武繼平 國家電投集團山西鋁業(yè)有限公司

據(jù)相關數(shù)據(jù)顯示，我國是全球最大的氧化鋁生產(chǎn)國，中國氧化鋁的產(chǎn)量在2010年占到了全球比重的51.38%。因為氧化鋁具有特殊的物理化學性質，所以，在工業(yè)制造業(yè)中相當重要。生產(chǎn)氧化鋁的過程中，對于雜質并不能完全去除，所以，就需要對氧化鋁中化學元素進行檢測。

一、氧化鋁的基本特性和發(fā)展歷史

（一）氧化鋁的基本特性

氧化鋁，又叫三氧化二鋁，其化學結構式為Al2O3，硬度高，顏色為白色，而且是粉末狀的固體，是鋁和氧的化合物，熔沸點很高，不溶于水，絕緣性好，在工業(yè)上又被稱為礬土。氧化鋁是兩性氧化物，所以能溶于堿性、無機酸溶液中。迄今為止，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了10余種氧化鋁的同質異晶體，這些同質異晶體的性質各不相同。由于氧化鋁容易受潮，所以要密封干燥保存。工業(yè)中生產(chǎn)氧化鋁，一般是從鋁土礦提取，然后分離雜質。鋁土礦的種類很多，所以需要根據(jù)不同的類型來生產(chǎn)，主要生產(chǎn)方法有電熱法、酸法和堿法。

（二）氧化鋁的發(fā)展歷史

據(jù)相關調查數(shù)據(jù)顯示，我國氧化鋁的產(chǎn)量占世界氧化鋁產(chǎn)量的一半還多，并且持續(xù)增長，是氧化鋁的第一生產(chǎn)大國。2018年預計我國氧化鋁的產(chǎn)量將達到七千多萬噸，增幅高達百分之九。目前，我國氧化鋁的產(chǎn)量逐年攀升。而且氧化鋁現(xiàn)在是國際大宗原材料商品，需求量很高，價格也在持續(xù)上漲。當前，我國工業(yè)產(chǎn)業(yè)結構不斷完善，對氧化鋁的需求很大，這些都會促進我國氧化鋁產(chǎn)業(yè)進一步地發(fā)展壯大。

二、氧化鋁的應用范圍

氧化鋁具有硬度高、耐腐蝕、絕緣性好等特點，因此被廣泛應用到工業(yè)和制造業(yè)的各個領域，而且進入到普通百姓的生活中。

（一）應用于陶瓷和復合材料中

高硬度和絕緣材料在日常生活中的需求很大。氧化鋁的硬度很高，所以被應用到陶瓷的生產(chǎn)中，通過加入氧化鋁粉末，可以增加陶瓷的硬度，并且耐磨損。另外還可以使陶瓷的燒結溫度降低，提高了低溫條件下陶瓷的可塑性，這是因為氧化鋁具有很高的超塑性。為了滿足更多的實際需求，就會在合成鍛造材料時，加入氧化鋁粉末，然后合成新的材料，新的材料就可以擁有氧化鋁的部分特性。

（二）應用于表面的防護層材料

氧化鋁薄膜是金屬鋁被氧化后形成的，能夠保護金屬。

經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，氧化鋁薄膜的成分是氧化鋁粒子，而且呈透明狀態(tài)，可以使金屬的硬度、耐腐蝕性提高，還可以防水防塵。在進行工業(yè)生產(chǎn)時，氧化鋁薄膜在材料表面的涂抹，能夠降低機器零件的腐蝕和磨損程度，使產(chǎn)品的使用壽命延長。

（三）應用于吸附和催化材料

工業(yè)生產(chǎn)中，氧化鋁可以被當作催化劑，煉油廠的單質硫就是利用氧化鋁從硫化氫廢氣中轉化而來，還可以幫助醇脫水，形成烯烴。氧化鋁是催化劑載體，比如應用于脫硫和聚合反應。除此之外，氧化鋁粉末大于表面積，所以還可以被用來去除氣體中的水分。

