中國粉體網(wǎng)訊  在高純粉體材料中，純度是其特殊性能及應(yīng)用的基礎(chǔ)，雜質(zhì)元素的出現(xiàn)往往會對其特殊性能及高附加值有著致命的影響，好比“一顆老鼠屎，壞了一鍋粥”。

例如，高純氧化鋁廣泛用于熒光材料、透明陶瓷、電子器件、新能源、催化材料和航空航天材料等高科技尖端行業(yè)，是現(xiàn)代化工附加值最高、應(yīng)用最廣泛的高端材料之一。但在實(shí)際生產(chǎn)中，會存在鐵、鈉、鎂、硅、鈣等一些雜質(zhì)元素，這些雜質(zhì)元素大多以K₂O、Na₂O、CaO、MgO、CuO等氧化物的形式存在，其含量不同將會直接影響到材料的性能。如：Fe₂O₃會導(dǎo)致發(fā)光材料的發(fā)光性能降低，SiO₂會導(dǎo)致氧化鋁燒結(jié)性能變差等，從而使高純氧化鋁在應(yīng)用領(lǐng)域中大大受限。

圖片來源：揚(yáng)州中天利

制備高純氧化鋁的主要方法有醇鋁水解法、硫酸鋁銨熱分解法和碳酸鋁銨熱分解法，目前對高純氧化鋁的除雜研究也較多的集中在針對該三種方法所涉及的原材料凈化方面。

Fe雜質(zhì)

Fe雜質(zhì)大多以二價或者三價的氧化物形式存在于主體產(chǎn)品中，相關(guān)從業(yè)人員對不同物質(zhì)中Fe雜質(zhì)的去除均有一定研究，如：鋁土礦、異丙醇鋁等。

鋁土礦是在熱帶或亞熱帶氣候下形成的，廣泛地存在于玄武巖、石灰?guī)r等各種巖石和片巖中，包含的常見的雜質(zhì)為鐵酸鹽、針鐵礦、石英、硅線石、剛玉、二氧化鈦等。優(yōu)質(zhì)的鋁土礦Al₂O₃含量最小為40%，SiO₂含量最大為15%；低質(zhì)的鋁土礦雜質(zhì)主要是石英、三氧化二鐵和氧化鈣。A Aziz等在采用硫酸浸出法回收鋁土礦中氧化鋁的過程中，選用純度為68%的乙醇(C₂H₅-OH)幾乎完全除下了Fe雜質(zhì)，但是乙醇價格昂貴，為了使該工藝更加經(jīng)濟(jì)，可以通過冷凝回收法對乙醇進(jìn)行二次利用。

鐵元素也常出現(xiàn)在采用醇鋁法制備氧化鋁過程中，可以采用萃取-絡(luò)合法和絡(luò)合-結(jié)晶法對異丙醇鋁進(jìn)行純化，選擇合適的絡(luò)合劑，利用不同物質(zhì)間的溶解度不同，對雜質(zhì)進(jìn)行分離。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是可以得到純度很高的異丙醇鋁，工藝成本較低。該方法的缺點(diǎn)是工藝復(fù)雜，需要浪費(fèi)大量時間和人力。

在采用硫酸鋁銨制備高純氧化鋁時，現(xiàn)階段比較常用的除Fe方法包括：沉淀法、有機(jī)伯胺萃取法和重結(jié)晶法。沉淀法可以通過加入助劑MnO₂、KMnO₄、K₃[Fe(CN)₆]或K₄Fe(CN)₆·3H₂O來實(shí)現(xiàn)，它的優(yōu)點(diǎn)是成本低，操作簡便；缺點(diǎn)是鋁離子損失量大，過程中加入助劑引入了新的雜質(zhì)。

Si雜質(zhì)

