醇鋁水解法制備高純氧化鋁工藝的論析

王 歡

(大連海藍(lán)光電材料有限公司)

醇鋁水解法制備高純氧化鋁工藝的論析

王 歡

(大連海藍(lán)光電材料有限公司)

高純氧化鋁作為一種特殊的功能材料具有很好的物理化學(xué)性質(zhì)，因而被廣泛應(yīng)用于機(jī)械、電子、冶金、化工以及國(guó)防航天等重要的尖端高科技領(lǐng)域。本文主要介紹醇鹽水解法制備高純氧化鋁的主要工藝，并分析該工藝的優(yōu)缺點(diǎn)，最后對(duì)高純氧化鋁的應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。

醇鹽水解法 高純氧化鋁 功能材料 提純工藝

1、高純氧化鋁概述

高純氧化鋁這種具有優(yōu)良理化性質(zhì)的精細(xì)化工產(chǎn)品，在國(guó)內(nèi)外發(fā)展速度相對(duì)較快。高純氧化鋁因其具有較高的純度、均勻細(xì)小的粒度，較大的比表面積和很好的熱穩(wěn)定性、力學(xué)性能而被廣泛應(yīng)用到許多高尖端科技領(lǐng)域，例如：高級(jí)陶瓷材料、催化劑、生物醫(yī)療、防護(hù)材料、半導(dǎo)體材料等等諸多領(lǐng)域。高純氧化鋁中的痕量雜質(zhì)元素大多以氧化物的形式存在于氧化鋁中，例如：Fe、Ca、Mg、Cr、Si、Na等等。而雜質(zhì)元素的存在會(huì)嚴(yán)重影響高純氧化鋁的物化性質(zhì)，如：鐵雜質(zhì)元素的存在會(huì)使用氧化鋁制備的發(fā)光材料的發(fā)光性能下降，鈉和硅會(huì)分別導(dǎo)致氧化鋁燒結(jié)瓷體介質(zhì)損耗和燒結(jié)性能下降，以及氧化鎂和氧化鈣含量增多會(huì)使氧化鋁減少等等，從而使高純氧化鋁無(wú)論是在使用范圍還是使用環(huán)境方面大大受限。因此，高純氧化鋁的提純工藝成為各國(guó)科研工作者奮發(fā)努力的新目標(biāo)。

2、高純氧化鋁的純化工藝

目前高純氧化鋁主流生產(chǎn)的技術(shù)有醇鹽水解法、硫酸鋁銨熱解法和碳酸鋁銨熱解法，所以這三種方法的純化工藝相對(duì)來(lái)說(shuō)比較成熟，其他方法要么處于中試階段，要么處于研究開發(fā)階段，再或者國(guó)外有用該方法，而國(guó)內(nèi)限于技術(shù)條件或者硬件設(shè)施等原因，還沒(méi)用到該種方法。不同的純化工藝都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，對(duì)各種純化工藝進(jìn)行集中比較分析有利于純化技術(shù)的優(yōu)化升級(jí)。

2.1 硫酸鋁銨熱解法制備高純氧化鋁的純化工藝

硫酸鋁銨熱解法需先用硫酸溶解氫氧化鋁制得硫酸鋁溶液，之后往溶液中加入硫酸銨與之反應(yīng)制得銨明釩，再根據(jù)純度要求多次重結(jié)晶得到精制銨明釩。一般采用絡(luò)合和吸附的方法去除高純氧化鋁前驅(qū)體中的雜質(zhì)元素。雖然絡(luò)合和吸附方法對(duì)于去除高純氧化鋁前驅(qū)體中的雜質(zhì)起到了一定作用，但是對(duì)于微量元素雜質(zhì)的去除率則不是很大，相反可能還會(huì)引入新的雜質(zhì)。然后將得到的精制銨明釩在1250℃下分解制得氧化鋁粉。

該方法雖然工藝較為簡(jiǎn)單，成本也相對(duì)較低，但是，其生產(chǎn)周期長(zhǎng)，存在熱溶解現(xiàn)象，且分解過(guò)程中產(chǎn)生的SO3、NH3會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染，因此該方法正被逐漸淘汰。

它的缺點(diǎn)就是金屬鐵、鎳、鈦、鋯等離子以及鹵素元素難以去除，純度最多可以達(dá)到4N，基本已經(jīng)極限了；從純度上說(shuō)，它的缺陷很大，無(wú)法拿來(lái)做大尺寸藍(lán)寶石晶體，無(wú)法滿足高端要求。

2.2 碳酸鋁銨熱解法制備高純氧化鋁的純化工藝

碳酸鋁銨熱解法制備高純氧化鋁是在硫酸鋁銨熱解法的基礎(chǔ)改進(jìn)而來(lái)的，碳酸鋁銨熱解法中所用到的原料有硫酸鋁和碳酸氫銨等等，因而在純化除雜方面可以借鑒一下硫酸鋁銨熱解法中的一些工藝，將硫酸鋁和碳酸氫銨預(yù)處理，得到精制的原材料，這為后續(xù)的提純減小了壓力。

