醇铝水解法制备高纯氧化铝工艺的论析

王 欢

(大连海蓝光电材料有限公司)

醇铝水解法制备高纯氧化铝工艺的论析

王 欢

(大连海蓝光电材料有限公司)

高纯氧化铝作为一种特殊的功能材料具有很好的物理化学性质，因而被广泛应用于机械、电子、冶金、化工以及国防航天等重要的尖端高科技领域。本文主要介绍醇盐水解法制备高纯氧化铝的主要工艺，并分析该工艺的优缺点，最后对高纯氧化铝的应用前景进行了展望。

醇盐水解法 高纯氧化铝 功能材料 提纯工艺

1、高纯氧化铝概述

高纯氧化铝这种具有优良理化性质的精细化工产品，在国内外发展速度相对较快。高纯氧化铝因其具有较高的纯度、均匀细小的粒度，较大的比表面积和很好的热稳定性、力学性能而被广泛应用到许多高尖端科技领域，例如：高级陶瓷材料、催化剂、生物医疗、防护材料、半导体材料等等诸多领域。高纯氧化铝中的痕量杂质元素大多以氧化物的形式存在于氧化铝中，例如：Fe、Ca、Mg、Cr、Si、Na等等。而杂质元素的存在会严重影响高纯氧化铝的物化性质，如：铁杂质元素的存在会使用氧化铝制备的发光材料的发光性能下降，钠和硅会分别导致氧化铝烧结瓷体介质损耗和烧结性能下降，以及氧化镁和氧化钙含量增多会使氧化铝减少等等，从而使高纯氧化铝无论是在使用范围还是使用环境方面大大受限。因此，高纯氧化铝的提纯工艺成为各国科研工作者奋发努力的新目标。

2、高纯氧化铝的纯化工艺

目前高纯氧化铝主流生产的技术有醇盐水解法、硫酸铝铵热解法和碳酸铝铵热解法，所以这三种方法的纯化工艺相对来说比较成熟，其他方法要么处于中试阶段，要么处于研究开发阶段，再或者国外有用该方法，而国内限于技术条件或者硬件设施等原因，还没用到该种方法。不同的纯化工艺都有各自的优缺点，对各种纯化工艺进行集中比较分析有利于纯化技术的优化升级。

2.1 硫酸铝铵热解法制备高纯氧化铝的纯化工艺

硫酸铝铵热解法需先用硫酸溶解氢氧化铝制得硫酸铝溶液，之后往溶液中加入硫酸铵与之反应制得铵明钒，再根据纯度要求多次重结晶得到精制铵明钒。一般采用络合和吸附的方法去除高纯氧化铝前驱体中的杂质元素。虽然络合和吸附方法对于去除高纯氧化铝前驱体中的杂质起到了一定作用，但是对于微量元素杂质的去除率则不是很大，相反可能还会引入新的杂质。然后将得到的精制铵明钒在1250℃下分解制得氧化铝粉。

该方法虽然工艺较为简单，成本也相对较低，但是，其生产周期长，存在热溶解现象，且分解过程中产生的SO3、NH3会对环境造成严重污染，因此该方法正被逐渐淘汰。

它的缺点就是金属铁、镍、钛、锆等离子以及卤素元素难以去除，纯度最多可以达到4N，基本已经极限了；从纯度上说，它的缺陷很大，无法拿来做大尺寸蓝宝石晶体，无法满足高端要求。

2.2 碳酸铝铵热解法制备高纯氧化铝的纯化工艺

碳酸铝铵热解法制备高纯氧化铝是在硫酸铝铵热解法的基础改进而来的，碳酸铝铵热解法中所用到的原料有硫酸铝和碳酸氢铵等等，因而在纯化除杂方面可以借鉴一下硫酸铝铵热解法中的一些工艺，将硫酸铝和碳酸氢铵预处理，得到精制的原材料，这为后续的提纯减小了压力。

2.3 醇铝水解法

醇铝水解法，是通过将铝和异丙醇加催化剂合成、提纯、水解和焙烧等工艺，制得高纯超细氧化铝粉体。提纯又分蒸馏和精馏， 蒸馏的纯度比精馏的低一些。

首先将铝片加入异丙醇中反应生成异丙醇铝，然后异丙铝经过蒸馏、精馏提纯，水解生成水合氧化铝，水合氧化铝加热分解得到氧化铝。此方法生产的氧化铝纯度可达5N，甚至可达6N。

一般对于醇盐的除杂纯化方法有很多，例如：减压蒸馏法、结晶法、萃取法等等。减压蒸馏法利用了金属醇盐沸点在加热条件下又很容易分解的特点，从而来实现纯化醇盐，因为其操作简单，耗时少，见效快，所以在工业生产中得到了广泛的应用。结晶法的过程是将醇盐溶解在某种有机溶剂中，然后根据醇盐在不同温度条件下的有机溶剂中的溶解度不同，最后通过降温使金属醇盐结晶出来。这种方法相对于减压蒸馏来说有能耗低，设备体积小，造价不高的优点，但是由于非常耗时，所以很难在工业生产中推广。萃取法的主要原理是将金属醇盐溶解在有机溶剂中，使得不溶性物质沉降到反应器底部进而得到比较纯净的物质从而来实现醇盐和杂质分离的，这种方法主要可以弥补异辛醇铝等醇盐不能被减压蒸馏的特点，由于该方法同样耗时因而也不能在工业生产中批量生产。一般的纯化方法，在一定程度上能为纯化醇铝起到初步除杂的目的，但是要获得高纯氧化铝，就必须对微量的杂质元素也能有很好的除去效果。

高纯氧化铝粉杂质含量ICP检测结果

上表为本公司用醇盐水解法制备的高纯氧化铝ICP检测结果，从该结果可以看出，醇盐水解法制备的高纯氧化铝中杂质含量低，且产品状态比较稳定。适合蓝宝石晶体、LED衬底的生产。

目前日本和美国用于LED蓝宝石长晶行业的高纯度氧化铝，主要采取这种工艺生产，这种工艺比较复杂。和其他工艺相比，这种工艺的主要优点是：

1）高纯铝和醇类反应速度快，不需要加工成粉末或箔片，避免加工过程中带入金属杂质。

2）反应得到的异丙醇铝可以通过精馏，以气态的形式收集高纯异丙醇铝，有效去除铁、钛、镍、锆、铅、镁等金属杂质。 冷凝下来的高纯异丙醇铝还可以再次提纯，除去游离金属杂质钾，钠，锌等。这个是其他工艺没法做到的。

这种方法生产的氧化铝粉体纯度高、粒径小，该工艺对产品的纯度可控性强，能满足蓝宝石长晶的要求。

这个工艺要用到醇，而且需要高温，高压，产品成本也高，但是由于这个工艺生产出来的产品纯度高，只有具有此纯度的氧化铝长出的蓝宝石晶体，才能达到LED衬底的要求。所以世界上做高品质5N氧化铝厂家都选择了醇盐水解法。

[1]朱永璋,蒋明学,冯秀梅,安兆盈.火花放电法制备高纯氧化铝粉末[J].有色金属.2011(02)

[2]路文,陈廷益.高纯氧化铝制备方法及应用[J].山东化工.2014(10)

[3]武文焕,冯怡利,李建强,张树云.制取超细氢氧化铝阻燃剂的研究[J].有色冶金节能.2014(06)

G322

B

1007-6344（2015）05-0296-01