Кратко — амфотерность означает способность растворяться и в кислотах, и в щелочах; отличия Al(OH)3 и Zn(OH)2 задают разные условия очистки сточных вод.
Химия (ключевые реакции):
- растворение в кислоте:
$$Al(OH{)}_3+3H^{+}\to A{l}^{3+}+3H_{2}O,Zn(OH{)}_2+2H^{+}\to Z{n}^{2+}+2H_{2}O$$ - растворение в щелочи (образование комплекс-анионов):
$$Al(OH{)}_3+O{H}^{-}\to [Al(OH{)}_4{]}^{-},Zn(OH{)}_2+2O{H}^{-}\to [Zn(OH{)}_4{]}^{2-}$$
Растворимость (приближённо):
$$K_{sp}(Al(OH{)}_3)\approx 3\cdot 10^{-34},K_{sp}(Zn(OH{)}_2)\approx 4.5\cdot 10^{-17}$$ Минимумы растворимости (практически важные pH):
$$Al(OH{)}_3:\mathrm{pH}\approx 6-7,Zn(OH{)}_2:\mathrm{pH}\approx 8-10$$
Последствия для очистки сточных вод:
- Al(OH)3 менее растворим, образует крупные желеобразные флокулы и эффективно коагулирует коллоиды и фосфаты; поэтому алюминиевые соли широко применяются как коагулянты. Оптимум осаждения — около $\mathrm{pH}6-7$.
- Zn(OH)2 осаждается при более высоком pH; для удаления Zn обычно повышают pH до $\sim 8.5$. При недостаточном pH Zn остаётся в растворе.
- Оба гидроксида перерастворяются при слишком высокой щёлочности (образуют растворимые комплексы), поэтому чрезмерное поднятие pH приводит к повторному растворению металлов и увеличению остаточных концентраций в сточных водах.
- Практически: нужно поддерживать целевое pH-окно для осаждения конкретного металла, контролировать дозировку реагентов и окончательный pH; при наличии нескольких металлов часто делают стадийную обработку (коагуляция/осаждение при нейтральном pH для Al и фосфатов, затем при необходимости подкисление/подщелачивание для осаждения других ионов) или применяют альтернативы (например, сульфидную осадку для тяжёлых металлов) чтобы избежать ре-диссолюции.
Вывод: из-за гораздо меньшей растворимости и хорошей коагулирующей способности $Al(OH{)}_3$ предпочтителен для удаления коллоидов и фосфатов при нейтральных pH; $Zn(OH{)}_2$ требует более высокого pH для осаждения и легче переходит в раствор при чрезмерной щёлочности — потому управление pH критично для эффективной очистки.