醇铝水解法制备高纯氧化铝研究进展

中国粉体网讯  高纯氧化铝一般是指纯度大于99.99%的颗粒超细的氧化铝粉体，高纯氧化铝粉其独特的物理、化学、电学、光学、热学和机械性能，使它具有耐高温、耐化学腐蚀、耐骤冷骤热，不易炸裂等优良特性，是LED用蓝宝石基底、人工晶体、锂电池隔膜涂层、三基色荧光粉、等离子体显示材料、长余辉荧光粉、高压钠灯的透明氧化铝陶瓷管、高精度研磨材料及人工关节和骨骼、红外吸收和发热粉等高技术新材料领域最为关键的基础材料^[1,2]。

高纯氧化铝的制备条件和制备方法对于制备出的氧化铝纯度的高低，颗粒度是否均一，是否具有易烧结的特性等均起着决定性的作用，因此，研究高纯氧化铝的制备工艺具有重要的意义。传统的拜耳法所得氧化铝纯度低难以满足不断增长的工业需求，目前，常用的工艺有改良拜耳法、无机铝盐热分解法、醇铝水解法、水热合成法等，其中醇铝水解法可制备出纯度高、粒径小的高纯氧化铝粉体，且生产过程无污染，从而备受关注^[3,4]。

2 原理^[5,6]

醇盐水解法是实质上是单质金属与有机物的反应过程，反应生成了醇盐和氢气。将醇盐经过水解可以制备高纯氧化铝的前驱体——水合氧化铝，水合氧化铝经过高温煅烧就得到高纯氧化铝了。反应物中的醇可以是异丙醇、异辛醇等等，以异丙醇为例，反应式如下：

2Al+6(CH₃)₂CHOH→2Al(OC₃H₇)₃+3H₂

Al(OC₃H₇)₃+3H₂O→Al(OH)₃+3(CH₃)₂CHOH

2Al(OH)₃→Al₂O₃+3H₂O

纪洪波等^[7]利用此法使用异辛醇与铝反应得到三异辛醇氧基铝，经水解、干燥、焙烧后制得高纯氧化铝。实验表明采用异辛醇反应较快且易回收，三异辛醇氧基铝易提纯，所得产物催化性能良好。薛涛等^[8]利用此法以氯化铝为原料，将其加入到适量苯和无水乙醇中，氯化铝溶解后通入氨气直至pH为8，过虑后铝醇盐经水解、焙烧制得高纯氧化铝。检测表明所得粒径为25nm左右且晶粒均匀，晶核生长完好，纯度高。要考虑到加入何种醇能使操作安全方便易控制，反应迅速，而且产物有利于提纯除杂，现在主要是用异丙醇铝水解来制备高纯氧化铝。

3 技术关键点

利用醇铝水解法制备高纯氧化铝的技术关键是：

(1)原料的纯度，有机醇的纯度是制约氧化铝纯度的重要因素，因为选用高纯有机醇会造成成本增加，所以生产厂家一般会通过对有机醇进行提纯，来降低生产成本。

(2)通过对有机醇铝的提纯，也可增加产品的纯度，在230～250℃下，通过精馏塔对有机纯铝进行精馏，有机醇铝以气体的形式精馏出来，杂质被留在反应釜底部，从而提高有机纯铝的纯度。

(3)干燥的条件，烧结温度的控制及粉碎装置，生产出的高纯氧化铝的产品的粒度可通过烧结温度及干燥条件进行控制，可以通过改进粉碎装置来提高产品粒度均一性，比如球磨机等^[5]。

目前对制备过程中的中间产物（醇盐）进行纯化是提高最终产物的有效手段，常见的除杂纯化方法见报道有：螯合蒸馏法、结晶法、萃取法等等。螯合蒸馏法在纯化醇盐的过程中利用了醇盐在加热条件下比较容易分解的特性，该工艺操作方便、节约时间、效果明显。结晶法的过程是将醇盐溶解在某种有机溶剂中，然后根据醇盐在不同温度条件下的有机溶剂中的溶解度不同，最后通过降温使金属醇盐结晶出来，该方法与螯合蒸馏法相比有节约能源、设备体积小、成本低的优点，但是所需时间非常长，很难进行规模化生产。萃取法的主要原理是将金属醇盐溶解在有机溶剂中，使得不溶性物质沉降到反应器底部进而得到比较纯净的物质从而来实现醇盐和杂质分离的，这种方法虽然可以弥补一些其它醇盐的不足之处，但是同样所需的时间比较长，因此在工业生产中也不常用到这种方法。一般的除杂方法只能起到初步除杂的目的，但是要制备出高纯度的氧化铝，就必须对高纯氧化铝粉体中的微量元素也要有很好的去除效果^[6]。

