آیین‌نامه بهداشتی مواد شیمیایی خوراکی و آشامیدنی - وزارت بهداشت ایران

تولیدکنندگان و واردکنندگان سدیم آلومینات در ایران موظف به رعایت این استانداردها هستند.

صنایع استفاده کننده از سدیم آلومینات

سدیم آلومینات در صنایع مختلفی کاربرد دارد:

• صنایع تصفیه آب و فاضلاب : به عنوان یک عامل فلوکولانت برای کمک به ته‌نشینی
• صنعت کاغذسازی : برای افزایش درخشندگی و سفیدی کاغذ
• صنایع نساجی و رنگرزی : جهت ثبات و پایداری رنگ‌ها
• صنایع شوینده : به عنوان یک عامل کف‌کننده و پاک‌کننده
• صنعت تولید رزین : در تهیه انواع رزین تبادل یونی
• صنایع دارویی و بهداشتی : در تولید محصولات بهداشتی
• صنعت سرامیک و لعاب‌سازی : برای تولید انواع لعاب‌ها
• صنعت ساختمان : به عنوان ماده نفوذپذیرکننده بتن و سیمان
• صنایع شیمیایی : به عنوان کاتالیزور در واکنش‌ها
• صنایع آلومینیوم : در تولید آلومینا از بوکسیت

روش های تولید سدیم آلومینات

سدیم آلومینات به‌طور معمول از واکنش هیدروکسید آلومینیوم (Al(OH)₃) با محلول سود سوزآور (NaOH) در دمای بالا تولید می‌شود. در این فرآیند، هیدروکسید آلومینیوم در محلول آبی ۲۰ تا ۲۵ درصد سدیم در دمای نزدیک به نقطه جوش حل می‌شود. استفاده از محلول‌های غلیظ NaOH منجر به تولید محصول نیمه‌جامد می‌گردد. این فرآیند باید در ظروف نیکل یا فولاد گرم‌شده با بخار انجام شود و هیدروکسید آلومینیوم باید با تقریباً ۵۰ درصد سود سوزآور آبی جوشانده شود تا خمیری تشکیل شود. مخلوط نهایی باید در یک مخزن ریخته شود و خنک گردد. سپس توده‌ای جامد حاوی حدود ۷۰ درصد NaAlO₂ تشکیل می‌شود که پس از له شدن در کوره دوار آب‌گیری می‌شود. محصول به‌دست‌آمده حاوی ۹۰٪ NaAlO₂ و ۱٪ آب، همراه با ۱٪ NaOH آزاد است. ​

تفاوت بین سدیم آلومینات و متا آلومینات سدیم

سدیم آلومینات (NaAlO₂) یک ترکیب اکسیدی است، در حالی که متا آلومینات سدیم (NaAl(OH)₄) یک هیدروکسید محسوب می‌شود. متا آلومینات سدیم در واقع یکی از مشتقات سدیم آلومینات است. ​

کاربردهای کاتالیزوری سدیم آلومینات

سدیم آلومینات به‌عنوان کاتالیزور در فرآیندهای مختلف شیمیایی استفاده می‌شود، از جمله :​

• ترانس‌ استری‌کردن گلیسرول با دی‌ متیل کربنات برای سنتز کربنات گلیسرول.​
• ایزومریزاسیون D-گلوکز به D-فروکتوز.​
• سنتز بیودیزل از روغن جاتروفا از طریق ترانس‌استریفیکاسیون.​
• تبدیل الکل‌ ها به استرهای کربناته نامتقارن از طریق کربوکسی‌ متیلاسیون با استفاده از دی‌ متیل کربنات. 

نگهداری و انبار سدیم آلومینات

برای انبارش و نگهداری صحیح سدیم آلومینات باید نکات زیر رعایت شود:

• در مکان‌های خشک، خنک و تهویه مطبوع انبار شود.
• از تماس مستقیم با رطوبت، باران و نور خورشید مستقیم جلوگیری شود.
• محلول‌های آبی سدیم آلومینات باید در ظروف پلی‌اتیلن یا فولاد ضدزنگ نگهداری شوند.
• دمای انبارش ایده‌آل بین 5 تا 30 درجه سانتی‌گراد است.
• از انبارش طولانی مدت (بیش از یک سال) خودداری شود.
• محلول‌ های آبی سدیم آلومینات را حداقل هر 3 ماه یکبار هم بزنید.
• پودر سدیم آلومینات را در بسته‌ بندی‌های اولیه و بسته نگهداری کنید.
• از تماس با مواد اسیدی، فلزات و مواد قابل اشتعال جلوگیری شود.

ایمنی استفاده از سدیم آلومینات

برای استفاده ایمن از سدیم آلومینات باید نکات زیر رعایت شود:

• از تماس مستقیم با پوست، چشم و لباس جلوگیری کنید. از وسایل حفاظت فردی مانند عینک، ماسک، دستکش و روپوش استفاده شود.
• در محیط‌ های خوب تهویه‌ شده و دور از گرد و غبار استفاده شود.
• هنگام کار با آن از خوردن، آشامیدن و استعمال دخانیات پرهیز شود.
• پس از اتمام کار دست‌ها باید کاملاً شسته شود.
• در صورت تماس با پوست و چشم بلافاصله با آب فراوان شستشو داده شود.
• از واکنش سدیم آلومینات با اسیدها جلوگیری شود.
• محلول‌های سدیم آلومینات باید به درستی علامت‌گذاری و دور از دسترس کودکان نگهداری شوند.
• در صورت بلعیده شدن بلافاصله به پزشک مراجعه شود.