各显神通的精细氧化铝

苏更林

铝作为地壳中含量最为丰富的金属元素，在今天具有非凡的应用价值。氧化铝是一种高硬度的化合物，主要用作金属铝的生产原料，因此被称为冶金级氧化铝。世界上大约有90%以上的氧化铝都属于冶金级氧化铝。那剩下的大约10%的氧化铝去哪儿了？这就是我们要说的精细氧化铝产业。所谓精细氧化铝，指的是除冶金用途的氧化铝之外的特种氧化铝、氢氧化铝以及含铝化合物的总称。精细氧化铝在国外被称为非冶金级氧化铝，在中国又被称为特种氧化铝、多品种氧化铝或化学品氧化铝。

在全球范围内，精细氧化铝拥有100多年的历史，具有技术含量高、应用领域广、附加值高、环境友好等特点，在航空航天、耐火材料、陶瓷、磨料、石油、化工、电子、塑料橡胶、建筑材料以及激光材料等领域都有广泛的应用。

精细氧化铝有多少种

如今，精细氧化铝已成为一个方兴未艾的产业，在世界范围内推出的产品多达400多个。根据我国相关标准规定，按照化学组成的不同，精细氧化铝产品可分为氢氧化铝系列、特种氧化铝系列、拟薄水铝石系列、沸石系列以及铝盐系列五大类。氢氧化铝系列包括普通氢氧化铝和特种氢氧化铝产品。特种氧化铝系列包括活性氧化铝、煅烧氧化铝、板状刚玉、高纯氧化铝、电工氧化铝等。拟薄水铝石又名一水合氧化铝，不仅可用作催化剂载体、催化剂以及吸附剂，还可用作生产催化剂载体、活性氧化铝及其他铝盐的原料。至于沸石，则为一种网状的含水铝硅酸盐矿物，具有多孔性结构，可广泛用作吸附剂、离子交换剂和催化剂，也可用于气体的干燥、净化和污水处理等。所谓铝盐系列，一般包括铝酸钙水泥、硫酸铝、聚合氯化铝、铝酸钠等含铝的化合物。

为什么同是氧化铝却有如此多的品种呢？这是因为氧化铝产品中的氧原子和铝原子的空间堆叠方式不同、含水量存在差异，导致了同是氧化铝却有如此多的品种。

在氧化铝的诸多变体当中，存在着同质异晶现象。到底氧化铝的变体有多少种？业界的认识并不统一。有人认为有10多种晶型，其中有3种晶型最为常见，即α-氧化铝、β-氧化铝、γ-氧化铝。

不同结构就会有不同性质，因此同是氧化铝却有着各自独特的性质。通常，α-氧化铝被认为是晶型稳定的氧化铝，而其他晶型的氧化铝则被认为是α-氧化铝的中间过渡形态。

精细氧化铝的用途

面对日益增多的氧化铝品种，其应用和覆盖的领域和行业也在不断拓展。那么，这些不同的氧化铝分别扮演着什么样的角色呢？

煅烧氧化铝

煅烧氧化铝是以氢氧化铝或工业氧化铝为原料，在一定温度（1100℃～1450℃）条件下进行煅烧，使其部分或几乎全部转化为α-氧化铝而得到的产物。其结晶化程度是由煅烧温度、煅烧时间以及添加的矿化剂等因素决定的。

煅烧氧化铝一般比表面积比较小，但硬度大、强度高、耐高温、耐酸碱、耐磨性好、吸水率低、导热性好、电阻率高，因此可用于电子设备、耐火材料、耐磨材料、抛光材料等行业。

在耐火材料行业应用煅烧氧化铝，可以填充耐火材料的孔隙，从而提高其体积密度，并能使其热性能达到更好的状态，以改善定型耐火材料和不定型耐火材料的性能。

活性氧化铝

活性氧化铝的晶型主要为γ-氧化铝和p-氧化铝，以“多孔性和活性大”见长，自然具有比表面积大和吸附性能好的优势。

活性氧化铝一般呈白色或微红色球状，具有无臭、无味、无毒等特点，不溶于水及有机溶剂，能溶于强酸和强碱。在空气中容易吸湿，吸水后不胀不裂而保持原状。活性氧化铝通常被用作干燥剂、吸附剂、催化剂等。

