Producción y usos de aluminato

Sodium aluminate

Los aluminatos son sales metálicas de alúmina (óxido de aluminio, Al2O3). Los aluminatos más importantes en la industria son el aluminato de sodio y el aluminato de bario.

Tabla de contenido

1. Aluminato de sodio

El aluminato de sodio es una importante sustancia química inorgánica comercial. Es una fuente eficaz de hidróxido de aluminio para muchas aplicaciones industriales y técnicas. Los grados comerciales de aluminato de sodio están disponibles en forma sólida y líquida.

El aluminato de sodio puro (anhidro) es un sólido cristalino blanco con la fórmula NaAlO2. Sin embargo, los grados comerciales siempre contienen más óxido de sodio (Na2O) que la cantidad estequiométrica requerida. El exceso de óxido de sodio suele ser del orden de 1,05 a 1,50 veces el requisito de la fórmula. Las formas hidratadas de aluminato de sodio se cristalizan en soluciones concentradas.

El aluminato de sodio no tiene un punto de fusión definido. Se ablanda por encima de los 1700 °C cuando el sodio comienza a evaporarse lentamente, formando óxido de aluminio.

1.1. Producción de aluminato de sodio

El principal método comercial para producir aluminato de sodio es la disolución de hidróxidos de aluminio en una solución de hidróxido de sodio. El trihidróxido de aluminio, obtenido del proceso Bayer (también conocido como óxido de aluminio), se puede disolver en soluciones acuosas de NaOH con una concentración del 10% al 30%. Esta disolución se produce a temperaturas cercanas al punto de ebullición.

El empleo de soluciones de NaOH más concentradas da como resultado un producto semisólido. El procedimiento se lleva a cabo dentro de recipientes calentados con vapor construidos con níquel o acero. El hidróxido de aluminio se hierve con aproximadamente un 50% de hidróxido de sodio acuoso hasta que se forme una consistencia pulposa.

Después de esto, la mezcla se transfiere a un tanque para su enfriamiento, lo que lleva a la formación de una masa sólida que contiene aproximadamente un 70% de NaAlO2. Una vez triturada, esta masa sólida se deshidrata en un horno rotatorio, calentado directa o indirectamente por la combustión de hidrógeno.

El producto final comprende aproximadamente un 90 % de NaAlO2, un 1 % de agua y un 1 % adicional de NaOH libre. Las características de solubilidad de la sal resultante dependen significativamente del grado de exceso de hidróxido de sodio utilizado.

Como alternativa, la bauxita puede servir directamente como fuente de alúmina. Las bauxitas que contienen gibbsita se extraen en condiciones de 150°C y 5 bar de presión. Sin embargo, la bauxita que contiene boehmita requiere temperaturas y presiones más altas (230°C).

La solución de aluminato de sodio obtenida del proceso de digestión se aísla de las impurezas y luego se concentra para la producción del grado líquido comercial mediante evaporación. El producto sólido se obtiene del secado de esta mezcla líquida.

Un método adicional utilizado para la producción de aluminato de sodio es la técnica de sinterización. Se trata de sinterizar carbonato de sodio directamente con trihidróxido de aluminio de Bayer en hornos de sinterización rotatorios que funcionan a 1000°C. El resultado es un producto esencialmente anhidro. Al sinterizar bauxita, un paso crucial es lixiviar la masa sinterizada con agua para separar las impurezas.

1.2. Usos del aluminato de sodio

El aluminato de sodio encuentra diversas aplicaciones y realiza contribuciones significativas en múltiples dominios. Se utiliza en tratamiento de agua, tecnología de la construcción, catálisis y más. Los atributos versátiles del aluminato de sodio lo convierten en un compuesto indispensable en las prácticas industriales modernas.

Tratamiento de aguas

El aluminato de sodio tiene una aplicación central en el tratamiento de agua tanto potable como industrial. Como complemento de los sistemas de ablandamiento de agua, mejora la floculación y ayuda en la eliminación de sílice disuelta.

Cuando se disuelve en agua, el aluminato de sodio da una solución con un valor de pH de 8. Esta solución facilita la precipitación del hidróxido de aluminio, que presenta propiedades de floculación excepcionales, coagulando eficazmente las impurezas presentes en el agua.

Para obtener resultados óptimos, la adición de sulfato de aluminio puede refinar aún más las condiciones de precipitación, dependiendo de las impurezas específicas en cuestión.

Avances en la construcción

En la tecnología de la construcción, el aluminato de sodio se utiliza para acelerar la solidificación del hormigón, especialmente en condiciones difíciles como heladas, aplicaciones bajo el agua y suelos húmedos.

En comparación con el cloruro de calcio, el aluminato de sodio tiene la ventaja de lograr una rápida aceleración del fraguado, particularmente en proporciones bajas de agua a cemento. En particular, su compatibilidad con el hormigón armado con acero, sin causar efectos perjudiciales sobre los metales de refuerzo, aumenta su atractivo.

Las adiciones de sustancias como oxoácidos, azúcar, nafteno, K2CO3 o Na2SO4 pueden reforzar la resistencia final sin afectar sustancialmente la velocidad de fraguado. El aluminato de sodio no solo refuerza la resistencia al agua, los álcalis y los ácidos del mortero, sino que también desempeña un papel en la producción de hormigón expandido al activar sustancias liberadoras de nitrógeno.

