敘述高純氧化鋁的制備方法

結(jié)晶熱解法

1、硫酸鋁銨結(jié)晶熱解法

硫酸鋁銨法應(yīng)用較廣，其產(chǎn)品活性好，粒度均勻。精制過的硫酸鋁在硫酸銨體系下進(jìn)行結(jié)晶，在多次重結(jié)晶過程中硫酸鋁銨被提純，最終將提純后的硫酸鋁銨熱解制得氧化鋁粉體。王守平等采用分段式硫酸鋁銨熱解法制備高純氧化鋁，所得產(chǎn)品為分散性良好的類球形高純氧化鋁，粒徑200~300nm，有利于后續(xù)生產(chǎn)利用。該法的工藝簡單、成本低、粉體質(zhì)量高且易于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)，但過程中易出現(xiàn)熱溶解現(xiàn)象，對于鉀、鈣、鹵素等雜質(zhì)的去除困難。

此外，熱分解過程中產(chǎn)生的氨氣和硫氧化物造成環(huán)境污染，是限制其發(fā)展的主要因素。對此，殷永泉等對硫酸鋁銨熱解產(chǎn)生的廢氣進(jìn)行吸收、中和、濃縮處理生產(chǎn)硫酸銨，可實(shí)現(xiàn)氧化鋁生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性。

2、碳酸鋁銨結(jié)晶熱解法

對于硫酸鋁銨法的完善和改進(jìn)研究是多年來人們所關(guān)注的點(diǎn)。基于硫酸鋁銨法改進(jìn)后的碳酸鋁銨結(jié)晶熱解法一定程度上控制了空氣污染問題，在目前的工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用較多，將提純后的硫酸鋁銨與碳酸氫銨反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為碳酸鋁銨，避免了后續(xù)熱解產(chǎn)生硫氧化物氣體。與硫酸鋁銨法相比，碳酸鋁銨法的產(chǎn)品粉體粒度分布不均勻，有團(tuán)聚現(xiàn)象產(chǎn)生，生產(chǎn)成本也較高。林元華等研究表明反應(yīng)物濃度、溶液pH和添加劑等因素均會(huì)影響產(chǎn)品純度和粉體質(zhì)量。生產(chǎn)過程中需要嚴(yán)格控制各參數(shù)及反應(yīng)條件。

水解法

1、醇鋁水解法

醇鋁水解法在催化劑體系下，有機(jī)醇和金屬鋁反應(yīng)生成醇鋁溶液，然后進(jìn)行水解，所得高純氫氧化鋁燒結(jié)后得到高純氧化鋁。針對該方法，保證氧化鋁品質(zhì)的技術(shù)關(guān)鍵有以下三點(diǎn)：一、保障原料純度；二、醇鋁的進(jìn)一步精餾提純，除去高熔點(diǎn)雜質(zhì)；三、醇鋁的干燥、燒結(jié)條件和粉體制備裝置調(diào)控粉體的粒度。付高峰等使用鋁含量大于99.9%的鋁片和分析純丙醇制備超細(xì)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，工藝環(huán)節(jié)多。該法環(huán)境友好，對所得氧化鋁的純度高，但高純度的有機(jī)醇前驅(qū)體造成生產(chǎn)成本高、工藝復(fù)雜、純度難控制。

2、直接活化水解法

氯化汞活化水解法，使用氯化汞將鋁片或鋁屑活化，然后置于1%濃度的硫酸鋁溶液中水解，將所得氫氧化鋁溶膠高溫干燥后得到凝膠，進(jìn)一步高溫處理制得氧化鋁粉體。該工藝的重點(diǎn)在于鋁的活化水解，要保證原料為高純度的鋁薄片，若水解不充分，產(chǎn)品中殘留有單質(zhì)鋁，過程中引入的汞處理不好會(huì)污染環(huán)境，水解時(shí)產(chǎn)生的氫氣排放也要考慮安全因素。高純鋁活化水解法生產(chǎn)周期短，所得氧化鋁粉體可提高透明陶瓷的透過率和耐腐蝕性，但對原料金屬鋁的純度要求較高，需要嚴(yán)格的過程控制以保證產(chǎn)品純度，其苛刻的水解條件以及環(huán)保問題使該法僅限于實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用。

3、改良拜耳法

改良拜耳法將數(shù)次脫硅、除鐵后的偏鋁酸鈉溶液析出氫氧化鋁，在高溫條件下焙燒得到所需晶型

的高純氧化鋁，溶液凈化除雜和結(jié)晶過程均會(huì)對最終產(chǎn)品的純度和粉體質(zhì)量產(chǎn)生影響，是該法的關(guān)鍵。唐海紅等為避免溶液凈化過程中鋁損失，探索采用鋁酸鋇對鋁酸鈉溶液進(jìn)行深度凈化。

此外，該法應(yīng)注意對鈉的脫除，在焙燒時(shí)添加礦化劑或在氫氧化鋁水熱轉(zhuǎn)相時(shí)添加脫鈉劑均是有效的除鈉手段。結(jié)晶過程中溶液過飽和度、結(jié)晶溫度、晶種大小等參數(shù)直接影響氧化鋁的純度及粉體質(zhì)量，通過準(zhǔn)確的控制反應(yīng)條件，使結(jié)晶過程緩慢地進(jìn)行，避免異常晶核的形成，有利于減少Na、Si等雜質(zhì)的夾雜。該工藝成本低，原料來源廣，但過程復(fù)雜，焙燒溫度高，產(chǎn)品獲得率低，純度也相對較低。

4、溶膠凝膠法

溶膠凝膠法是一種低溫制備高純氧化鋁的重要方法。將高純度的鋁鹽在高純度的無機(jī)鹽或有機(jī)酸中水解生成水合物前驅(qū)體透明溶膠，然后將溶膠聚合凝膠化得到透明凝膠，凝膠進(jìn)一步高溫加熱得高純氧化鋁。徐三魁等用高純硝酸鋁在氨水體系下形成水合物前驅(qū)體制備溶膠，在凝膠化階段投入高純氧化鋁晶種，使用三氟化鋁作為添加劑，在較低溫度下制得高純納米氧化鋁。

5、水熱合成法

水熱合成法對產(chǎn)品的純度和粒度控制容易，利用水溶液作為反應(yīng)體系，通過加熱加壓增大前驅(qū)體的溶解度，高純鋁與水蒸氣作用直接水解為氫氧化鋁，在降溫的過程中析出氧化鋁，避免氫氧化鋁煅燒產(chǎn)生硬團(tuán)聚，再經(jīng)干燥、煅燒等工序即可制得氧化鋁粉體。

Deng等首先在室溫下將NaOH溶于氨水，再緩慢加入氯化鋁制得乳白色絮狀前驅(qū)體，然后使用水熱合成法，通過調(diào)整溶液pH值制得一水軟鋁石納米粉體。該法的缺點(diǎn)是設(shè)備投資大，高溫高壓具有一定的危險(xiǎn)，氫氧化鋁轉(zhuǎn)化為氧化鋁的效率低，通常需要添加晶種降低相轉(zhuǎn)變溫度。

6、沉淀法

沉淀法分為三類：直接沉淀法得到的產(chǎn)品粒度不均勻，分散性差；均勻沉淀法團(tuán)聚少、反應(yīng)速度可控性好；共沉淀法作用于混合后的溶液，各組分混合沉淀。肖勁等將硫酸鋁霧化于沉淀劑碳酸銨溶液中，添加分散劑，應(yīng)用沉淀-正丁醇共沸蒸餾法制備優(yōu)質(zhì)類球形超細(xì)α-氧化鋁粉體。