2.3 醇鋁水解法

醇鋁水解法，是通過(guò)將鋁和異丙醇加催化劑合成、提純、水解和焙燒等工藝，制得高純超細(xì)氧化鋁粉體。提純又分蒸餾和精餾， 蒸餾的純度比精餾的低一些。

首先將鋁片加入異丙醇中反應(yīng)生成異丙醇鋁，然后異丙鋁經(jīng)過(guò)蒸餾、精餾提純，水解生成水合氧化鋁，水合氧化鋁加熱分解得到氧化鋁。此方法生產(chǎn)的氧化鋁純度可達(dá)5N，甚至可達(dá)6N。

一般對(duì)于醇鹽的除雜純化方法有很多，例如：減壓蒸餾法、結(jié)晶法、萃取法等等。減壓蒸餾法利用了金屬醇鹽沸點(diǎn)在加熱條件下又很容易分解的特點(diǎn)，從而來(lái)實(shí)現(xiàn)純化醇鹽，因?yàn)槠洳僮骱?jiǎn)單，耗時(shí)少，見(jiàn)效快，所以在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。結(jié)晶法的過(guò)程是將醇鹽溶解在某種有機(jī)溶劑中，然后根據(jù)醇鹽在不同溫度條件下的有機(jī)溶劑中的溶解度不同，最后通過(guò)降溫使金屬醇鹽結(jié)晶出來(lái)。這種方法相對(duì)于減壓蒸餾來(lái)說(shuō)有能耗低，設(shè)備體積小，造價(jià)不高的優(yōu)點(diǎn)，但是由于非常耗時(shí)，所以很難在工業(yè)生產(chǎn)中推廣。萃取法的主要原理是將金屬醇鹽溶解在有機(jī)溶劑中，使得不溶性物質(zhì)沉降到反應(yīng)器底部進(jìn)而得到比較純凈的物質(zhì)從而來(lái)實(shí)現(xiàn)醇鹽和雜質(zhì)分離的，這種方法主要可以彌補(bǔ)異辛醇鋁等醇鹽不能被減壓蒸餾的特點(diǎn)，由于該方法同樣耗時(shí)因而也不能在工業(yè)生產(chǎn)中批量生產(chǎn)。一般的純化方法，在一定程度上能為純化醇鋁起到初步除雜的目的，但是要獲得高純氧化鋁，就必須對(duì)微量的雜質(zhì)元素也能有很好的除去效果。

高純氧化鋁粉雜質(zhì)含量ICP檢測(cè)結(jié)果

上表為本公司用醇鹽水解法制備的高純氧化鋁ICP檢測(cè)結(jié)果，從該結(jié)果可以看出，醇鹽水解法制備的高純氧化鋁中雜質(zhì)含量低，且產(chǎn)品狀態(tài)比較穩(wěn)定。適合藍(lán)寶石晶體、LED襯底的生產(chǎn)。

目前日本和美國(guó)用于LED藍(lán)寶石長(zhǎng)晶行業(yè)的高純度氧化鋁，主要采取這種工藝生產(chǎn)，這種工藝比較復(fù)雜。和其他工藝相比，這種工藝的主要優(yōu)點(diǎn)是：

1）高純鋁和醇類反應(yīng)速度快，不需要加工成粉末或箔片，避免加工過(guò)程中帶入金屬雜質(zhì)。

2）反應(yīng)得到的異丙醇鋁可以通過(guò)精餾，以氣態(tài)的形式收集高純異丙醇鋁，有效去除鐵、鈦、鎳、鋯、鉛、鎂等金屬雜質(zhì)。 冷凝下來(lái)的高純異丙醇鋁還可以再次提純，除去游離金屬雜質(zhì)鉀，鈉，鋅等。這個(gè)是其他工藝沒(méi)法做到的。

這種方法生產(chǎn)的氧化鋁粉體純度高、粒徑小，該工藝對(duì)產(chǎn)品的純度可控性強(qiáng)，能滿足藍(lán)寶石長(zhǎng)晶的要求。

這個(gè)工藝要用到醇，而且需要高溫，高壓，產(chǎn)品成本也高，但是由于這個(gè)工藝生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品純度高，只有具有此純度的氧化鋁長(zhǎng)出的藍(lán)寶石晶體，才能達(dá)到LED襯底的要求。所以世界上做高品質(zhì)5N氧化鋁廠家都選擇了醇鹽水解法。

[1]朱永璋,蔣明學(xué),馮秀梅,安兆盈.火花放電法制備高純氧化鋁粉末[J].有色金屬.2011(02)

[2]路文,陳廷益.高純氧化鋁制備方法及應(yīng)用[J].山東化工.2014(10)

[3]武文煥,馮怡利,李建強(qiáng),張樹云.制取超細(xì)氫氧化鋁阻燃劑的研究[J].有色冶金節(jié)能.2014(06)

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1007-6344（2015）05-0296-01