アルミン酸ナトリウム

アルミン酸ナトリウムとは

図1. アルミン酸ナトリウムの主な構造

アルミン酸ナトリウム (sodium aluminate) とは、ナトリウムとアルミニウムを組成に含む複数の無機化合物を指す名称です。

一般的にアルミン酸ナトリウムと呼ばれているものには、NaAlO₂ , Na[Al(OH)₄] , Na₂O·Al₂O₃ , Na₂Al₂O₄などが含まれます。アルミン酸ナトリウムは、無機化合物であることから水に溶けやすく、有機溶媒には溶けにくい物質です。

不燃性であり、爆発や引火性はありません。常温では白色固体であり、粉末状です。ただし、Na[Al(OH)₄]は、溶液から固体として単離することが困難なため液体で取り扱われます。どちらも臭いはありません。

毒物及び劇物取締法では、医薬用外劇物の指定を受ける化合物です。腐食性物質であるため、航空法、港則法、船舶安全法、危険則では「腐食性物質」に、労働安全衛生法では、「名称等を表示すべき危険有害物」「名称等を通知すべき危険有害物」に指定されています。

アルミン酸ナトリウムの使用用途

アルミン酸ナトリウムは、土木、建築、浄水、製紙、医薬品製造原料など、工業化学用原材料として幅広く使用されています。土木建築分野の主な用途は、コンクリートが早く固まるようにセメントに添加する急結材です。また、土壌の硬化剤や耐火レンガの添加剤としても使用されています。

水分野では、水に浮遊している固形物の沈殿を促進する凝固助剤として使用され、排水処理過程において水浄化効果を改善します。硬度の高い水の硬度を下げる軟質化剤としても使用可能です。

製紙業界では、硫酸アルミニウムと共用することにより、紙の吸水性を制御するサイズ剤として用いられます。また、化粧版の製造工程において水のpH調整のために使用する用途もあります。

アルミン酸ナトリウムの原理

アルミン酸ナトリウムの原理を製造方法と性質の観点から解説します。

1. アルミン酸ナトリウムの製造方法

図2. アルミン酸ナトリウムの主な合成方法

酸化アルミニウムおよび水酸化アルミニウムは強塩基と反応してアルミン酸塩を生成します。そのため、アルミン酸ナトリウムは、アルミニウム化合物 (単体のアルミニウム、酸化アルミニウムあるいは水酸化アルミニウムなど) と、水酸化ナトリウムあるいは炭酸ナトリウムなどのナトリウムの強塩基から合成されます。

工業的製法の一つは、水酸化アルミニウム Al(OH)₃を20〜25%の水酸化ナトリウム (NaOH) 水溶液に溶解させて加熱した後、脱水してNaAlO₂を得る方法です。この方法では最終的に90%のNaAlO₂が得られるとされています。

2. アルミン酸ナトリウムの性質

図3. 空気中の水分や二酸化炭素とアルミン酸ナトリウムの反応

アルミン酸ナトリウムの水溶液は強塩基です。酸と激しく反応し、アルミニウム、スズ、亜鉛に対して腐食性を示します。アンモニウム塩に反応し、火災の危険をもたらすとされています。

化学式 NaAlO₂ で表される二酸化ナトリウムアルミニウムは、潮解性で、空気中の水分や二酸化炭素を吸収して変質しやすい性質です。水に溶解するとテトラヒドロキシドアルミン酸ナトリウム (Na[Al(OH)₄]) 水溶液となり、強塩基性を示します。このため、炭酸などの弱酸の存在下でも容易に加水分解して水酸化アルミニウムを沈殿します。

アルミン酸ナトリウムの種類

アルミン酸ナトリウムには、「NaAlO₂」「NaAl(OH)₄」「Na₂O·Al₂O₃」「Na₂Al₂O₄」などが含まれますが、製品としてアルミン酸ナトリウムと呼ばれているものに含まれているものの大半は、「NaAlO₂」「Na[Al(OH)₄]」です。

化学試薬用途の製品は、通常NaAlO₂の白色粉末の形態で販売されていることが多いです。500gなどの少量より販売されています。各種工業用途 (土壌硬化剤、水処理用凝集助剤、触媒原料、セメント急結剤) などの目的で販売されている製品には、液体のNa[Al(OH)₄]及び粉末のNaAlO₂の2種類があります。

通常、液体品は淡黄色透明でやや粘調な液体、粉末品は白色の粉末です。製品によって組成比や不純物が異なるため、確認してから使用することが必要です。工業用製品は、タンクローリ車・ドラム缶・石油缶 (液体品) 、紙袋 (粉末品) などの荷姿で販売されます。

参考文献
https://anzeninfo.mhlw.go.jp/anzen/gmsds/1302-42-7.html
https://www.nies.go.jp/kisplus/dtl/chem/SZY00286