Natriumaluminate
Natriumaluminate sind chemische Verbindungen, die bei Einwirkung von Natronlauge auf Aluminiumsalze entstehen, wobei die Natronlauge im Überschuss eingesetzt wird. Eine typische Reaktion ist das Auflösen (Beizen) von metallischem Aluminium sowie die synthetische Herstellung aus Aluminiumhydroxid durch Erhitzen mit Natronlauge:
- $ \mathrm {2\ Al+2\ NaOH+6\ H_{2}O\longrightarrow 2\ NaAl(OH)_{4}+3\ H_{2}} $
- $ \mathrm {Al(OH)_{3}+NaOH\longrightarrow NaAl(OH)_{4}} $
Man unterscheidet zwischen Natriumaluminat-Lösung und festem Natriummetaaluminat.
Natriummetaaluminat
Natriummetaaluminat (NaAlO2) ist ein weißes, wasserlösliches Pulver mit einem Schmelzpunkt von 1800 °C und einer Molekülmasse von 81,97. Es findet als Flockungsmittel in der Abwasserklärung, als Bauchemikalie (Schnellhärter für Beton), zur Herstellung von Lacken und Seifen und als Bestandteil von keramischen Membranen in Hochtemperaturbatterien Verwendung.
Natriumaluminat-Lösung
Von weitaus höherer technischer Bedeutung ist Natriumaluminat-Lösung. Sie entsteht als Zwischenprodukt beim Bauxit-Aufschluss nach dem Bayer-Verfahren sowie als Aluminatlauge beim Beizen von metallischem Aluminium in Eloxal-Anlagen. Durch geeignete Reinigungs- und Aufbereitungsverfahren (z. B. Lippewerk Lünen; BK Giulini Chemie Ludwigshafen) lassen sich die Aluminatlaugen aus Eloxal-Anlagen reinigen (Recycling). Handelsübliche Natriumaluminat-Lösungen sind wasserklar und enthalten 6–10 % gelöstes Aluminium und ca. 20 % NaOH.
Anwendungen
Natriumaluminat-Lösungen werden zur Trinkwasser-Aufbereitung, Abwasserreinigung oder als Rohstoff zur Zeolith-Erzeugung, zur Calciumaluminat- und Calciumaluminatsulfat-Gewinnung oder zur Titandioxid-Beschichtung angewendet. Von besonderer Bedeutung ist der Einsatz als Fällungsmittel bzw. Flockungsmittel in der Abwasserreinigung, weil durch die verschiedenen Hydrolyse-Produkte Effekte erzielt werden, die mit anderen Fällungsmitteln (beispielsweise Eisensalze oder Kalkmilch) nicht möglich sind.
Aluminium-Ionen bilden in wässriger Lösung einen "Hexaaqua-Komplex", d. h. entsprechend seiner koordinativen Sechswertigkeit lagern sich sechs Wassermoleküle an, die schrittweise durch Hydroxyl-Ionen ersetzt werden können.
- $ \mathrm {Al^{3+}\longrightarrow [Al(OH)]^{2+}\longrightarrow [Al(OH)_{2}]^{+}\longrightarrow Al(OH)_{3}\longrightarrow [Al(OH)_{4}]^{-}} $
So können sich bei Fällungs- und Neutralisationsprozessen basische Salze bilden:
- $ \mathrm {2\ HCl+NaAl(OH)_{4}\longrightarrow Al(OH)Cl_{2}+NaOH+2\ H_{2}O} $
- $ \mathrm {HCl+NaAl(OH)_{4}\longrightarrow Al(OH)_{2}Cl+NaOH+H_{2}O} $
Auf diese Weise können sich auch basische Sulfate oder Phosphate bilden, letztere vor allem bei der Anwendung von Natriumaluminat zur Phosphatfällung (Phosphorelimination) in der Abwasserreinigung. Weil bei den Fällungsprozessen mit Natriumaluminat gleichzeitig der pH-Wert erhöht und im Unterschied zu sauren Fällungsmitteln auf der Basis von Chloriden oder Sulfaten (FeCl3, AlCl3 u. a.) keine zusätzlichen Anionen eingetragen werden, hat Natriumaluminat einen Sonderstatus in der Abwasserreinigung.
Natrium-β-Aluminat (NaAl11O17) ist wesentlicher Bestandteil der als Festelektrolyt dienenden keramischen Membran von Natrium-Nickelchlorid-Batterien und Natrium-Schwefel-Batterien, da ab einer Temperatur von 270 °C die Natriumionen so beweglich werden, dass eine ausreichende Leitfähigkeit besteht.