硫酸铝钾 (英文名:Aluminum potassium sulfate)是一种 无机化合物 ,别名是枯矾 , 化学式 为KAl(SO 4 ) 2 ,无色结晶或粉末。无气味,微甜而有涩味、有收敛性。硫酸铝钾的密度是2750 kg/m 3 , 摩尔质量 是258.21 g/ 摩尔 ,它的溶解性表现在它易溶于水,难溶于乙醇 。硫酸铝钾多以KAl(SO 4 ) 2 ·12H 2 O的 水合物 形式存在,别名是白矾 。十二水硫酸铝钾在一定温度下会失去结晶水形成 无水硫酸铝钾 。
硫酸铝钾在工业上可作改性剂以提高除氟[fú]能力 ,还可用于净水剂、 铝盐 、油漆、纸张、防水剂、媒染剂、坚膜剂等的制备 ;食品行业上可作食品添加剂,起蓬松、稳定功能 ;在医学上明矾还可用于防腐剂、收敛剂、止血剂等的制备,明矾还可用作絮凝剂 。
硫酸铝钾中含有铝对人体有害。长期饮用明矾净化的水,可能会引起 阿尔兹海默症 。硫酸铝钾储存时应放置在干燥、阴凉的库房中,确保其稳定性 。
历史
明矾石 是中外记载较早,应用历史最长的化工矿产之一。
据传在公元前11世纪 西周 人在 庐江县 发现了明矾石。战国时代时《 山海经 》将明矾石称为石涅, 秦国 人则称其为羽涅。根据记载,从 唐朝 中期(即公元705~838年间)开始,人们就在 中国 在庐江矾山开采 矿石 ,炼制 明矾 ,到了宋代就已经形成了一个新兴矿业市镇— 矾山镇 。中国古代应用 明矾石 矿石炼制出明矾,主要应用于医药、净水和染织等方面,而且其还可以作为油条的 膨松剂 ,据记载从 南宋 起就有“一矾二碱 三盐 ”的油条配方。 明矾石 矿 从最初发展到 北宋 时期,全国已有五大 明矾石 产地,但发展至今的矾矿只有安徽庐州的矿床,除此以外还有后来发展起来的浙江平阳矾矿和 福建省 、 山东省 等明矾石矿山。
除此以外, 古罗马 人 、希腊人在公元前也已开始使用 明矾石 。15世纪在 意大利 托尔法发现的明矾石矿至今仍在开采,古代 罗马 为此兴建一个村庄和一座海港。
第一次世界大战 期间和 第二次世界大战 期间, 明矾石矿 曾被 美国 、 日本 、 苏联 等国作为 铝矿 研究应用,同时副产 硫酸钾 肥。 第二次世界大战 后, 明矾石 已成为一种有综合利用价值的钾、铝、硫、硅等多元素矿产资源被苏联、美国、日本、 墨西哥 及中国等国家重视。
自然来源
明矾石矿多为 火山岩 在喷发时与含硫气体经过低温热流作用而生成的蚀变产物 ,是含 氢氧根 的复杂 硫酸盐 ,主要矿物成分:明矾石20%~50%, 石英 40%~60%,其次为 高岭石 、叶腊石、 绢云母 、 黄铁矿 。 明矾石 主要分布于中国、 意大利 、 美国 等国家, 其中中国的明矾石储量十分丰富,居世界第三位,已探明的明矾石 矿石 储量占世界的60%,主要产于浙江苍南和 庐江县 ,分别占全国探明矿石储量的53%和41%
理化性质
物理性质
硫酸铝钾是无色立方, 单斜晶系 或六方 晶体 ,有玻璃光泽 。 无水硫酸铝钾 外观上为白色粉末状, 化学式 为KAl(SO 4 ) 2 。无水硫酸铝钾所呈现出特殊的疏松海绵状的多孔性构造,其研究结果证实疏松多孔结构的比面积更大 。无水硫酸铝钾的 摩尔质量 是258.21 g/ 摩尔 ,密度是2750 kg/m 3 , 熔点 是92.5 ℃,易溶于水,不溶于 乙醇 。
