Алюмосиликаты: свойства, виды, получение, применение

Алюмосиликаты – это минералы синтетического и природного происхождения, обязательно включающие атомы алюминия и кремния. С катионами металлов они образуют комплексные соли, которые имеют большое значения для индустрии питания. Это самые распространённые силикаты, применяющиеся при очистке воды, в хроматографии, в строительстве, масштабных производствах (фарфор), при добыче парамагнетиков. Они отличаются по свойствам в зависимости от металла, входящего в их состав.

Что такое алюмосиликаты

Алюмосиликаты представляют собой минералы, составляющие более 50% земной коры. Они состоят из комплексных анионов – отрицательно заряженных ионов из кислорода, алюминия и кремния:

[AlSiO₄]^–, [AlSi₄O₁₀]^–, [Al₂Si₃O₁₀]^2-

Катионами – положительными ионами – выступают натрий, кальций, магний, кремний. Данные алюмосиликаты могут содержать воду и гидроксильные группы (-OH) либо не содержать их, в зависимости от чего меняются свойства.

Алюмосиликаты – это породообразующие соединения, которые можно найти в осадочных, обломочных и многих других породах. Наибольший объём минералов этого типа обнаруживается в гранитах (до 70%). Различают несколько типов минералов:

• каркасные – полевой шпат, цеолит;
• слоистые – слюда, глина;
• цепочечные – пироксены;
• ленточные – амфиболы.

Месторождения комплексных минеральных солей находятся по всему миру, насчитывается порядка 1000 таких мест. В России 20 областей, в которых идёт активная добыча этих ископаемых: Якутия, Бурятия, Кузбасс, Камчатка, Сахалин, Приморье. Активно синтезируются искусственные соединения.

Физико-химические свойства, внешний вид

Алюмосиликаты обладают различными физическими свойствами в зависимости от типа. Каркасные отличаются наличием крупных полостей в структуре, в которых скапливается влага, а также прочными ионными связями. Имеют невысокую твёрдость по шкале Мооса (4,5-7), небольшую плотность. Кристаллы со стеклянным блеском, светлоокрашенные либо неокрашенные, присутствие пигмента обусловлено примесью других веществ.

Алюмосиликаты – это минералы, способные принимать слоистую форму. Они представлены пластинчатыми плохо различимыми кристаллами низкой твёрдости, они могут быть окрашены в белый, бурый либо чёрный цвет. Блеск различен: от матового до стеклянного. Цепочечные зеленоватые, белые, розовые, таблитчатой формы. Ленточные кристаллы игольчые, темноокрашенные, зелёные, редко белые.

Все алюмосиликаты нерастворимы в воде, растворяются органическими растворителями: плавиковая кислота, щёлочи, солями щелочных металлов угольной кислоты. В природных ландшафтах подвержены выветриванию, в результате которого дают кварц, каолинит.

Виды алюмосиликатов, формулы

Алюмосиликаты – это минералы, различные по свойствам.  Алюмосиликат натрия – цеолит, зарегистрирован как добавка Е554. В природе встречается как альбит, имеющий таблитчатую кристаллическую структуру. Содержит калий, кальций, цезий. Его формула – Na[AlSi₃O₈].

Алюмосиликат калия добывается для выпуска продуктов питания, ему присвоен код Е555. Представлен мелкокристаллическим сыпучем порошком белого цвета без вкуса и запаха с высокой гигроскопичностью, сниженной плотностью, хрупкий. Описывается формулой K[AlSi₃O₈].

Алюмосиликат кальция или анортит – плагиоклаз, зарегистрированный под кодом Е556. Бесцветный, красноватый или сероватый минерал, перламутрово-блестящий, мутный или непрозрачный. В составе природного минерала много примесей, особенно калия и бария, в чистом виде практически не встречается. Рациональная формула:

Ca[Al₂Si₂O₈]

Алюмосиликат магния – глинистый материал, относится к смектитам. В сухом состоянии пылевидный, при соприкосновении с растворами набухает, за счет чего проявляется его эмульгирующее и связующее действие. Ископаемое содержит примеси железа – минерал кордиерит.

Производство и получение

В связи с обширностью месторождений природные алюмосиликаты часто извлекают из минералов, извлекаемых из горных пород. Добыча и переработка ведётся в непосредственной близости от карьеров, в удалении от них

Большую роль играют алюмосиликаты, полученные синтетическим путём, в частности цеолиты. Возможно получение их путём перегревания водных растворов под давлением в специализированных устройствах – автоклавах, сырьём служат глинозём (Al₂O₃) и кремнезём (SiO₂). В качестве катализатора вносятся органические вещества, обладающие высокой степенью токсичности, что затрудняет работы персонала. Выбросы предприятий, нацеленных на получение данных минералов, загрязняют окружающую среду.