（四）應用于生物和醫(yī)學領域

醫(yī)學和生物領域越來越多的開始使用氧化鋁納米材料，而且應用范圍廣泛，是生命科學中的一項技術創(chuàng)新。由于氧化鋁的抗腐蝕性很強，所以如果氧化鋁生物陶瓷在物理環(huán)境中應用，不會被腐蝕，可以實現(xiàn)與人體結構的相容，并且在多孔的生物陶瓷中新生組織可以很好的生長，提高了和機體組織的結合度，而且磨損率低、摩擦系數(shù)低，所以被應用于醫(yī)學臨床上，主要是用于人工關節(jié)的修復中。

（五）應用于單晶藍寶石

氧化鋁的單晶透波性能極強，基本上能透過所有的光波和可見光，比如，紅外線、紫外線等，是其他產(chǎn)品不能比的。所以，氧化鋁單晶可以滿足不同種類產(chǎn)品復合制造過程的需求，一般是用來制作光電行業(yè)、軍工行業(yè)的窗口材料。而且藍寶石單晶內部構造完美無缺，光源在單晶藍寶石中基本不會發(fā)生散射，不會有強度的損失，是目前透波部件的首選材料。單晶藍寶石的硬度較高，導熱和絕緣性能也極佳，所以經(jīng)常被用在集成電路的襯底中。比如，在超高速集成電路的制作中，被應用于發(fā)光二極管中，可以代替氮化硅。另外，氧化鋁單晶藍寶石，在光學通信導體中的應用是可以用來制作光纖接頭盒。

（六）應用于透明陶瓷

目前，高純度的氧化鋁被用于制作透明陶瓷，而透明陶瓷是制作高壓鈉燈管的首選材料，高壓鈉燈的發(fā)光效率很好，主要是利用鈉蒸汽放電產(chǎn)生光源。但是，高壓鈉燈產(chǎn)生光源的溫度很高，一般的燈管都達不到這種高強度腐蝕的要求，比如，玻璃燈管。但是透明陶瓷材料就能達到這種要求，而且由于氧化鋁的高純度，使得高壓鈉燈的性能得到了充分地發(fā)揮，并且廣泛地被應用到實際生活中。隨著高純度納米氧化鋁的上市，可以制作出性能更好地光學陶瓷，比透明陶瓷的效果更好，所以已經(jīng)被廣泛地應用。

（七）應用于其他領域

首先，高純度的氧化鋁能夠制作發(fā)光材料，比如熒光粉中就含有氧化鋁，而且比傳統(tǒng)的熒光粉發(fā)光效果好。其次，氧化鋁還可被用在精密拋光工業(yè)中，雜質的含量會在拋光后降低，顆粒更細小，能達到很高的光澤度和拋光效果，所以可以在有鏡面效果需求的半導體材料中應用，而且很少會有缺陷。另外，氧化鋁被應用于鋰電池的制作中，主要是用作陶瓷涂層，首先選取高純度的氧化鋁，然后和其他材料調配成涂層漿料，然后在電池正負極隔膜上涂刷，從而減少因為過高的電池溫度而造成的短路情況。這主要是利用了氧化鋁耐高溫、絕緣的特點，實現(xiàn)了鋰電池工藝的創(chuàng)新和使用壽命的延長，而且還減少能源的浪費。除此之外，氧化鋁還被應用于涂料中，通過高純度納米氧化鋁的加入，能形成網(wǎng)狀結構的保護膜，硬度很高而且細膩，能夠保護油漆表層下的漆層，還不會影響油漆的透明度。氧化鋁的加入，可以使涂料的耐刮性和耐磨性增強，因此經(jīng)常被應用到汽車油漆的制作中。氧化鋁還被應用于玻璃行業(yè)中，還因為強度和硬度高，在研磨切削行業(yè)和防彈材料中廣泛應用。最后，含氟水中的除氟也會使用氧化鋁，主要是把氧化鋁制作成為吸附劑，然后完成含氟水的除氟。

