浅谈高纯氧化铝制备方法和生产现状

张霖

新疆众和股份有限公司 新疆 乌鲁木齐 830013

引言

高纯度氧化铝是重要的工业原料，拥有绝缘性强、耐高温、耐磨等优势，广泛应用在不同领域的工业生产中。目前，高纯氧化铝生产主要在西方国家，国内的高纯氧化铝存在产品质量不足的问题。因此，必须加强高纯氧化铝的生产研发，探索更为高效、高质量的生产方式，满足国内工业发展的需求。

1 高纯氧化铝概述

高纯氧化铝是纯度在99.99%以上的氧化铝，具有出众的光学、力学、热学性能，因此在精密仪器、显示器、传感器中大量使用，是极为重要的基础材料。而且随着社会的发展，各种高性能、高精尖设备的需求量增加，让高纯氧化铝的需求也开始增加[1]。目前，全世界生产高纯氧化铝的方法有很多，为了保证氧化铝的纯度，必须做好生产过程中的工艺控制，以保证材料的总体性能。

2 高纯氧化铝制备的主流技术

2.1 改良拜尔法

改良拜尔法使用铝酸钠溶液制备高纯氧化铝，先对溶液进行深度脱硅、除铁等工作，获得高纯度的铝酸钠溶液，然后分解铝酸钠，并投入氢氧化铝种子使溶液氢氧化铝析出，再煅烧得到的氢氧化铝获得高纯度的氧化铝。在工艺的控制中，避免氢氧化铝结晶过程中有异常晶核十分重要，因此工艺中会以十分缓慢的速度析出氢氧化铝，达到去除钠、硅等杂质的目的。拜尔法具有原料广泛成本低的优势，并且在生产过程中污染比较低；但是使用该方法必须采取非常严格的产品工艺控制，在对氢氧化铝进行焙烧时要有非常高的温度，导致产品的烧结密度较低。

为了能最大幅度去除钠离子，一般会采用焙烧过程中加入矿化剂或者在氢氧化铝水转相的过程中假如一定的脱钠剂，脱钠剂呈酸性的特点会导致杂质离子容易进入铝石，所以为了避免杂质增加，需要投入较高的成本控制工序；使用矿化剂进行焙烧时，可能会有氟化物释放，如果没有严格的控制会导致环境污染。

2.2 无机铝盐热分解

2.2.1 硫酸铝铵热分解。首先需要进行硫酸铝铵结晶获得高纯度的硫酸铝铵晶体，然后使用1200℃的高温对硫酸铝铵警惕进行加热使其分解，获得氧化铝。

制备的过程中，必须保证硫酸铝铵晶体的纯度避免是氧化铝的纯度受到影响。所以在硫酸铝铵的制备过程中，需要严格控制物料配比、温度以及pH等条件，会通过多次重结晶来去除其中的硅、钙、钠、铁等杂质。结晶时会对溶液加热使水分蒸发，溶液中存在一定的结晶，以加快溶液过饱和后硫酸铝铵的结晶效率[2]。但是蒸发时会有气泡嵌入硫酸铝铵晶体，会降低晶体的松装密度，以及导致晶体呈现出多孔状，不仅会降低产量，还会导致生产成本增加。

目前，解决密度过小的问题，会使用低温真空脱水的方式，然后热分解炉对硫酸铝铵晶体进行加热，热分解炉内需要设置夹层，使热气流可以穿过夹层，分解的尾气将会被吸收塔吸收。最后获得的氧化铝松装密度比较大，而且具有较高的活性。

在使用硫酸铝铵热分解法时，会循环使用母液，因此在生产过程中可以控制成本，并且可以保证工业生产的效率，同时，由于当前技术相对成熟，因此在简单的工艺下就可以获得比较高纯度的氧化铝。得到的产品聚团也比较少，更容易在陶瓷生产中应用。生产过程中会有大量的氨和三氧化硫生成，虽然进行尾气处理能够对环境污染然有效控制，却会导致生产成本提升；使用重结晶的方法难以去除钾、卤素，因此依然会有一定的杂质，所以生产的周期会比较长。

2.2.2 碳酸铝氨热分解。碳酸铝氨热分解法是在硫酸铝铵热分解法基础上进行改进获得的方法，该方法先使用精制硫酸铝铵和碳酸氢铵反应获得碳酸铝氨，然后用高温使其分解，获得氧化铝。为了保证氧化铝的纯度，就需要做好对碳酸铝氨生成的控制，反应过程中必须避免有杂质混入，而且要控制反应温度在35℃。使用该方法避免了三氧化硫和氨气的排放，可以更容易地进行废气回收工作，得到的高纯度氧化铝具有更高的均匀度。但是该方法会产生更多的废液，并且加长了生产周期，对生产工艺的控制要求也更严。

2.3 有机醇铝盐水解法

该方法是目前生产高纯度氧化铝材料的主要方法，在有机醇铝盐水解法中，会使用催化剂促进铝和醇反应，生成醇铝盐，之后经过提纯获得高纯醇铝盐，然后发生水解获得水合氧化铝，最后经过焙烧以获得高纯氧化铝。使用该工艺时，高纯醇铝盐的水解以及焙烧中工艺的控制对保证获得的氧化铝纯度十分重要，同时，也能防止获得的氧化铝有聚团现象。可以使用球磨、气流磨等方法控制聚团，满足产品要求。使用该方法获得的副产品是水和氢气，所以对环境基本无污染。同时，由于生产过程中具备提纯性，因此可以将醇和其他溶剂循环使用，实现对原料的节约。但是使用该方法由于工艺控制的要求，导致成本非常高。

2.4 活性高纯铝水解法

活性高纯铝水解法先将铝与水结合，获得水合物，然后再对铝进行干燥和热分解，以便获得具有更高分散性的高纯氧化铝。使用该方法的生产步骤比较少，因此过程简单，成本也比较低，但是生产工作中对工艺有严格的控制要求。目前可以喷射熔融过热铝液，获得铝粉与水的混合物，反应的过程中，铝粉会不断分裂和细化，最终获得粒度较高的白色粉末，再经过干燥、分散和煅烧之后，就能得到高纯度的氧化铝[3]。但是，使用该方法的缺点在于没有提纯性，所以产品的纯度可能会出现下降的问题。

3 结束语

高纯氧化铝是极为重要的无机材料，在半导体、电池中都有十分广泛的使用，为保证工业的发展，就要提升高纯氧化铝的制造水平。目前，高纯氧化铝的制造方式有很多，研究全新制造工艺时，不仅要考虑所得氧化铝产品的纯度，同时，也要考虑工艺的能耗、污染等问题，不断优化生产方式，满足工业的可持续发展要求。