هیدروکسید آلومینیوم | ویژگی‌ها، روش تولید و کاربردهای آن

درباره هیدروکسید آلومینیوم، ویژگی‌ها، روش تولید و کاربردهای آن

هیدروکسید آلومینیوم یا آلومینیوم هیدروکسید یک ترکیب شیمیایی به فرمول مولکولی Al(OH)3 است. این ترکیب در طبیعت به نام کانی معدنی گیبسیت (gibbsite) یا با نام دیگری به نام هیدرارژیلیت hydrargillite شناخته می‌شود. از نظر ساختاری، سه پلی مورف برای آن تعریف شده است که تقریباً نادر و کمیاب هستند. این ۳ ساختار به صورت بایریت (bayerite)، دولاییت (doyleite) و نورداستراندیت (nordstrandite) هستند.

آلومینیوم هیدروکسید یک ترکیب آمفوتری است؛ یعنی هم خاصیت اسیدی و هم خاصیت قلیایی دارد. از نظر ویژگی‌های ساختاری، این ترکیب با سایر مواد معدنی نظیر اکسید آلومینیوم (aluminium oxide)، آلومینا (alumina) و هیدروکسید اکسید آلومینیوم (aluminium oxide hydroxide)؛ AlO(OH)، ارتباط نزدیکی دارد.

ترکیبات فوق نیز خاصیت آمفوتری دارند. جالب است بدانید که ترکیبات نام برده شده در فوق به عنوان کانی‌های معدنی حاوی درصد قابل توجهی فلز آلومینیوم در کنار یکدیگر، اجزای اصلی بوکسیت که نوعی سنگ معدن آلومینیوم است را تشکیل می‌دهند.

در میان ترکیبات مشابه هیدروکسید آلومینیوم با ترکیبی به نام اکسید آلومینیوم برخورد می‌کنید که در حقیقت آن را با نام آلومینا هم می‌شناسند. این ترکیب، متداول‌ترین فرم اکسید آلومینیوم است که در صنایع مختلف کاربرد دارد. در سال‌های اخیر، فناوری نانو به کمک این دانش تخصصی آمده و باعث شده پودر نانو اکسید آلومینیوم یا پودر نانو آلومینا، تولید و به بازار عرضه شود.

برای اکسید آلومینیوم یا آلومینا، گریدهای صنعتی مختلفی تعریف شده است. گاما آلومینا، آلفا آلومینا و آلومینای فعال سه عبارتی هستند که با آن‌ها سر و کار دارید. پودر آلومینا به صورت دانه‌بندی شده به فروش می‌رسد و به دلیل سختی فوق‌العاده بالایی که دارد، در صنایع سرامیک و مواد ساینده بسیار مورد توجه قرار گرفته‌است.

روش‌های تولید هیدروکسید آلومینیوم

تقریباً تمام هیدروکسید آلومینیوم تجاری مورد استفاده در صنایع مختلف، توسط فرآیند بایر تولید می‌شود. این فرآیند که شامل حل کردن سنگ معدن بوکسیت در هیدروکسید سدیم در دمای حداکثر ۲۷۰ درجه سانتیگراد (۵۱۸ درجه فارنهایت) است. پسماند جامد حاصل از این فرآیند، یعنی کانی بوکسیت، از مسیر تولید حذف می‌شود و آلومینیوم هیدروکسید از محلول باقیمانده آلومینات سدیم، رسوب می‌کند. این آلومینیوم هیدروکسید می‌تواند با کلسینه به اکسید آلومینیوم یا آلومینا تبدیل شود.

پسماند باقیمانده یا بوکسیت در فرآیند بایر که عمدتاً اکسید آهن است، به دلیل باقیمانده ترکیب هیدروکسید سدیم، خاصیت سوزاننده بسیار شدیدی دارد. این پسماند تقریباً دارای PH حدود ۱۳ است. اگر این پسماند در محیط زیست رها شود، تأثیراتی به شدت مخرب را ایجاد می‌کند.