付高峰^[9]等使用铝含量大于99.9%的铝片和分析纯丙醇制备超细高纯氧化铝，需要恒温水浴加热、添加异丙醇和氯化汞作为催化剂，将生成的异丙醇铝经精馏、水解、老化、干燥、煅烧等工艺最终制得产品。

李淑珍^[10]采用螯合蒸馏法纯化了异丙醇铝，主要的实验过程是在铝和异丙醇的反应装置中加入一种螯合剂，这种螯合剂就会与反应体系中的铁杂质形成沸点比较高的螯合物，有了这个特性，那么就可以利用减压蒸馏的方法使异丙醇铝和铁杂质元素很好的分离，从而得到纯化目的。这种方法可以对铁的去除有很好的效果，同时流程简单方便，投入的成本不高。

4 优缺点^[11]

有机醇铝盐水解法是我国生产高纯氧化铝经常采用的方法，得到的氧化铝纯度可以达到99.999%，远高于其它制备方法制备的氧化铝纯度。从有机醇铝盐水解法反应的方程式可以看出反应几乎不产生任何有害气体，采用的原料多比较环保，并且反应过程中利用较多的醇还可以进行重复利用，由此可见，有机醇铝盐水解法具有对环境伤害小、节省原材料、氧化铝纯度高的优点。

但是有机醇铝盐水解法中对于去除杂质较少时溶液中的杂质，操作困难，这是由于这种条件下杂质的走向较难掌握。因此，对于蒸馏过程要求严格。同时基于水解和焙烧氧化铝的团聚作用，对于水解和焙烧的条件也有严格的要求。但随着蒸馏过程杂质的减少，对杂质的走向控制将变得越来越难，因此蒸馏过程的每一步的蒸馏条件都需严格控制，增加了操作难度。同时为了避免氧化铝发生团聚现在，在水解以及焙烧时，条件的控制也比较严格。生产成本相对也较高，这就使得醇铝水解法的生产成本增加。

5 结语

醇铝水解法是生产高纯氧化铝较为先进的方法，得到的氧化铝纯度可以达到99.999%，远高于其它方法制备的氧化铝纯度。但为了控制团聚现象和杂质的出现，反应条件需严格调控，导致成本的提高，今后的发展趋势是提高除杂效率，改进反应条件以降低成本、提高产率。

参考文献：

[1]熊锐.醇铝法制备高纯Al₂O₃及纯化技术研究[D].贵州师范大学,2016.

[2]昝超,唐发满,李增荣,李积升.直接水解法生产高纯氧化铝工艺研究[J].化学工程师,2021,35(08):67-69.

[3]张一雯.高纯氧化铝制备方法和生产现状研究[J].世界有色金属,2017,(12):24-26.

[4]张立生,李慧,张汉鑫,梁精龙.高纯氧化铝应用及制备工艺研究进展[J].轻金属,2018,(10):18-21.

[5]路文,陈廷益.高纯氧化铝制备方法及应用[J].山东化工,2014,43(10):51-52.

[6]张英.醇铝水解法制备高纯氧化铝的实验室研究[D].贵州大学,2015.

[7]纪洪波，许学翔，张林，等.高纯氧化铝的制备工艺.化工进展，2006，25(6):712-713．

[8]薛涛，李侠，何力，等.醇盐水解法制备纳米α-Al₂O₃粉体[J].化工新型材料，2006，34(11):53-55．

[9]付高峰，毕诗文.超细氧化铝粉末制备技术[J].有色矿冶，2000（1）：39-41.

[10]李淑珍.高纯异丙醇铝的制备及其在发光材料中的应用[D].大连:大连理工大学硕士论文,2004.

[11]张成荣,范秀丽,刘奎.高纯氧化铝制备技术及应用研究进展[J].世界有色金属,2016,(23):166-167.

（中国粉体网编辑整理/山川）

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