十二水合硫酸铝钾是含有 结晶水 的硫酸复合盐,无色立方, 单斜 或六方 晶体 。别名是 明矾 ,其 化学式 为KAl(SO 4 ) 2 ·12H 2 O,相对分子质量是474.39 g/mol,密度是1.76 g/cm 3 ,熔点是92.5℃ 。十二水合硫酸铝钾的溶解表现在能溶于酸,不溶于 丙酮 和乙醇。其在水中的溶解性如下表所示 。
化学性质
失水反应
白矾 在64.5℃时失去9个分子结晶水,200℃时失去12个分子结晶水。
分解反应
硫酸铝钾 水解 会生成 Al(OH) 3 白色胶状沉淀 。其反应 方程式 如下:
硫酸铝钾会热分解形成SO 3 、K 2 SO 4 和Al 2 O 3 。其反应方程式如下:
与碱的反应
硫酸铝钾与碱反应会生成相应的 硫酸盐 以及 铝酸盐 和一定的水。硫酸铝钾与 氨水 的反应较特殊,反应产物是 硫酸铵 和 硫酸钾 以及 氢氧化铝 。其反应方程式如下所示:
与盐的反应
硫酸铝钾与 碳酸氢钠 的反应是 泡沫灭火器 工作时的反应原理 。其反应 方程式 如 下:
与卤化物之间的反应
硫酸铝钾与卤化物反应会生成相对应的卤化钾和卤化铝,反应产物中还有 硫酸盐 。硫酸铝钾与KX、KXO 3 (X指代 卤族元素 ,下同)反应会生成 氢氧化铝 和 硫酸钾 以及X 2 。
应用领域
日常生活
硫酸铝钾可和其他 溶剂 一起制作成保鲜剂,提高鲜花的瓶插寿命以及观赏价值 。还可以取少量 枯矾 于包装袋中,放入鞋内可驱除因脚汗引起的鞋臭,并使鞋内干燥舒适,加热后可反复使;而且 明矾 还可已添加至自制浆糊中使其具备 防腐剂 的作用;生活中遇到 制的皮革发硬时,还可以使用以明矾:食盐:水=9:3:500配制的溶液进行揉搓皮革,再进行洗涤阴干拍松即可恢复原样。 在生活中,明矾与水混合后烤至熔化时还可以当作“胶水”,需趁热涂抹于陶瓷破碎处使其复合。
医学领域
药理学 上, 白矾 KAl(SO 4 ) 2 ·12H 2 O]具有解毒 杀虫 、燥湿止痒、收敛消炎、止泻止血、祛痰、抑制 癌细胞 生长、抑制菌类繁殖等作用。 枯矾[KAl (SO 4 ) 2 ]因失去十二个 结晶水 ,其枯矾失水后,其止血、干燥、收敛的功能得到了增强 。而且其更大的 比表面积 使其具有良好的 吸附 、过滤等功能 ,更适合外用消炎,是很好的一副 收涩药 。因此遇到蜂蚁叮咬时可以将 明矾 粉末与 食醋 拌和涂抹于患处用于止痒; 烫伤 时可以用明矾与 花椒 和 麻油 制成的物质涂于患处。
而且枯矾在对烧伤、口腔溃疡、 直肠脱垂 、 中耳炎 、 湿疹 、 疱疹 、 脐炎 、胆囊炎、 胆石症 、脓疱病、 甲沟炎 、 肠粘连 等 急腹症 和 急性胃肠炎 等病症都有一定的效果。而且枯矾与 白矾 一样具有抑菌能力,还可以在经适当配置后,可以治疗呕吐、 腹泻 等病症。
除此以外,硫酸铝钾在医学领域的应用表现在它可以针对单克隆抗体,提高其的敏感性,而且因 铝离子 的存在,硫酸铝钾还可作为佐剂 吸附 抗原,增强 抗原性 。且 明矾 作为佐剂加入 疫苗 中还可以提高其免疫效果 。还有将明矾与 单宁 为主要成分所制得的中药对治疗 疮疡 有良好的效果。 而且含有3%硫酸铝钾的复方铝溶液对 多囊肾 的治疗有良好效果 。
工业领域