خواص و کاربردها

خواص و ویژگی‌های هیدروکسید آلومینیوم بر اساس ویژگی‌های ساختاری و خواص فیزیکی و شیمیایی آن معرفی می‌شود. آلومینیوم هیدروکسید با فرمول مولکولی Al(OH)3 از نظر ساختاری، لایه‌های دوتایی را تشکیل می‌دهد. گروه‌های هیدروکسیل در هر لایه وجود دارند. یون آلومینیوم در حد فاصل این منافذ، یک ساختار ۸ ضلعی را به وجود می‌آورد.

از نظر چیدمان ساختار لایه‌هایی که یون هیدروکسید و یون آلومینیوم در کنار هم قرار گرفتند می‌توانید ساختار هشت وجهی و شش وجهی از این کریستال‌های جامد را مشاهده کنید. جالب است بدانید با مطالعاتی که برای ساختار کانی‌های معدنی آلومینیوم دار انجام شده است، قبلاً تصور می‌شد هیدرارژیلیت، یک کانی آلومینیوم هیدروکسید است؛ اما بعداً مشخص شد که این کانی معدنی در حقیقت، یک فسفات آلومینیوم است.

هیدروکسید آلومینیوم یک ترکیب آمفوتری است. در حضور یک اسید به عنوان بازی عمل می‌کند و می‌تواند آن را خنثی کرده و نمک مربوطه را حاصل کند. نمونه‌ای از این واکنش را در قسمت زیر می‌بینید:

۳HCl + Al(OH)3 → AlCl3 + 3 H2O

در مقابل، زمانی که این ترکیب در مجاورت باز یا مواد قلیایی قرار می‌گیرد، شبیه به یک اسید عمل می‌کند. می‌توانید نمونه‌ای از این واکنش را در معادله زیر مشاهده کنید:

−Al(OH)3 + OH− → Al(OH)4

نگاهی کوتاه بر خواص ویژگی‌های ترکیب اکسید آلومینیوم

ترکیب اکسید آلومینیوم یکی از ترکیباتی است که از نظر ساختاری شباهت زیادی به هیدروکسید آلومینیوم دارد. این اکسید معدنی، هدایت حرارتی نسبتاً بالایی دارد و به عنوان یک عایق الکتریکی به کار می‌رود. این ترکیب اکسید، در آب حل نمی‌شود. از آنجایی که آلفا آلومینا، سختی بالایی دارد برای تهیه ابزارهای برش و مواد ساینده از آن استفاده می‌کنند.

از همین ویژگی ترکیب اکسید آلومینیوم استفاده می‌شود تا یک لایه محافظ در برابر ضربه و سایش روی اکثر فلزات ایجاد گردد. با استفاده از روش آنودایزینگ، این پوشش روی فلزات ایجاد می‌شود و آن‌ها را در برابر خوردگی محافظت می‌کند.

همانند ترکیب هیدروکسید آلومینیوم، ماده معدنی آلومینا یا اکسید آلومینیوم نیز خاصیت آمفوتری دارد. این معنی که هم با اسیدها و هم با مواد قلیایی واکنش می‌دهد. نمونه‌های از واکنش‌های اسید و باز را برای اکسید آلومینیوم در قسمت زیر مشاهده می‌کنید:

Al2O3 + 6 HF → ۲ AlF3 + 3 H2O

Al2O3 + 2 NaOH + 3 H2O → ۲ NaAl(OH) 4 (آلومینات سدیم)

مشخصات فیزیکی و شیمیایی

کاربردهای هیدروکسید آلومینیوم

موارد کاربرد این ماده در صنایع مختلفی ثبت شده است. از مشتقات سولفات آلومینیوم در تصفیه آب استفاده می‌شود. در راستای آن، ترکیبات هیدروکسید کلسیم و سولفات پتاسیم نیز قابل توجه هستند.

رد پای این ماده معدنی را در صنایع نفت و گاز، صنایع داروسازی، صنایع الکتریکی و برق، سنتز رنگ‌های صنعتی، صنعت تولید شیشه و برای تولید نانوذرات آلومینیوم هیدروکسید می‌توان جستجو کرد.

از طرف دیگر، سنگ معدن آلومینیوم هیدروکسید و سنگ معدن گیبسیت، هر دو برای خالص سازی آلومینیوم و تولید شمش آلومینیوم مورد توجه قرار دارند.

