高純氧化鋁是指純度大于99.99%，且粒度均勻的超微粉體材料。它具有高硬度、高強(qiáng)度、抗磨損、耐腐蝕、耐高溫、抗氧化、絕緣性好、熱膨脹系數(shù)小、抗熱震性能好、介電損耗低等優(yōu)異的特性，廣泛應(yīng)用于絕緣材料、電子產(chǎn)品、耐磨耐腐蝕材料及航空航天材料等高科技尖端行業(yè)。目前，高純氧化鋁粉體制備方法主要有熱解法、有機(jī)鋁醇鹽水解法、溶膠－凝膠法和鹽酸氨水法等。我國(guó)氧化鋁產(chǎn)品以工業(yè)氧化鋁為主，高純、超細(xì)氧化鋁的生產(chǎn)尚未達(dá)到產(chǎn)業(yè)化水平，產(chǎn)品主要依賴進(jìn)口。隨著國(guó)內(nèi)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，高品質(zhì)、多品種氧化鋁的需求不斷增加。因此，研究生產(chǎn)高品質(zhì)氧化鋁的前景看好。

1、熱解法

熱解法分為硫酸鋁銨熱解法和硫酸鋁銨熱分解法。

（1）硫酸鋁銨熱解法首先以溶解H2SO4溶解Al（OH）3制得AL2（SO4）3溶液，加入（NH4）2 SO4反應(yīng)得到NH4 Al（SO4）2，在脫水爐中將NH4 Al（SO4）2脫水后再在高溫爐中熱分解得到AL2O3，其反應(yīng)方程式如下所示：

硫酸鋁銨熱分解法生產(chǎn)氧化鋁具有操作穩(wěn)定、產(chǎn)品純度高、氧化鋁比表面大等特點(diǎn)，且生產(chǎn)的超微粉一次粒子較細(xì)、團(tuán)聚較輕。但在生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)環(huán)境影響較大，會(huì)產(chǎn)生大量含SO2、SO3和NH3的廢氣。由于該生產(chǎn)過(guò)程程序復(fù)雜， 環(huán)境污染嚴(yán)重， 其生產(chǎn)工藝正逐漸被淘汰。

（2）碳酸鋁銨熱解法是目前高純氧化鋁粉工業(yè)生產(chǎn)中主要應(yīng)用技術(shù)，其原理是：在反應(yīng)溫度35℃時(shí)，碳酸氫銨與硫酸鋁銨按物質(zhì)的量比1：（10～15）合成碳酸鋁銨，碳酸鋁銨經(jīng)熱分解可制得純度大于99.99%、平均粒度為0.35μm、 比表面積為10ｍ2/ｇ的高純?chǔ)?Al2O3粉末。其化學(xué)反應(yīng)方程式如下所示：

碳酸鋁銨熱解法雖克服了污染SO2 和SO3， 但所得粉體粒度及團(tuán)聚較硫酸鋁銨熱解法差， 而且生產(chǎn)流程長(zhǎng)、 成本高； 碳酸鋁銨熱解法的關(guān)鍵在于堿式碳酸鋁銨的合成過(guò)程， 它直接影響高純超細(xì)氧化鋁與其燒成品的性能和質(zhì)量。

2、有機(jī)鋁醇鹽水解法

有機(jī)鋁醇鹽水解法也是國(guó)內(nèi)批量生產(chǎn)高純氧化鋁的主要應(yīng)用工藝。它的工藝方法是將金屬鋁與有機(jī)醇反應(yīng)制得前驅(qū)體金屬醇，前驅(qū)體金屬醇鹽溶解在水或有機(jī)溶劑中形成均勻的溶液并發(fā)生水解（醇解）反應(yīng)；水解產(chǎn)物縮聚成1nm左右的溶膠粒子后，進(jìn)一步聚集成凝膠，再將凝膠干燥、煅燒，最后得到無(wú)機(jī)納米粒子。有機(jī)鋁醇鹽水解和縮聚反應(yīng)式如下：

該方法優(yōu)點(diǎn)是可以制得一次粒子較細(xì)的超微Al2O3，并且減少了環(huán)境污染，缺點(diǎn)是其團(tuán)聚嚴(yán)重，且生產(chǎn)本成較高。

3、溶膠-凝膠（Sol-gel）法

溶膠-凝膠法的工藝原理是：首先無(wú)機(jī)鹽或金屬醇鹽經(jīng)水解直接聚合形成溶膠，再加入水將溶膠凝膠化，干燥后高溫煅燒處理，最后得到高純氧化鋁粉。其水解、聚合反應(yīng)式如下：

溶膠-凝膠法是在較低溫度下制備高純度氧化鋁粉體的重要手段之一，其缺點(diǎn)是制備過(guò)程中的出現(xiàn)硬團(tuán)聚現(xiàn)象，這需要添加表面活性劑來(lái)抑制團(tuán)聚體的產(chǎn)生。如果采用原料為鋁鹽，在反應(yīng)過(guò)程中及煅燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生腐蝕性氣體，污染環(huán)境；若采用原料為有機(jī)醇鹽，則存在成本高、活性強(qiáng)不易存儲(chǔ)的缺點(diǎn)。

4、鹽酸氨水法

鹽酸氨水法制備高純氧化鋁粉是將工業(yè)氫氧化鋁或偏鋁酸鈉與鹽酸于密封的反應(yīng)槽內(nèi)反應(yīng)，得到三氯化鋁溶液；三氯化鋁溶液過(guò)濾后，經(jīng)蒸發(fā)、結(jié)晶生成了六水三氯化鋁晶體；六水三氯化鋁晶體在氯化氫氣體的保護(hù)下高溫脫水，得到無(wú)水三氯化鋁粉末；三氯化鋁粉末在真空爐內(nèi)進(jìn)行升華提純，得到純度超過(guò)99.999%的三氯化鋁；高純?nèi)然X溶于氨水溶液，經(jīng)過(guò)濃縮、結(jié)晶、過(guò)濾、干燥后得到了高純氫氧化鋁晶體；氫氧化鋁晶體經(jīng)過(guò)高溫煅燒后生成了純度為99.993%、平均粒徑0.3μm、比表面積為21ｍ2/ｇ的高純?chǔ)?Al2O3粉末。鹽酸氨水法制備α-Al2O3粉末的工藝流程如下圖1所示：

圖1  制備α-Al2O3粉末的工藝流程圖

其反應(yīng)化學(xué)式如下：

通過(guò)對(duì)比上述方法可知， 相對(duì)于鹽酸氨水法，目前國(guó)內(nèi)高純氧化鋁主要生產(chǎn)方法熱分解法和有機(jī)鋁醇鹽水解法存在著工藝復(fù)雜、技術(shù)條件不易控制、 成本較高且污染嚴(yán)重等缺點(diǎn)。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，高純氧化鋁的需求量將會(huì)不斷提高， 同時(shí)對(duì)生產(chǎn)中的環(huán)境要求也會(huì)越來(lái)越高，綠色高效的鹽酸氨水法制備高純氧化鋁的生產(chǎn)工藝將會(huì)得到廣泛應(yīng)用。

投稿作者：李波濤