硫酸铝钾可作为 改性剂 ,提高 氧化铝 的除氟能力 ;自身也可作为除水氟剂,具有除氟所需时间短,除氟量大的优点。
硫酸铝钾可作为染色的媒 染剂 ,其Al 3+ 更易与 染料 络合, 从而有利于 纤维素 分子、植物染料分子和金属离子三者形成较稳定的 配位化合物 ,提高染料色素的色牢度,而且用硫酸铝钾媒染出的颜色更柔和,更接近植物原本颜色。 除此以外,硫酸铝钾还可以作为颜料 沉淀剂 ,使可溶性染料沉淀在某些载体上形成不溶性色淀颜料 。
在工业上,十二水合硫酸铝钾还可用于 铝盐 、油漆、 防水剂 、纸张等的制备 。硫酸铝钾还可作为 絮凝剂 ,不仅可以净化水质,还可用来采收人工培养的 小球藻 ,还对含油污泥也有一定脱油能力 。硫酸铝钾早期还作为 净水剂 使用,但后来发现长期饮用被明矾净化的 饮用水 可能诱发 阿尔兹海默症 ,所以很多国家不主张使用明矾作为净水剂。
食品领域
在食品工业上,硫酸铝钾的最主要应用为 食品添加剂 ,功能为 膨松剂 、 稳定剂 。 其作为膨松剂主要是与纯碱一起添加后会在油锅中反应生成 二氧化碳 从而使油条更蓬松; 其还可以增加 粉条 的光泽度和弹性,使其久煮不烂。 而且人们将禽蛋放置于硫酸铝钾与水按6:10的配比制成的溶液中浸泡一分钟后取出,以此延长禽蛋的存储时间 。除此以外,人们会在腌 咸菜 时加入几粒明矾使咸菜更具色味且菜汁澄清。 但硫酸铝钾作为食品添加剂添加至食品中会导致食品铝含量超标,过度摄入会对人体产生危害,因此现在不主张添加。
硫酸 铝钾在食品领域还可以充当脱涩剂,其溶液中的 铝离子 可以进入柿果实细胞内与可溶性 单宁 发生反应生成沉淀,不仅可以有效除去涩味,还可以保持果实硬度,而且适合该方法可以对大批量 柿子 果实进行脱涩处理。
书画领域
在书画领域,明矾可以用于制作胶矾水,因为明矾可以作为促干剂加速胶水凝聚 固化 ,还可以提高胶水的弹性 ;胶矾水的使用可以在作画时起到助留墨滴的作用 ;而且其还是 中国 传统书画修复和装裱中一种极其重要的原料,胶矾水的使用可以提高 宣纸 的力学性能和抗水性, 而且还能起到固色以及使颜料颜色更鲜艳的作用 ;而在裱画的浆糊中添加还可以起到防腐的作用 。但因为明矾的使用会导致宣纸酸化发黄,使古画不易保存,因此需要控制反胶水中明矾的用量以及寻找 替代品 。
建材领域
硫酸铝钾可以作为 早强剂 加快混凝土的硬化 ;还可以用作 改性剂 提高 硬石膏 硬化体早期的强度 。
阻燃领域
用明矾溶液(铁和铝的 硫酸 复 盐溶液 )处理木制 堡可以提高其阻燃性;而将明矾与 硼砂 、 硫酸亚铁 混合成的 水溶液 可以对 纤维素 纺织品和纸浆进行阻燃处理,这是 英国 人怀尔德(ObadiahWyld)在1735年发表的关于 阻燃剂 的第一篇英国专利。
农业领域
硫酸 铝 钾可以用来制作 钾肥 以外 ,还可以作为 钝化 剂 钝化化肥中磷素的活性,从而降低粪肥中磷素污染环境的风险性。 而且硫酸铝钾还可作为 酸化剂 降低粪水的pH,从而减少粪水中的NH 3 挥发,减缓粪水肥效的损失。
制备方法
KAl(SO
氢氧化铝法
操作步骤:先将金属铝溶于 氢氧化钠 中,再将产物与 硫酸 反应制得 硫酸铝 ,然后 硫酸铝 与 硫酸钾 反应制得十二水合 硫酸铝 钾。
直接硫酸法