با استفاده از روش‌های مختلفی اندازه ذرات این مواد جامد، کاهش داده می‌شود تا به اصطلاح، پودر میکرونیزه تولید گردد. از انواع پودر میکرونیزه حاوی آلومینیوم در صنعت سرامیک، عایق سازی و به عنوان مواد ساینده بسیار استفاده می‌شود.

مهم‌ترین موارد کاربرد هیدروکسید آلومینیوم را در قسمت زیر بررسی می‌کنیم:

۱- به عنوان پرکننده ضد حریق

هیدروکسید آلومینیوم به عنوان پرکننده در مواد ضد حریق به کار می‌رود. این ترکیب به جهت رنگ روشن در تهیه پلیمرهای سنتزی و انواع کف استفاده می‌شود. آلومینیوم هیدروکسید، ارزان قیمت است و دارای خاصیت بازدارنده در برابر آتش می‌باشد. از سایر ترکیبات مشابه با این ماده نظیر هیدروکسید منیزیم و مخلوط هانتیت و هیدرومنیزیت، نیز در همین کاربردها استفاده می‌شود.

این ماده در دمای ۱۸۰ درجه سانتی گراد (۳۵۶ درجه فارنهایت) تجزیه می‌شود و مقدار قابل توجهی گرما را در فرآیند، جذب می‌کند. بخار آب علاوه بر خاصیت ضد آتش بودن، به عنوان مهار کننده دود بای طیف گسترده‌ای از انواع پلیمرها به ویژه در پلی استرها، آکریلیک‌ها، اتیلن وینیل استات، اپوکسی‌ها، PVC و لاستیک بسیار مؤثر است.

۲– به عنوان پیش ماده سایر ترکیبات حاوی Al

آلومینیوم هیدروکسید ماده اولیه تولید سایر ترکیبات آلومینیوم است: انواع آلومینا کلسینه شده، سولفات آلومینیوم، پلی آلومینیوم کلراید (pac)، کلرید آلومینیوم، زئولیت ها، آلومینات سدیم، آلومینای فعال شده و نیترات آلومینیوم، ترکیباتی هستند که به واسطه آلومینیوم هیدروکسید می‌توان آن‌ها را سنتز نمود.

هیدروکسید آلومینیوم رسوب داده شده، ژل‌هایی را تشکیل می‌دهد که پایه‌ای برای استفاده از نمک‌های آلومینیوم به عنوان لخته ساز در تصفیه آب است. این ژل با گذشت زمان، متبلور می‌شود. مقدار آب موجود در ژل‌های آلومینیوم هیدروکسید را می‌توان کاهش داد (به عنوان مثال با استفاده از حلال‌های غیرآبی محلول در آب؛ مانند اتانول).

می‌توان یک پودر هیدروکسید آلومینیوم آمورف تولید کرد که به راحتی در اسیدها حل می‌شود. گرما دادن، آن را به آلومینای فعال تبدیل می‌کند که به عنوان مواد خشک کننده، جاذب در تصفیه گاز و پایه کاتالیزور استفاده می‌شود.

۳– کاربردهای دارویی و پزشکی

داروی آلومینیوم هیدروکسیدیکی از موارد کاربرد آلومینیوم هیدروکسید استفاده از آن به عنوان داروی ضد اسید برای انسان‌ها و برخی حیوانات است. این ماده معدنی نسبت به بی کربنات سدیم، ترجیح داده می‌شود. دلیل آن هم کاملاً واضح است. ترکیب آلومینیوم هیدروکسید، یک ترکیب نامحلول است و شرایط PH معده را در شرایط عدد ۷ تنظیم نگه می‌دارد؛ بنابراین می‌تواند ترشح اسید اضافی را خنثی کند.

داروی حاوی آلومینیوم هیدروکسید با اسید اضافی موجود در معده واکنش می‌دهد و اسیدیته داخل معده کاهش پیدا می‌کند. افزایش ترشح اسید، باعث زخم معده، سوزش معده یا سوء هاضمه می‌شود.

برخی ترکیبات حاوی هیدروکسید آلومینیوم به صورت ترکیبی با مواد دیگری نظیر کربنات منیزیم یا هیدروکسید منیزیم مخلوط می‌شوند تا داروی ملین برای جلوگیری از یبوست حاصل شود.

