中國粉體網(wǎng)訊 高純氧化鋁一般是指純度大于99.99%的顆粒超細的氧化鋁粉體，高純氧化鋁粉其獨特的物理、化學(xué)、電學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)和機械性能，使它具有耐高溫、耐化學(xué)腐蝕、耐驟冷驟熱，不易炸裂等優(yōu)良特性，是LED用藍寶石基底、人工晶體、鋰電池隔膜涂層、三基色熒光粉、等離子體顯示材料、長余輝熒光粉、高壓鈉燈的透明氧化鋁陶瓷管、高精度研磨材料及人工關(guān)節(jié)和骨骼、紅外吸收和發(fā)熱粉等高技術(shù)新材料領(lǐng)域最為關(guān)鍵的基礎(chǔ)材料[1,2]。
高純氧化鋁的制備條件和制備方法對于制備出的氧化鋁純度的高低，顆粒度是否均一，是否具有易燒結(jié)的特性等均起著決定性的作用，因此，研究高純氧化鋁的制備工藝具有重要的意義。傳統(tǒng)的拜耳法所得氧化鋁純度低難以滿足不斷增長的工業(yè)需求，目前，常用的工藝有改良拜耳法、無機鋁鹽熱分解法、醇鋁水解法、水熱合成法等，其中醇鋁水解法可制備出純度高、粒徑小的高純氧化鋁粉體，且生產(chǎn)過程無污染，從而備受關(guān)注[3,4]。
2 原理[5,6]
醇鹽水解法是實質(zhì)上是單質(zhì)金屬與有機物的反應(yīng)過程，反應(yīng)生成了醇鹽和氫氣。將醇鹽經(jīng)過水解可以制備高純氧化鋁的前驅(qū)體——水合氧化鋁，水合氧化鋁經(jīng)過高溫煅燒就得到高純氧化鋁了。反應(yīng)物中的醇可以是異丙醇、異辛醇等等，以異丙醇為例，反應(yīng)式如下：
2Al+6(CH3)2CHOH→2Al(OC3H7)3+3H2
Al(OC3H7)3+3H2O→Al(OH)3+3(CH3)2CHOH
2Al(OH)3→Al2O3+3H2O
紀洪波等[7]利用此法使用異辛醇與鋁反應(yīng)得到三異辛醇氧基鋁，經(jīng)水解、干燥、焙燒后制得高純氧化鋁。實驗表明采用異辛醇反應(yīng)較快且易回收，三異辛醇氧基鋁易提純，所得產(chǎn)物催化性能良好。薛濤等[8]利用此法以氯化鋁為原料，將其加入到適量苯和無水乙醇中，氯化鋁溶解后通入氨氣直至pH為8，過慮后鋁醇鹽經(jīng)水解、焙燒制得高純氧化鋁。檢測表明所得粒徑為25nm左右且晶粒均勻，晶核生長完好，純度高。要考慮到加入何種醇能使操作安全方便易控制，反應(yīng)迅速，而且產(chǎn)物有利于提純除雜，現(xiàn)在主要是用異丙醇鋁水解來制備高純氧化鋁。
3 技術(shù)關(guān)鍵點
利用醇鋁水解法制備高純氧化鋁的技術(shù)關(guān)鍵是：
(1)原料的純度，有機醇的純度是制約氧化鋁純度的重要因素，因為選用高純有機醇會造成成本增加，所以生產(chǎn)廠家一般會通過對有機醇進行提純，來降低生產(chǎn)成本。
(2)通過對有機醇鋁的提純，也可增加產(chǎn)品的純度，在230～250℃下，通過精餾塔對有機純鋁進行精餾，有機醇鋁以氣體的形式精餾出來，雜質(zhì)被留在反應(yīng)釜底部，從而提高有機純鋁的純度。
(3)干燥的條件，燒結(jié)溫度的控制及粉碎裝置，生產(chǎn)出的高純氧化鋁的產(chǎn)品的粒度可通過燒結(jié)溫度及干燥條件進行控制，可以通過改進粉碎裝置來提高產(chǎn)品粒度均一性，比如球磨機等[5]。
