Gli alluminati sono sali metallici di allumina (ossido di alluminio, Al2O3). Gli alluminati più importanti nell’industria sono l’alluminato di sodio e l’alluminato di bario.
Sommario
1. Alluminato di sodio
L’alluminato di sodio è un importante prodotto chimico inorganico commerciale. È una fonte efficace di idrossido di alluminio per molte applicazioni industriali e tecniche. I gradi commerciali di alluminato di sodio sono disponibili in forma solida e liquida
L’alluminato di sodio puro (anidro) è un solido cristallino bianco con formula NaAlO2. I gradi commerciali, tuttavia, contengono sempre più ossido di sodio (Na2O) rispetto alla quantità stechiometrica richiesta. L’eccesso di ossido di sodio è in genere nell’ordine di 1,05-1,50 volte il requisito di formula. Le forme idrate di alluminato di sodio sono cristallizzate da soluzioni concentrate.
L’alluminato di sodio non ha un punto di fusione definito. Si ammorbidisce sopra i 1700 °C quando il sodio inizia a evaporare lentamente, lasciando ossido di alluminio.
1.1. Produzione di alluminato di sodio
Il principale metodo commerciale per produrre alluminato di sodio è la dissoluzione di idrossidi di alluminio in una soluzione di idrossido di sodio. Il triidrossido di alluminio, ottenuto dal processo Bayer (noto anche come ossido di alluminio), può essere disciolto in soluzioni acquose di NaOH con una concentrazione che va dal 10% al 30%. Questa dissoluzione avviene a temperature prossime al punto di ebollizione.
L’impiego di soluzioni di NaOH più concentrate produce un prodotto semisolido. La procedura viene condotta all’interno di recipienti riscaldati a vapore costruiti in nichel o acciaio. L’idrossido di alluminio viene fatto bollire con circa il 50% di idrossido di sodio acquoso fino a formare una consistenza polposa.
Successivamente, la miscela viene trasferita in un serbatoio per il raffreddamento, portando alla formazione di una massa solida contenente circa il 70% di NaAlO2. Una volta frantumata, questa massa solida subisce una disidratazione in un forno rotante, riscaldato direttamente o indirettamente dalla combustione dell’idrogeno.
Il prodotto finale è composto da circa il 90% di NaAlO2, 1% di acqua e un ulteriore 1% di NaOH libero. Le caratteristiche di solubilità del sale risultante dipendono in modo significativo dall’entità dell’eccesso di idrossido di sodio utilizzato.
In alternativa, la bauxite può fungere direttamente da fonte di allumina. Le bauxiti contenenti gibbsite vengono estratte in condizioni di 150 °C e 5 bar di pressione. Tuttavia, la bauxite contenente boemite necessita di temperature e pressioni più elevate (230 °C).
La soluzione di alluminato di sodio ottenuta dal processo di digestione viene isolata dalle impurità e quindi concentrata per la produzione del grado liquido commerciale tramite evaporazione. Il prodotto solido è derivato dall’essiccazione di questa miscela liquida.
Un ulteriore metodo utilizzato per la produzione di alluminato di sodio è la tecnica di sinterizzazione. Ciò comporta la sinterizzazione del carbonato di sodio direttamente con triidrossido di alluminio Bayer in forni di sinterizzazione rotanti che operano a 1000 °C. Il risultato è un prodotto essenzialmente anidro. Durante la sinterizzazione della bauxite, un passaggio cruciale è la lisciviazione della massa sinterizzata con acqua per separare le impurità.
1.2. Utilizzi dell’alluminato di sodio
L’alluminato di sodio trova diverse applicazioni, apportando contributi significativi in più ambiti. Viene utilizzato nel trattamento delle acque, nella tecnologia delle costruzioni, nella catalisi e oltre. Gli attributi versatili dell’alluminato di sodio lo rendono un composto indispensabile nelle moderne pratiche industriali.
1.2.1. Trattamento delle acque
L’alluminato di sodio ha un’applicazione centrale nel trattamento delle acque sia potabili che industriali. Come complemento ai sistemi di addolcimento dell’acqua, migliora la flocculazione e aiuta nella rimozione della silice disciolta.
Quando disciolto in acqua, l’alluminato di sodio fornisce una soluzione con un valore di pH pari a 8. Questa soluzione facilita la precipitazione dell’idrossido di alluminio, che vanta eccezionali proprietà di flocculazione, coagulando efficacemente le impurità presenti nell’acqua.
Per risultati ottimali, l’aggiunta di solfato di alluminio può ulteriormente perfezionare le condizioni di precipitazione, a seconda delle specifiche impurità in questione.
