Химия и Химики № 1 2014. Реакция алюминия и щелочи (получение алюмината натрия)

Для получения гранулированных сорбентов понадобился водный раствор алюмината натрия. Идея была следующая. Гранулы сорбента получали в колонне [1], гель силиката циркония получается при реакции двух растворов: разведенного жидкого стекла и карбонатного комплекса циркония (образуется при добавлении раствора хлорида циркония к избытку раствора поташа). Это в институте делают уже лет 15 - каждый раз одно и то же. Для разнообразия директор решил: "Добавьте алюминий". Никаких обоснований, почему алюминий должен улучшить сорбционные свойства (или другие характеристики) гранул, не было, но хоть какое-то разнообразие...

Сказать легко, сделать - сложнее. Если добавить какую-то соль алюминия (например, сульфат) к любому из упомянутых выше растворов - выпадет осадок. Моментально.

Жидкое стекло даст с сульфатом алюминия осадок силиката алюминия, а в случае карбонатного комплекса циркония будет осадок гидроксида алюминия (с выделением углекислого газа). В отличие от циркония, алюминий устойчивых комплексов с карбонатом не образует.

Возникла идея использовать вместо солей алюминия алюминат натрия. Скажу сразу - не получилось: при смешивании алюмината натрия с карбонатным комплексом циркония образовывался осадок. При смешивании алюмината натрия и жидкого стекла выпадал осадок алюмосиликата. Добавление избытка щелочи замедляло этот процесс, но не останавливало. Сразу же вспомнил: подобным методом получают цеолиты (только там добавляют т.н. темплаты - вещества, молекулы которых необходимы для образования пор заданного диаметра).

Готового алюмината не было и его пришлось синтезировать. Самый простой способ получения алюмината натрия - реакция алюминия и раствора едкого натра. Для этого в мерный цилиндр я налил воды и растворил в ней навеску едкого натра. Щелочи взял с избытком (против необходимого по уравнению реакции) - это было нужно для дальнейших работ с алюминатом. Затем добавил гранулы алюминия. Сразу началось выделение водорода: сначала слабое, потом все более интенсивное. Со временем раствор нагрелся и реакция слишком активизировалась - угрожая выплескиванием раствора из цилиндра. Пришлось поставить цилиндр в стакан с водой. Благодаря охлаждению, скорость выделения водорода снова вернулась в допустимые рамки.

Гранулы алюминия существенно уменьшились в размерах, выделение водорода ослабло: теперь раствор нужно было нагревать. Для этого стакан поставил на электрическую плиту. Выделение водорода усилилось настолько, что гранулы алюминия всплыли, но это уже не угрожало выбросом смеси из цилиндра. Наконец, алюминий растворился. Раствор охладил, довел до нужного объема (чтобы знать, сколько алюминия содержится в 1 мл раствора: масса алюминия известна, объем раствора - тоже).

Теперь алюминат натрия можно использовать. После серии экспериментов оставил раствор алюмината стоять в закрытой стеклянной бутылочке. Со временем в нем выпал осадок (наверняка - гидроксид алюминия).

____________________________________________________
¹ Гели и гелеобразование (Колонна для получения гранулированных сорбентов) [ссылка]

Смотреть Видео (84 Мб, .avi )