Además, su adición estabiliza la formación de espuma en la producción de ladrillos refractarios ligeros, donde se incorpora hasta un 5% de aluminato de sodio (con respecto a la masa seca total).

Aplicaciones de amplio alcance

El aluminato de sodio se ha vuelto cada vez más integral en la producción de zeolitas sintéticas, sirviendo como soporte y catalizador del catalizador. Es la principal fuente de alúmina para la preparación de catalizadores y adsorbentes de alúmina.

Se utiliza en la industria del papel para mejorar la opacidad, la retención de fibras y material de relleno y la resistencia del papel. Además, estabiliza los valores de pH en la circulación del agua y refuerza la estabilidad de la dispersión del dióxido de titanio.

Otra aplicación implica el uso de aluminato de sodio como decapado para proteger superficies metálicas de cobre, aluminio u otros materiales.

Este efecto protector se basa en la formación de una capa fina y firmemente adherida de hidróxido de aluminio o, post-tratamiento térmico, de óxido de aluminio sobre la superficie, preservando el brillo metálico.

La industria del esmalte se beneficia de la incorporación de aluminato de sodio en las mezclas de esmalte para lograr coberturas de bajo punto de fusión.

La influencia del aluminato de sodio continúa creciendo en campos como la litografía para la producción de tintas de impresión y formas de impresión, así como en las industrias de detergentes y barnices.

Contribuye a la creación de ceras para pisos insolubles en agua y sirve como agente de dispersión para la producción de amianto de alta pureza. También encuentra aplicaciones en fluidos de perforación, textiles como mordiente para teñir e imprimir telas y muchos otros dominios.

Sus capacidades incluyen inhibir el grabado del vidrio mediante soluciones alcalinas, proteger las superficies de acero durante el galvanizado, mejorar el teñido y las propiedades antiestáticas de las fibras sintéticas de poliéster y actuar como aditivo en moldes y núcleos de arena de fundición. Además, encuentra un papel como aglutinante en la industria cerámica, consolidando su importancia en todo el panorama industrial.

2. Aluminatos de bario

Los aluminatos de bario son compuestos de óxidos de bario y aluminio. Los más importantes industrialmente son BaO·6Al2O3 (punto de fusión 1915 °C), BaO·Al2O3 (punto de fusión 1815 °C) y 3BaO·Al2O3 (punto de fusión 1425 °C). Los dos primeros cristalizan en el sistema cristalino hexagonal.

Los aluminatos de bario se producen fundiendo bauxita con carbón y barita. La masa fundida se lixivia para dar una solución de aluminato de bario, de la que se obtiene la sal por evaporación. Se pueden producir aluminatos de bario muy puros sinterizando mezclas de óxido de aluminio con carbonato de bario.

Todos los aluminatos de bario, incluidos los compuestos hidratados como BaO·Al2O3·4H2O, 2BaO·Al2O3·5H2O, BaO·Al2O3·7H2O y 7BaO·6Al2O3·36H2O, se hidrolizan en agua, formando gibbsita (Al(OH)3) y relativamente solubles. hidróxido de bario.

Los aluminatos de bario se utilizan para purificar agua porque el ion Ba2+ precipita sulfatos y carbonatos, mientras que los iones aluminato forman aluminato de calcio insoluble.

También se utilizan como cemento especial, por ejemplo, como aglutinante para la producción de refractarios de alta temperatura y en la producción de escudos contra la radiación.

Referencia

Preguntas más frecuentes

La fórmula química del aluminato normalmente se expresa como MAlO2 o M2Al2O4, donde M representa un catión metálico, a menudo sodio (Na) o bario (Ba).

En química, el aluminato es un compuesto que contiene el anión aluminato (AlO2). Se puede encontrar en una variedad de formas, incluidas sólidas, líquidas y gaseosas.

El aluminato de sodio es de naturaleza básica. Cuando se disuelve en agua, produce iones hidróxido (OH) que contribuyen a sus propiedades alcalinas.

El aluminato de sodio se obtiene disolviendo hidróxido de aluminio en una solución de hidróxido de sodio. Además, la bauxita, una fuente de aluminio, se puede tratar con hidróxido de sodio para obtener aluminato de sodio.

El aluminato de sodio encuentra diversas aplicaciones, incluido el tratamiento de agua para el ablandamiento y la coagulación, la aceleración de la solidificación del hormigón, el soporte de catalizadores y la producción de zeolitas sintéticas. También mejora la opacidad del papel, sirve como mordiente en textiles y tiene usos en la industria del esmalte, entre otros.

El aluminato de sodio se utiliza como coagulante debido a su capacidad para ayudar en la agregación y eliminación de partículas suspendidas e impurezas en el agua. Promueve la floculación, lo que simplifica el proceso de separación de impurezas del agua.

El aluminato de sodio a veces se denomina óxido de aluminio y sodio o aluminato de sodio.

Cuando el aluminato de sodio reacciona con el agua, produce una solución alcalina fuerte mediante la formación de iones hidróxido (OH) e hidrato de alúmina. El pH de la solución puede llegar hasta 13.