操作步骤:金属铝直接与硫酸反应生成 硫酸铝 ,然后与 硫酸钾 一起反应生成十二水合硫酸钾。其反应 方程式 如下:
天然明矾矿石法
将伴生 明矾石 尾矿 置于 燃烧炉 中,先后在不同温度下焙烧一段时间,然后将焙烧后所得物与 硫酸 按一定比例混合,经水浴搅拌后趁热过滤,然后洗涤、静置,可得产物KAl(SO 4 ) 2 ·12H 2 O 晶体 。
铝土矿法
将主要成分是 氧化铝 的 铝土矿 与硫酸反应,然后压缩获得 硫酸铝 液体。随后在液体硫酸铝中加入适量的 硫酸钾 ,通过蒸汽加热让反应浓缩,再冷却结晶获得十二水合硫酸铝钾。
KAl(SO
实验法
将 白矾 放在铂 埚中进行加热,待生成质轻而多孔的物质后,冷却,将其从 坩埚 中取出,磨成细粉。
中药炮制优化法
选用 耐热玻璃 容器锻制枯矾,加热熔化 白矾 ,先控制温度在250℃下锻制90min,再控制温度在180℃下锻制60min,然后将所得物粉碎即为所需产物。
分析与鉴别
鉴别方法
Al
铝离子 会与 氢氧根 或 硫化物 反应生成白色沉淀,该沉淀会在 盐酸 溶液或者 冰乙酸 溶液中溶解,但其不溶于含有 铵根 的溶液。
K
用 焰色反应 鉴别,用铂丝沾含有K + 的溶液,经无色火焰燃烧后,透过蓝色玻璃可观察到火焰呈紫色。
SO
硫酸根 离子与 离子反应 会生成不溶于 硝酸 或盐酸溶液的白色沉淀;其与 醋酸铅 溶液反应会生成不溶于 乙酸铵 或 氢氧化钠 的白色沉淀。
测量分析方法
励磁等电势法
利用不同质量分数的硫酸铝钾溶液会使检测 位点 产生不同的 电势差 ,先测量不同质量分数的硫酸铝钾 标准溶液 的 电势差 ,再将试样配置成 预处理液 进行测量 电势差 ,两者比对,确定溶度确定预处理液的硫酸铝钾浓度,计算试样中硫酸铝钾含量。
滴定法
铝离子 会与 EDTA 溶液形成稳定的 配位 螯合肥 , 锌离子 也会与 EDTA 反应,但铝离子与 EDTA 反应较慢,因此可以用返 滴定 法即用 硫酸锌 标准溶液来滴定剩下的 EDTA 以此来计算硫酸铝钾的含量。
然后选择 二甲酚橙 指示液,其在pH<6时呈现黄色,若锌离子过量会与之反应形成红紫色 配位化合物 ,溶液呈 橙色 即表示达到滴定终点。 根据与铝 离子反应 的 EDTA 含量来计算硫酸铝钾的含量。然后将滴定结果用空白试验验证。
安全事项
危害
硫酸铝钾对眼睛具有刺激性,硫酸铝钾中含有铝元素,如果人体摄入硫酸铝钾,导致人体内铝元素堆积,会对人体产生毒性,导致人体可能会出现一系列病症,例如 阿尔兹海默症 、 皮炎 等。
相关标准
根据中国《 食品添加剂使用标准 》规定,硫酸铝钾不能用于 食品加工 和生产;馒头、 发糕 等面粉制品不能添加含铝 膨松剂 ; 膨化食品 中不再允许使用任何含铝添加剂。
处理措施
眼睛接触:将眼睛睁开冲洗几分钟。
口腔摄入:禁止诱发呕吐,用 漱口水 。若受害人员陷入 昏迷 ,禁止帮助他摄入任何东西。立即拨打120电话。
皮肤接触:立即用冷水冲洗受影响的部位,冲洗至少15分钟,然后用肥皂水彻底冲洗。情况严重者应立即更换被污染衣物和鞋子,然后立即寻求医疗帮助。
鼻腔 吸入:立即吸入新鲜空气,然后去往空气流通的地方。如有必要,请提供人工呼吸。
储存运输
硫酸铝钾应储存在阴凉、通风、干燥的库房中,不得与有毒、有害、有色、易燃物质混贮,防止污染。