【摘要】綜述國內(nèi)外高純氧化鋁的開發(fā)動(dòng)向，介紹銨明礬熱解法、碳酸銨鋁石熱解法、有機(jī)鋁水解熱解法、拜耳法等工藝和應(yīng)用，介紹有機(jī)鋁水解制備亞微米高純氧化鋁特色，該工藝中需用的醇可從醇鋁水解中回收，并可作重復(fù)使用，得到α-Al₂O₃具有高松密度和相對(duì)均勻的粒度，平均粒徑0.5-0.06μm，純度99.99%。

【關(guān)鍵詞】拜耳 銨明礬 碳酸銨鋁石 有機(jī)鋁水解 氧化鋁 亞微米

【前言】亞微細(xì)高純氧化鋁因其粒度細(xì)、純度高、易燒結(jié)成堅(jiān)硬高檔物體，廣泛用于電子工業(yè)陶瓷基片、高壓鈉燈管、特殊陶瓷、磨料、刀具等器材上，價(jià)格昂貴。亞微細(xì)高純氧化鋁國內(nèi)外均有報(bào)道，其制造方法有銨明礬熱解法、碳酸銨鋁石熱解法、有機(jī)鋁水解熱解法，放電火花法和拜耳法等。我所對(duì)易工業(yè)化的前三種方法進(jìn)行幾十年的試驗(yàn)和投產(chǎn)，其中銨明礬和碳酸銨鋁石熱解法因環(huán)境污染或成本問題被迫停產(chǎn)。上世紀(jì)80年代末開始采用有機(jī)鋁，實(shí)用乙醇鋁、異丙醇鋁為原料進(jìn)行水解熱解試驗(yàn)，中試和試生產(chǎn)試驗(yàn)單采用異丙醇鋁為原料，上級(jí)下達(dá)的該三個(gè)試驗(yàn)課題均通過鑒定，均肯定研究成果的工藝技術(shù)先進(jìn)，屬高新技術(shù)，具有國際水平，自2000年建廠以來持續(xù)生產(chǎn)至今，現(xiàn)正在浙江臺(tái)州地區(qū)興建一座占地面積三十畝地的生產(chǎn)基地，準(zhǔn)備擴(kuò)大生產(chǎn)。

【試驗(yàn)部分】：

1、試驗(yàn)原料由本所合成的高純異丙醇鋁或乙醇鋁為主要原料，水解溶液用去離子水與化學(xué)純的異丙醇或乙醇為原料。

2、分析測試儀器用日本島津公司的ICPE-9000全譜直讀型電感耦合等離子發(fā)射光譜儀、美國康塔公司的NOVAl000e型比表面積和孔徑分析儀，2HF-02型質(zhì)譜化WFX-ID型原子吸收分光光度計(jì)SP-2305型氣相色譜儀JEM-200CX型透射電子顯微鏡和XDT-10型電子顯微鏡RAX-10型x射線衍射儀LCT-2型差熱分析儀。

3、簡單工藝流程如下（圖1）：

4、水解焙燒反應(yīng)式（如下）：

【結(jié)果與討論】多次循環(huán)水解與焙燒的結(jié)果統(tǒng)計(jì)，得出Al₂O₃的平均產(chǎn)率97.5%，回收無水異丙醇含水量0.25%左右，宜作高純異丙醇鋁的合成原料，回收含水的異丙醇含水量均為11.7%左右，符合作下次水解的循環(huán)液，異丙醇回收率80.1%。

氧化鋁中雜質(zhì)測定：水解所采用異丙醇鋁的純度對(duì)焙燒后α-Al₂O₃純度影響列于表1。

表1說明，經(jīng)多次蒸餾比一次蒸餾制取的醇鋁做為水解原料所獲α-Al₂O₃純度較高。

表2說明，水解每次回收液作下一次水解用液，初次水解經(jīng)過5次循環(huán)水解后再進(jìn)行第6次循環(huán)水水解，所得α-Al₂O₃的純度與初次水解結(jié)果差不多，Al₂O₃對(duì)于Si、Na、Mg、Cu、Fe五種雜質(zhì)必須嚴(yán)格控制，近年來采用檢出限低、準(zhǔn)確度高的ICP-AES電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀控制分析以上五種雜質(zhì)，產(chǎn)品合格：例舉為下：2012，2，24測γ-Al₂O₃

Si Fe Na Mg Cu

27 17 4 4 7

2012.2.27測α-Al₂O₃

40 20 10 6 5

氧化鋁物理性能測定：圖2為水解反應(yīng)的熱分折曲線，由圖可見，100℃時(shí)出現(xiàn)的吸熱效應(yīng)為吸附水脫除造成，457℃前后出現(xiàn)的吸熱效應(yīng)區(qū)為水合氧化鋁中結(jié)構(gòu)水逐步排除而后轉(zhuǎn)變成無定形Al₂O₃，1251℃呈現(xiàn)的熱效應(yīng)與相變?yōu)棣?Al₂O₃有關(guān)，由熱重曲線可知，500℃已失去大部分結(jié)構(gòu)水，升溫至1300℃總失重為15.2%，由此計(jì)算推斷及脫水吸熱效應(yīng)區(qū)來判斷，水解產(chǎn)物的水合氧化鋁化學(xué)式為AIO（OH）和Al₂O₃·H₂O，升溫焙燒過程中的相變?yōu)椋海ㄈ缦拢?/p>

Al₂O₃晶型測試說明：提高焙燒溫度和延長焙燒時(shí)間有利于制備高含量Al₂O₃。表3列出不同條件下制得氧化鋁的粒徑。

對(duì)γ-Al₂O₃和α-Al₂O₃抽樣測試其物理性能，結(jié)果如下：

γ-Al₂O₃真比重3.334g/cm³、比表面積214m²/g、孔體積1.188cc/g，孔直徑6.3nm；α-Al₂O₃真比重3.854g/cm³、比表面積9.246m²/g、散裝密度O.9g/cm³，粒徑分布0.1-0.5μm和0.030.09μm，α晶型，以上性能對(duì)加工二次制品較好。尤其在做氮化鋁廠家反映其燒結(jié)溫度大幅度降低。

圖3為不同條件所得氧化鋁電鏡照片，參見表3。

從照片看出，α-Al₂O₃產(chǎn)品粒子外表形狀為球形或土豆形，γ-Al₂O₃粒子外貌為針狀柱形，其粒徑接近納米范圍。

表4列出國外報(bào)道的各法與本法α-Al₂O₃物理性能。

由表4可知，本法與日本有機(jī)鋁水解法相當(dāng)，比其他法佳。

結(jié)語：本法所得α-Al₂O₃，粒度一般在0.1-0.5μm，嚴(yán)格控制條件還可更小，可達(dá)0.1-0.5μm細(xì)度的亞微米范圍，粒度還未分級(jí)，希望進(jìn)一步試驗(yàn)在采用xOH溶劑攪拌沉降分離以分離出更小粒徑群體，純度已達(dá)≥99.99%尚未達(dá)到5N級(jí)，展望將來，試驗(yàn)或車間設(shè)高潔凈的空氣凈化密閉裝置和采用多次蒸餾得到更高純的醇鋁為水解原料，爭取產(chǎn)品達(dá)到5N級(jí)水平。