۴– سایر موارد کاربرد

علاوه بر مواردی که در فوق به آن اشاره کردیم، برخی دیگر از کاربردهای جزئی وجود دارند که آلومینیوم هیدروکسید برای آن‌ها به کار می‌رود.

برای سنتز برخی از رزین‌های پلی استر معمولاً این ماده به عنوان پرکننده مصرف می‌شود. این ترکیب در آب، نامحلول است اما در برخی از اسیدهای قوی نظیر اسید سولفوریک، اسید نیتریک و اسید هیدروکلریک حل می‌شود. این ترکیب در صنایع سرامیک و لعاب کاری نیز بسیار کاربرد دارد.

ایمنی هیدروکسید آلومینیوم

طبق برگه اطلاعات ایمنی و شیمیایی ترکیب هیدروکسید آلومینیوم، این ماده جامد در دسته ترکیبات کم خطر و غیر قابل اشتعال دسته بندی می‌شود.

به شدت توصیه شده است که افرادی که با این ماده سروکار دارند حتماً از ماسک، دستکش، عینک و لباس کار استفاده کنند. غبارات پراکنده شده از پودر آلومینیوم هیدروکسید می‌تواند به مرور زمان حساسیت زا باشد.

ذخیره و نگهداری

برای ذخیره بسته بندی‌های حاوی هیدروکسید آلومینیوم توصیه شده است که کیسه‌ها یا مخازن همیشه درب بسته، به دور از رطوبت، در انبار خشک و خنک  نگهداری شوند. از آنجایی که به مرور زمان، گرد و غبار ناشی از انتشار ذرات جامد این ماده در انبار مشاهده می‌شود، توصیه شده است که کارگران از ماسک استفاده کنند.

در انبارهای مخصوص نگهداری بسته‌بندی‌های این ماده شیمیایی باید از سیگار کشیدن خودداری کنید. کارگران انبار که با این ماده سروکار دارند، حتماً باید ایمنی محیط کار را رعایت کنند.

انبار محل نگهداری و ذخیره آلومینیوم هیدروکسید باید مجهز به سیستم تهویه قوی باشد. این بسته‌بندی‌ها و کیسه‌ها حتی الامکان باید به دور از منابع حرارت و گرما باشند. کیسه‌ها و بسته‌بندی‌های آلومینیوم هیدروکسید را به دور از مواد اکسیدکننده نگهداری کنید.

بسته بندی

آلومینیوم هیدروکسید گرید آزمایشگاهی و پودر آلومینا معمولاً در ظروفی با وزن کمتر از ۵۰۰ گرم بسته بندی می‌شوند و در تحقیقات و آزمایشگاه‌ها به کار می‌روند.

خرید هیدروکسید آلومینیوم در بسته بندی‌های ۲۵ کیلوگرمی،۵۰ کیلوگرمی یا جامبوبگ ۱۰۰۰ کیلوگرمی امکان پذیر است. از آنجایی که تولیدکنندگان این ترکیب معدنی، بسته بندی‌های متنوعی را برای مشتریان آماده می‌کنند، امکان حمل با کیسه و حمل فله‌ای نیز وجود دارد.

بازار و خرید و فروش هیدروکسید آلومینیوم

در بازار خرید و فروش هیدروکسید آلومینیوم با برندها و شرکت‌های مختلفی روبه رو هستید. قیمت هیدروکسید آلومینیوم و قیمت اکسید آلومینیوم هر دو به عوامل مختلفی بستگی دارد. آلومینیوم هیدروکسید جاجرم در مقایسه با این ترکیب معدنی که از کشور دیگری وارد می‌شود، قیمت متفاوتی دارد. این ماده معدنی، طیف وسیعی از صنایع را پوشش می‌دهد، بنابراین تقاضا برای تأمین آن همیشه رو به رشد بوده است.

برای استعلام قیمت هیدروکسید آلومینیوم، خرید آن و ثبت سفارش عمده می‌توانید به صفحه محصولات شیمیکو مراجعه فرمایید.

منابع:

https://en.wikipedia.org/wiki/Aluminium_hydroxide

https://beta-static.fishersci.com/content/dam/fishersci/en_US/documents/programs/education/regulatory-documents/sds/chemicals/chemicals-a/S25147.pdf

https://en.wikipedia.org/wiki/Aluminium_oxide