Применение алюмосиликатов затрагивает жизненно важные сферы, поэтому разрабатываются более безопасные методики, исключающие использование опасных отходов посредством эксплуатации неорганических водных щелочных реакционных смесей. Их кристаллизуют при подогревании до 100 °С в течение 100 часов, после чего фильтруют и высушивают.

Воздействие на организм, польза и вред

Алюмосиликаты – это минералы, безвредные для организма. Большинство не оказывает отрицательного воздействия на здоровья. Силикоалюминаты не приносят человеку ни вреда, ни пользы, поскольку быстро выводится почками, не влияя на концентрацию ионов в плазме крови. Вдыхание минеральной и солевой пыли на производстве может привести к аллергической реакции и тяжёлым заболеваниям лёгких, пневмокониозу.

При чрезмерном употреблении продуктов, содержащих добавки на основе алюмосиликатов, наблюдается угнетение работы желудочно-кишечного тракта. Негативные симптомы проявляются в тошноте, дискомфорте, обострении хронических заболеваний.  Минералы не проявляют пищевую и биологическую ценность, т.к. не расщепляются и не попадают в кровь. Их влияние на человека изучено в недостаточной степени.

Применение

Природные алюмосиликаты, как и синтетические, нашли применение в различных областях. Основные сферы потребления добываемых минералов – химическая и фарфоровая промышленность, строительство, пищевая отрасль. В связи с разнообразием составов они используются как адсорбенты, эмульгирующие и стабилизирующие агенты, загустители, пластификаторы, теплоизоляторы, ионообменники.

Применение в пищевой промышленности и косметологии

Пищевая добавка Е554 – стабилизатор, алюмосиликат натрия. Способствует сохранению рассыпчатой структуры сыпучих веществ, не позволяет им слёживаться, предупреждает образование комочков при размешивании в растворе. Обладает слабо выраженным землистым привкусом, что ограничивает применение алюмосиликатов для пищевой продукции. Е554 можно встретить в составе таких продуктов:

• быстрорастворимые напитки;
• супы быстрого приготовления;
• сухие сливки;
• специи;
• сахара и смеси сахарозаменителей;
• мука.

Е555 – стабилизирующая добавка, силикат алюминия и калия. Помимо порошковых товаров встречается в сырах, конфетах. Ею обрабатывают леденцовую карамель для улучшения товарного вида и предотвращения прилипания к упаковке.

Е556 – кальциевый алюмосиликат вносится в состав алкогольных и безалкогольных негазированных напитков для их осветления и очищения, смягчения вкуса. Это качественная добавка, проявляющая свойства флокулянта, применяется для уменьшения жёсткости воды.

Применение алюмосиликатов распространилось и в косметологию, где они используются как эмульгаторы, способствующие смешиванию несмешиваемых фаз. Они выполняют функцию адсорбента и носителя, встречаются в пенах для бритья, кремах для загара, тенях, румянах, сухих духах, присыпках и дезодорантах. Глины вносят в состав лицевых масок, они помогают сохранить упругость кожи, насыщают её влагой, разглаживают морщины.

Применение в химической промышленности и других сферах

Алюмосиликаты – минералы, которые ведут себя как пластификаторы, поэтому активно используются для изготовления строительных смесей (цемент, бетон). Они необходимы для создания керамических и фарфоровых изделий, для производства стекла как источник алюмосодержащих веществ. Слюда – теплообменник, составляет тепло- и электроизоляционные материалы.

Цеолиты нашли широкое применение в быту. Это основной компонент наполнителя для кошачьего туалета, разрыхляющий и впитывающий ингредиент грунта для комнатных цветов. В сельском хозяйстве цеолитовые добавки – ценный кормовой материал.

Важно использование алюмосиликатов в фильтровании воды. За счёт пористой структуры и адсорбирующей возможности они очищают растворы от примесей. Синтетические вещества нужны для лабораторного синтеза как катализаторы и реагенты. Они используются для очищения воздуха от углекислого газа на космических станциях. Выраженные адсорбирующие свойства позволяют применять минералы в хроматографии.

Где купить и сколько стоит

Природные алюмосиликаты продаются заводами-производителями оптом. Цена зависит от страны-поставщика, составляет порядка 70 рублей за 1 кг при минимальном заказе от 25 кг.

Заключение

Алюмосиликаты – это минералы, в составе которых присутствуют алюминий и кремний. Они широко распространены в природе, их добывают или получают искусственно, применяют для изготовления стройматериалов, как адсорбент при разделении газов и в хроматографии. С помощью этих веществ очищают воду, они функционируют как эмульгаторы и стабилизаторы в продуктах и косметике.  Алюмосиликаты безвредны для человека при умеренном употреблении.

Читайте также:

• Оксиды железа: свойства, реакции, применение, польза и вред
• Бентонит: свойства, польза и вред, применение
• Фосфат натрия: описание, реакции, вред, применение
• Оксид магния: описание, польза и вред, применение, реакции