三、氧化鋁的應用受自身質量指標影響

據(jù)相關調查數(shù)據(jù)顯示，氧化鋁的質量指標會影響到它的應用效果。比如，氧化鋁的粒度分布不一樣，應用的行業(yè)也不一樣。陶瓷材料中使用的是3N的氧化鋁粉體，熒光粉中使用的是4N的氧化鋁粉體，而且是高純度的。另外，氧化鋁中所含雜質的數(shù)量也會影響到它的應用，比如，氧化鈉的含量可以影響到產(chǎn)品的絕緣性能和機械強度。如果氧化鈉的含量高，那么就會減弱產(chǎn)品的強度和絕緣性能。氧化鋁中氧化鐵和二氧化硅的含量高，就會減弱陶瓷材料的性能。除此之外，水分的含量也會影響到氧化鋁的應用和產(chǎn)品品質。

四、檢測氧化鋁中化學元素的方法

（一）使用原子吸收光譜法（AA）進行檢測

原子吸收光譜法是常用的氧化鋁化學元素檢測方法，這種檢測方法通過原子吸收光譜儀來分析化學元素，原理就是分離出需要檢測的元素，然后定量分析基態(tài)原子產(chǎn)生的特性輻射線，從而確定所檢測元素的成分，而且還可以同時使用微量測定方式。原子吸收光譜法檢測氧化鋁元素的準確度和精確度都很高。

（二）使用分光光度計法進行檢測

分光光度計法也是比較常用的氧化鋁化學元素檢測方法，工作原理根據(jù)元素的吸光性能，然后分析計算后續(xù)的數(shù)據(jù)，最后推算出氧化鋁化學元素的成分。分光光度計法分辨率比較高，比較穩(wěn)定，而且應用范圍廣?，F(xiàn)在有很多項目都是使用分光光度計法，比如五氧化二磷的測定使用的是鉬藍分光光度法，二氧化硅的測定則使用的是鉬藍光度法。

（三）使用火焰原子吸收光譜法進行檢測

這種檢測方法比較復雜，主要是通過火焰原子吸收光譜法定量分析待檢測化學元素吸收特征輻射線的程度，最終確定氧化鋁化學元素的成分，常量分析和微量測定都可以做。這種檢測方法要求實驗試劑的純度較高，而且有難度，但是檢測結果可靠。一般用來檢測氧化鋁中的其他氧化物，例如氧化鎂、氧化鈣和氧化錳等。

（四）使用電感耦合等離子體光譜法（ICP-AES）進行檢測

電感耦合等離子光譜法，一般是應用于同步測定多個元素。優(yōu)勢在于簡便、快速、具有很高的靈敏度。具體的檢測步驟是，首先是先溶解待檢測化學元素，溶解的方法有：第一，在聚四氟乙烯密封容器中加入鹽酸，并且保持恒溫，然后放入檢測樣品進行溶解。第二，使用高溫高壓的微波消解系統(tǒng)對檢測樣品進行溶解。之后，把溶液放入電感耦合等離子體光譜儀，然后對溶液使用離子體光源，完成激發(fā)，最后通過光譜測定成分。重點是溶解化學元素的酸會影響到檢測結果，所以對酸的要求比較苛刻。

（五）使用電感耦合等離子質譜法（ICP-MS）進行檢測

這種檢測方法是電感耦合等離子體光譜法的升級版。工作原理是，先對化學元素進行溶解，之后霧化，然后在等離子體光源中放置，隨后通過高溫使之汽化，再對離子化的氣體進行分離，最后，通過離子的譜峰強度完成成分的測定。這種方法的優(yōu)點是，檢測元素不受限制，包括對純度很高的氧化鋁進行檢測，并且檢測結果比較精確。

（六）使用輝光放電質譜法（GD-MS）進行檢測

輝光放電質譜法是一種新型的氧化鋁化學元素檢測方法。需要使用輝光放電源，主要是串聯(lián)質譜儀和離子源，然后通過相關技術分析測定氧化鋁中化學元素的成分。這種檢測方法比較高效，而且操作簡單，所以現(xiàn)在得到了廣泛的應用。

五、結語

綜上所述，本文主要對氧化鋁進行了概述，介紹了氧化鋁目前的應用范圍以及檢測氧化鋁中化學元素的具體方法。