1.2.2. Progressi nella costruzione
Nella tecnologia delle costruzioni, l’alluminato di sodio viene utilizzato per accelerare la solidificazione del calcestruzzo, in particolare in condizioni difficili come gelo, applicazioni subacquee e terreno umido.
Rispetto al cloruro di calcio, l’alluminato di sodio ha un vantaggio nel raggiungere una rapida accelerazione della presa, in particolare a bassi rapporti acqua/cemento. In particolare, la sua compatibilità con il calcestruzzo rinforzato con acciaio, senza causare effetti dannosi sui metalli di rinforzo, ne aumenta l’attrattiva.
L’aggiunta di sostanze quali ossiacidi, zucchero, naftene, K2CO3 o Na2SO4 può rafforzare la resistenza finale senza influenzare sostanzialmente la velocità di presa. L’alluminato di sodio non solo rafforza la resistenza all’acqua, agli alcali e agli acidi nella malta, ma svolge anche un ruolo nella produzione di calcestruzzo espanso attivando sostanze che rilasciano azoto.
Inoltre, la sua aggiunta stabilizza la formazione di schiuma nella produzione di mattoni refrattari leggeri, in cui viene incorporato fino al 5% di alluminato di sodio (rispetto alla massa secca totale).
1.2.3. Applicazioni ad ampio raggio
L’alluminato di sodio è diventato sempre più parte integrante della produzione di zeoliti sintetiche, fungendo sia da supporto del catalizzatore che da catalizzatore. È la principale fonte di allumina per la preparazione di adsorbenti e catalizzatori di allumina.
Viene utilizzato nell’industria della carta per migliorare l’opacità, la ritenzione di fibre e materiali di riempimento e la resistenza della carta. Inoltre, stabilizza i valori del pH nella circolazione dell’acqua e rafforza la stabilità della dispersione del biossido di titanio.
Un’altra applicazione riguarda l’uso di alluminato di sodio come decapante per proteggere le superfici metalliche di rame, alluminio o altri materiali.
Questo effetto di protezione si basa sulla formazione di uno strato sottile e saldamente aderente di idrossido di alluminio o, dopo il trattamento termico, di ossido di alluminio sulla superficie, preservando la lucentezza metallica.
L’industria dello smalto trae vantaggio dall’incorporazione di alluminato di sodio nelle miscele di smalto per ottenere coperture a basso punto di fusione.
L’influenza dell’alluminato di sodio continua a crescere in campi come la litografia per la produzione di inchiostri e forme di stampa, nonché nell’industria dei detergenti e delle vernici.
Contribuisce alla creazione di cere per pavimenti insolubili in acqua e funge da agente di dispersione per la produzione di amianto ad alta purezza. Trova inoltre applicazioni nei fluidi di perforazione, nei tessuti come mordente nella tintura e nella stampa di tessuti e in numerosi altri settori.
Le sue capacità includono l’inibizione dell’incisione del vetro mediante soluzioni alcaline, la salvaguardia delle superfici in acciaio durante la zincatura, il miglioramento delle proprietà di tintura e antistatiche delle fibre sintetiche in poliestere e l’azione come additivo negli stampi e nelle anime di sabbia da fonderia. Inoltre, trova un ruolo come legante nell’industria della ceramica, consolidando la sua importanza nel panorama industriale.
2. Alluminati di bario
Gli alluminati di bario sono composti di ossidi di bario e alluminio. I più importanti a livello industriale sono BaO·6 Al2O3 (punto di fusione 1915 °C), BaO·Al2O3 (punto di fusione 1815 °C) e 3 BaO·Al2O3 (punto di fusione 1425 °C). I primi due cristallizzano nel sistema cristallino esagonale.
Gli alluminati di bario vengono prodotti fondendo la bauxite con carbone e barite. La fusione viene lisciviata per dare una soluzione di alluminato di bario, da cui si ottiene il sale per evaporazione. Alluminati di bario molto puri possono essere prodotti sinterizzando miscele di ossido di alluminio con carbonato di bario.
Tutti gli alluminati di bario, compresi i composti idrati come BaO·Al2O3·4 H2O, 2 BaO·Al2O3·5 H2O, BaO·Al2O3·7 H2O e 7 BaO·6 Al2O3·36 H2O, si idrolizzano in acqua, formando gibbsite (Al(OH)3) e idrossido di bario relativamente solubile.
Gli alluminati di bario vengono utilizzati per purificare l’acqua perché Lo ione Ba2+ precipita sia solfati che carbonati, mentre gli ioni alluminato formano alluminato di calcio insolubile.
Sono anche usati come cemento speciale, ad esempio come agente legante per la produzione di refrattari ad alta temperatura e nella produzione di schermi antiradiazioni.
Riferimento
- Composti di alluminio, inorganici; Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry. – https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/14356007.a01_527.pub2