目前對制備過程中的中間產(chǎn)物（醇鹽）進行純化是提高最終產(chǎn)物的有效手段，常見的除雜純化方法見報道有：螯合蒸餾法、結(jié)晶法、萃取法等等。螯合蒸餾法在純化醇鹽的過程中利用了醇鹽在加熱條件下比較容易分解的特性，該工藝操作方便、節(jié)約時間、效果明顯。結(jié)晶法的過程是將醇鹽溶解在某種有機溶劑中，然后根據(jù)醇鹽在不同溫度條件下的有機溶劑中的溶解度不同，最后通過降溫使金屬醇鹽結(jié)晶出來，該方法與螯合蒸餾法相比有節(jié)約能源、設(shè)備體積小、成本低的優(yōu)點，但是所需時間非常長，很難進行規(guī)�；a(chǎn)。萃取法的主要原理是將金屬醇鹽溶解在有機溶劑中，使得不溶性物質(zhì)沉降到反應(yīng)器底部進而得到比較純凈的物質(zhì)從而來實現(xiàn)醇鹽和雜質(zhì)分離的，這種方法雖然可以彌補一些其它醇鹽的不足之處，但是同樣所需的時間比較長，因此在工業(yè)生產(chǎn)中也不常用到這種方法。一般的除雜方法只能起到初步除雜的目的，但是要制備出高純度的氧化鋁，就必須對高純氧化鋁粉體中的微量元素也要有很好的去除效果[6]。
付高峰[9]等使用鋁含量大于99.9%的鋁片和分析純丙醇制備超細高純氧化鋁，需要恒溫水浴加熱、添加異丙醇和氯化汞作為催化劑，將生成的異丙醇鋁經(jīng)精餾、水解、老化、干燥、煅燒等工藝最終制得產(chǎn)品。
李淑珍[10]采用螯合蒸餾法純化了異丙醇鋁，主要的實驗過程是在鋁和異丙醇的反應(yīng)裝置中加入一種螯合劑，這種螯合劑就會與反應(yīng)體系中的鐵雜質(zhì)形成沸點比較高的螯合物，有了這個特性，那么就可以利用減壓蒸餾的方法使異丙醇鋁和鐵雜質(zhì)元素很好的分離，從而得到純化目的。這種方法可以對鐵的去除有很好的效果，同時流程簡單方便，投入的成本不高。
4 優(yōu)缺點[11]
有機醇鋁鹽水解法是我國生產(chǎn)高純氧化鋁經(jīng)常采用的方法，得到的氧化鋁純度可以達到99.999%，遠高于其它制備方法制備的氧化鋁純度。從有機醇鋁鹽水解法反應(yīng)的方程式可以看出反應(yīng)幾乎不產(chǎn)生任何有害氣體，采用的原料多比較環(huán)保，并且反應(yīng)過程中利用較多的醇還可以進行重復(fù)利用，由此可見，有機醇鋁鹽水解法具有對環(huán)境傷害小、節(jié)省原材料、氧化鋁純度高的優(yōu)點。
但是有機醇鋁鹽水解法中對于去除雜質(zhì)較少時溶液中的雜質(zhì)，操作困難，這是由于這種條件下雜質(zhì)的走向較難掌握。因此，對于蒸餾過程要求嚴格。同時基于水解和焙燒氧化鋁的團聚作用，對于水解和焙燒的條件也有嚴格的要求。但隨著蒸餾過程雜質(zhì)的減少，對雜質(zhì)的走向控制將變得越來越難，因此蒸餾過程的每一步的蒸餾條件都需嚴格控制，增加了操作難度。同時為了避免氧化鋁發(fā)生團聚現(xiàn)在，在水解以及焙燒時，條件的控制也比較嚴格。生產(chǎn)成本相對也較高，這就使得醇鋁水解法的生產(chǎn)成本增加。
5 結(jié)語
醇鋁水解法是生產(chǎn)高純氧化鋁較為先進的方法，得到的氧化鋁純度可以達到99.999%，遠高于其它方法制備的氧化鋁純度。但為了控制團聚現(xiàn)象和雜質(zhì)的出現(xiàn)，反應(yīng)條件需嚴格調(diào)控，導(dǎo)致成本的提高，今后的發(fā)展趨勢是提高除雜效率，改進反應(yīng)條件以降低成本、提高產(chǎn)率。
參考文獻：
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