Si雜質(zhì)由于不活潑，較難除去。在采用醇鋁水解法時，硅是異丙醇鋁中眾多雜質(zhì)元素之一，可采用減壓蒸餾添加劑這種方法對硅進(jìn)行去除。該方法的基本思路是將添加劑氧化鑭與異丙醇、鋁片和引發(fā)劑一起加入到反應(yīng)容器中，反應(yīng)過程中氧化鑭和硅反應(yīng)形成了沸點(diǎn)比較高的物質(zhì)，然后通過減壓蒸餾出異丙醇鋁，最終雜質(zhì)留在反應(yīng)容器底部，從而達(dá)到了除雜純化異丙醇鋁的效果。這種方法相對于一般的萃取法和結(jié)晶法來說，具有能源消耗少，操作簡單，反應(yīng)時間短等優(yōu)點(diǎn)。

和曉才認(rèn)為焙燒后樣品中的雜質(zhì)Si、Fe會暴露出來，再利用超聲波對其進(jìn)行反復(fù)酸洗、水洗，最終制備的氫氧化鋁Si、Fe含量均小于0.001%。并且建議采用活性炭柱或微孔鈦過濾膜將原料進(jìn)行過濾以除雜。賴浚等對高純氧化鋁制備過程中的鋁酸鈉溶液雜質(zhì)Si、Fe的脫除進(jìn)行了研究，用氧化鈣作脫硅劑，使之與水反應(yīng)生成氫氧化鈣，氫氧化鈣再和鋁酸鈉反應(yīng)生成鋁酸三鈣，硅酸根離子再和鋁酸三鈣反應(yīng)生成難溶的水化石榴石，最終以沉淀形式析出，脫Si率可達(dá)到98%。

以上方法中，有的會引入Na、Ca等雜質(zhì)元素，有的適用于微量Si的脫除，不適于痕量Si的深度脫除，所以研究一種有效除去痕量Si的方法十分必要。

Ca雜質(zhì)

Ca雜質(zhì)主要可通過萃取劑萃取、化學(xué)沉淀、鹽析結(jié)晶、離子交換、螯合劑螯合等種方法被脫除。

萃取劑萃取首先可以利用硫酸鈣的難溶性，使Ca²⁺以CaSO₄的形式沉淀析出，再結(jié)合其他方法(如：溶劑萃取、等)進(jìn)行二次脫除。萃取劑P204，價格便宜，是一種酸性萃取劑，對金屬離子的萃取順序由大到小依次為：Fe³⁺、Zn²⁺、Cu²⁺、Co²⁺、Mg²⁺、Mn²⁺、Ca²⁺。謝紅艷采用P204對含鈣鎂錳的混合液進(jìn)行萃取，鈣離子明顯下降，但不能達(dá)到高純的要求。趙紅濤等對磷石膏中的Ca雜質(zhì)行了深度脫除，經(jīng)過研究磷石膏中的可溶性雜質(zhì)及不可溶性雜質(zhì)均可被有機(jī)溶劑磷酸三丁酯有效地萃取，最終獲得純度大于99%的硫酸鈣顆粒。

Na雜質(zhì)

制備氧化鋁常用的脫除鈉雜質(zhì)的方法有：洗滌法、水熱處理法和添加硼酸法等。路文采用洗脫法對硫酸鋁銨晶體進(jìn)行脫鈉，他認(rèn)為將硫酸鋁銨晶體加熱至150-200℃，晶體中會出現(xiàn)鼓泡現(xiàn)象，從而有利于鈉雜質(zhì)的洗脫。李加宏比較研究了在氧化鋁制備過程中水熱處理脫鈉法與添加硼酸脫鈉法，由于水熱法所得的氧化鋁純度高于添加硼酸法，最終選擇采用水熱法脫鈉。和曉才在煅燒氫氧化鋁的過程中，添加適量硼酸，使其與鈉雜質(zhì)反應(yīng)生成偏硼酸鈉，再對氧化鋁進(jìn)行酸洗干燥處理，最后得到了鈉含量小于0.001%的氧化鋁。

參考來源：

[1]張英.醇鋁水解法制備高純氧化鋁的實(shí)驗(yàn)室研究

[2]王曉慧.采用硫酸鋁銨制備高純氧化鋁的工藝研究

[3]熊銳.醇鋁法制備高純 Al₂O₃及純化技術(shù)研究

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/山川）

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