硫酸铝钾

硫酸铝钾

硫酸铝钾[0][2]（英文名：Aluminum potassium sulfate）是一种无机物，别名是枯矾[1]，化学式为KAl(SO4)2。硫酸铝钾的密度是2750 kg/m3，摩尔质量是258.21 g/mol，它的溶解性表现在它易溶于水，难溶于乙醇[3]。硫酸铝钾多以KAl(SO4)2·12H2O的水合物形式存在，别名是白矾[1]。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。[4]硫酸铝钾在工业上可作改性剂以提高除氟能力[5]，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[6][7]；食品行业上可作食品添加剂，起蓬松、稳定功能[6]；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[7]。

硫酸铝钾[1][3]（英文名：Aluminum potassium sulfate）是一种无机物，别名是枯矾[2]，化学式为KAl(SO4)2。硫酸铝钾的密度是2750 kg/m3，摩尔质量是258.21 g/mol，它的溶解性表现在它易溶于水，难溶于乙醇[4]。硫酸铝钾多以KAl(SO4)2·12H2O的水合物形式存在，别名是白矾[2]。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。[5]

硫酸铝钾在工业上可作改性剂以提高除氟fú能力[6]，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[7][8]；食品行业上可作食品添加剂，起蓬松、稳定功能[7]；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[8]。

硫酸铝钾中含有铝元素，会破坏人体脑部神经以及骨骼，诱发一系列病症，对人体造成一定的危害[1]。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[9]。

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。[10]

据传在公元前11世纪西周人在安徽庐江发现了明矾石。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、山东等明矾石矿山。[10]

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。[10]

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[11]，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[12]。明矾石主要分布于中国、意大利、美国等国家，[13]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安徽庐江，分别占全国探明矿石储量的53%和41%[14]

物理性质

硫酸铝钾是无色立方，单斜或六方晶体，有玻璃光泽[15]。无水硫酸铝钾外观上为白色粉末状，化学式为KAl(SO4)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[16]。无水硫酸铝钾的摩尔质量是258.21 g/mol，密度是2750 kg/m3，熔点是92.5 ℃，易溶于水，不溶于乙醇。[4]

名称下列浓度（g/100 g水）时溶液的沸点
浓度 /（g/100 g水）255075100
KAl(SO4)2的沸点 / ℃100.8101.9103.4105.2
温度/℃0102025304050607080
KAl(SO4)2饱和水溶液的密度/（g/cm3）1.0261.0351.0461.0521.0701.0961.1301.1791.2411.331

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[7]。别名是明矾，其化学式为KAl(SO4)2·12H2O，相对分子质量是474.39 g/mol，密度是1.76 g/cm3，熔点是92.5℃[4]。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[4]。

名称在下列温度（℃）时KAl(SO4)2·12H2O在100g 水中的最大溶解克数
温度 / ℃010202530405060708090100
KAl(SO4)2·12H2O的溶解克数/g3.04.05.97.28.411.717.024.840.071.0109154

失水反应

十二水硫酸铝钾的失水过程主要是先失去九个结晶水，然后下一步是失去全部结晶水形成硫酸铝钾白色粉末。[5]

分解反应

硫酸铝钾水解会生成 Al(OH)3 白色胶状沉淀[17]。其反应方程式如下：

硫酸铝钾会热分解形成SO3、K2SO4和Al2O3[18]。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：[17][19]

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[19]。其反应方程式如[17]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、KXO3（X指代卤族元素，下同）反应会生成氢氧化铝和硫酸钾以及X2。[17]

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[20]。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；生活中遇到鞣róu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。[21]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。[21]

医学领域

药理学上，白矾KAl(SO4)2·12H2O]具有解毒杀虫[22]、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。[23]枯矾[KAl (SO4) 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[2]。而且其更大的比表面积使其具有良好的吸附、过滤等功能[16]，更适合外用消炎，是很好的一副收敛药[2]。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。[21]

而且枯矾在对烧伤、口腔溃疡、直肠脱落、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。[24]

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[25]。且明矾作为佐剂加入疫苗中还可以提高其免疫效果[26]。还有将明矾与单宁酸为主要成分所制得的中药对治疗痔疮有良好的效果。[7]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[27]。

工业领域

硫酸铝钾可作为改性剂，提高氧化铝的除氟能力[6]；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。[28]

硫酸铝钾可作为染色的媒染剂，其Al3+更易与染料络合，[29]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络合物，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。[30]除此以外，硫酸铝钾还可以作为颜料沉淀剂[31]，使可溶性染料沉淀在某些载体上形成不溶性色淀颜料[32]。

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[7]。硫酸铝钾还可作为絮凝剂[8]，不仅可以净化水质，还可用来采收人工培养的小球藻[33]，还对含油污泥也有一定脱油能力[34]。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老年痴呆，所以很多国家不主张使用明矾作为净水剂。[35]

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。[7]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；[21]其还可以增加粉条的光泽度和弹性，使其久煮不烂。[36]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[21]。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。[21]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。[37]

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。[38]

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[39]；胶矾水的使用可以在作画时起到助留墨滴的作用[39]；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[40]；而在裱画的浆糊中添加还可以起到防腐的作用[41]。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[40][41]。

建材领域

硫酸铝钾可以作为早强剂加快混凝土的硬化[42]；还可以用作改性剂提高硬石膏硬化体早期的强度[43]。

阻燃领域

用明矾溶液（铁和铝的硫酸复盐溶液）处理木制碉diāo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。[44]

农业领域

硫酸铝钾可以用来制作钾肥以外[45]，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。[46]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NH3挥发，减缓粪水肥效的损失。[47]

氢氧化铝法

操作步骤：先将金属铝溶于氢氧化钠溶液中，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。[48]

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：[49]

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(SO4)2·12H2O晶体。[50]

中温焙烧-低浓度酸浸工艺流程图
中温焙烧-低浓度酸浸工艺流程图

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。[51]

实验法

将十二水硫酸铝钾放在铂坩gān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。[9]

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。[16]

Al3+的鉴别

铝离子会与氢氧根离子或硫离子反应生成白色沉淀，该沉淀会在盐酸溶液或者冰乙酸溶液中溶解，但其不溶于含有铵离子的溶液。[52]

K+的鉴别

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。[52]

SO42-的鉴别

硫酸根离子与钡bèi离子反应会生成不溶于硝酸或盐酸溶液的白色沉淀；其与乙酸铅溶液反应会生成不溶于乙酸铵或氢氧化钠溶液的白色沉淀。[52]

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。[53]

滴定法

铝离子会与EDTA溶液形成稳定的配位络合物，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合物，溶液呈橙色即表示达到滴定终点。[54]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。[55]

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，例如老年痴呆、皮炎等。[1][35]

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。[56]

处理措施

眼睛接触：将眼睛睁开冲洗几分钟。[1]

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。[1]

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。[1]

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。[1]

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。[52]

参考资料 56

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