活性氧化铝被广泛用于石油和化工领域的催化剂以及催化剂载体，在石油加氢裂化、加氢精制、加氢重整、脱氢反应以及汽车尾气净化等反应过程中发挥着重要作用。

高纯氧化铝

高纯氧化铝重在“高純”，就是要以更高的纯度来获得更高的性能，以满足尖端科技领域的需求。根据纯度的不同，可以把高纯氧化铝分为3N（纯度99.9%）、4N（纯度 99.99%）、5N（纯度99.999%）3种。

高纯氧化铝具有更好的机械性能、化学性能以及热性能，可广泛应用于高端技术领域，如精细陶瓷、集成电路、稀土荧光粉、催化剂载体等方面。随着5G通信、人工智能、轨道交通以及航空航天等高新技术产业的发展，高纯氧化铝的需求量也会越来越多。

如4N高纯氧化铝主要应用于稀土三基色荧光粉，这是一种常用的发光材料，在照明和显示领域具有重要的作用。5N高纯氧化铝主要用于制作蓝宝石晶体和锂电池陶瓷隔膜。蓝宝石晶体作为理想的LED衬底材料，在微电子领域具有重要的地位。

氧化铝纤维

氧化铝纤维又称多晶氧化铝纤维，外观犹如脱脂棉，色白、光滑、柔软而富有弹性。氧化铝纤维具有长纤、短纤、晶须等多种形式，主要成分为三氧化二铝，还含有少量的二氧化硅等组分。氧化铝纤维具有强度高、耐热性好、热导率小、热膨胀系数低等特点，可广泛应用于高温绝热材料、军用复合材料、机械、电子、陶瓷、化工等诸多领域。

氧化铝纤维本身就是一种复合材料，并且可以根据应用场合的特定需求来调整配方，以生产出相应的氧化铝纤维制品。作为一种超轻质、耐高温的无机绝热材料，高性能氧化铝纤维的使用温度可达1450℃～1600℃，可用作火箭发动机喷管的喉部衬垫、火箭发动机的内衬以及尾部喷管的绝热材料。

将氧化铝纤维应用于工业高温炉领域，具有显著的节能效果，如用作冶金炉、陶瓷烧结炉、石化裂解炉、燃烧炉等工业高温炉的隔热炉衬，不仅可以为炉体减重，还可以提高控温精度。这样一来，既减少了散热损失，又提高了物料的加热速度。

用氧化铝纤维增强金属基复合材料，其弹性比玻璃纤维还大，压缩强度比碳纤维还高，用其制作高强度钓鱼杆、高尔夫球、滑雪板以及网球拍等具有一定的优势。氧化铝长纤维增强金属基复合材料还可用于制作高负荷的机械零件，如汽车连杆、传动杆、刹车片等高功能构件。

高性能氧化铝纤维可应用于航天和原子能工业，如用作航天飞机和核反应堆的隔热材料、直升飞机的传动装置以及高温高速旋转零件等。

纳米氧化铝

当氧化铝粉体粒径达到纳米级别之后，其纳米效应就会赋予其许多独特的性能。因此，纳米氧化铝既保留了传统氧化铝粉体的优良特性，同时又被赋予了新的光、电、磁、热及机械方面的特性，自然应用起来更加得心应手。

纳米氧化铝作为一种新型的功能材料，在光学、化工、催化剂以及特种陶瓷等多个领域都有广泛的应用。

在纳米氧化铝产品中，不同的晶型会有不同的应用场合。如纳米γ-氧化铝可广泛应用于高效催化剂场合。这是因为该晶型的纳米氧化铝具有更大的比表面积和更高的活性，因此被广泛应用于汽车尾气催化剂、石油炼制催化剂、加氢脱硫催化剂等载体。

纳米氧化铝在陶瓷、橡胶、涂料、黏合剂等领域也有用武之地。如在烧结陶瓷中添加少量纳米氧化铝，可以改善氧化铝陶瓷的密度和力学性能；在涂料中添加少量纳米氧化铝，可提高涂层的耐磨性，广泛应用于汽车油漆等领域；在粉末冶金中添加少量纳米氧化铝，可提高其硬度、熔点以及耐高温性能。纳米氧化铝还可应用于新能源领域，如用作锂电池隔膜涂层材料，可防止高温下发生隔膜短路。

【责任编辑】蒲 晖