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一般来说，只有纯度大于99.99%的氧化铝才会被称为高纯氧化铝。当氧化铝的纯度达到一定程度时，会具有比普通氧化铝更加优越的性能，例如卓越的硬度、优秀的电绝缘性、超级耐磨损性和高耐腐蚀性等。
氧化铝粉体
在高纯氧化铝市场，中端市场的门槛在于纯度能否达到99.99%以上，高端市场则在高纯度的基础上更要求产品粒径处于纳米级且分布均一，这意味着高端市场的技术壁垒更高，需要企业同时具有制备和分散技术，并有能力进行严格的过程管理。
目前可生产高纯氧化铝的技术路线较多，主要路线可包括无机铝盐热分解法、醇盐水解法、直接水解法、改良拜耳法等。每种技术各有长短，也被不同的企业所应用。今天我们就来了解一下，日本住友化学、法国BAIKOWSKI、日本大明化学、日本轻金属等知名企业它们都更钟意哪些生产路线。
根据原料的不同，无机铝盐热分解法可分为硫酸铝铵热解法和碳酸铝铵热解法。
①硫酸铝铵热解法是先将硫酸和氢氧化铝进行中和反应制备出硫酸铝溶液，然后在严格控制溶液pH值和反应温度的条件下，加入硫酸铵充分反应制得硫酸铝铵，经多次重结晶精制以除去杂质后，制备出硫酸铝铵晶体，最后将硫酸铝铵晶体进行高温煅烧即可生成高纯氧化铝产品。
该法主要优点在于其原料来源广泛，可以使用含铝矿物、含铝粉煤灰或者其他含铝废液，原材料成本较低且酸可以循环利用，工艺较为简单。然而该方法存在生产周期较长，酸性溶液对设备的腐蚀现象明显，且在制备过程中产生的NH3、SO3会对环境造成严重污染，要严格进行尾气处理。
硫酸铝铵热解工艺是法国BAIKOWSKI的三种技术路线之一，其法国标准系列产品采用的正是这种工艺。在此基础上，BAIKOWSKI也有对工艺过程做一定改进，使粉体具有更好的结晶度和颗粒均一性。
BAIKOWSKI法国高结晶度系列产品BMA15
②碳酸铝铵热解法是为了避免硫酸铝铵热解法存在的环境污染问题而被研究者发明的改良工艺，将碳酸氢铵与精制硫酸铝铵按一定比例进行合成反应，生成碱式碳酸铝铵，然后将高纯碱式碳酸铝铵高温煅烧，即可生成高纯氧化铝产品。
这种制备方法虽然克服了硫酸铝铵热解法排放NH3、SO3污染环境的缺点，减少了尾气的排放，但使生产周期延长，增加了生产成本。
目前日本大明化学采用的正是碳酸铝铵热解法。根据其官网介绍，目前其在售高纯氧化铝产品分为两种，一是TAIMICRON（タイミクロン），被认为是日本大明化学多年铝化合物合成技术的结晶，是高纯度的超微细氧化铝粉体；二是低温烧结氧化铝（低温焼結性アルミナ），是一次粒子形成的微细的单粒子化，在1300℃以下的温度中烧结形成的致密的高纯度a-氧化铝粉体。
醇铝水解法是利用催化剂作用下，使有机醇和金属铝发生反应，除杂后添加水发生水解反应生成氢氧化铝，最后经焙烧和洗涤除杂后获得高纯氧化铝产品的一种工艺。
醇铝水解法制备高纯氧化铝工艺具有反应速度快，醇原材料可重复利用、产品纯度高，反应过程几乎不产生有害气体等优点。但是，醇铝水解法采用高纯铝作为反应原料，这就无形之中增加了成本。同时，对于杂质的去除也存在一定难度。
目前使用醇铝水解法的国外代表企业是日本住友化学以及德国Sasol。其中住友是市场份额最大的企业，占据全球高端市场60%的份额，他们通过醇铝水解工艺生产的高级氧化铝是α-氧化铝单晶，具有精确控制的粒度分布和近似球形的多面体形状。
住友化学高纯氧化铝粉体SEM图
而Sasol则以CERALOX 商标生产高纯度和超高纯度氧化铝，纯度高达99.999%，可作为自由流动的粉末、颗粒、球体和高密度球团应用于各种应用中作为优秀的起始材料，如蓝宝石晶体生长等。
传统拜耳法在制备高纯氧化铝时存在一些难题，包括固废产生量、铝土矿沉积物分布不均，Na、Si、Ca、Fe等杂质较难去除，这些降低了拜耳法生产的氧化铝的总纯度。改良拜耳法是在传统的拜耳法制备氧化铝的基础上，利用各种除杂手段，制备出高纯氢氧化铝，煅烧后可得高纯氧化铝。
该技术采用最传统的工艺，路线相对较为成熟，成本低，过程无污染，但生产率低，产品纯度低，烧结密度低，烧结温度高。
该法也是法国BAIKOWSKI的技术路线之一，主要用于其美国系列产品。从它的官网可以看到，改良拜耳法主要用于制作3N高纯氧化铝系列产品，具有粉体纯度高，粒度分布窄，批次稳定性好等优点。
BAIKOWSKI官网产品页截图
另外日本轻金属也是使用这种工艺。他们通过煅烧使用拜耳法制备的高纯氢氧化铝（下图左）生产高纯氧化铝（下图右），具有化学稳定、熔点高、机械强度高、硬度高、电绝缘电阻高、导热性好等优点。
日本轻金属使用拜耳法制作的高纯氢氧化铝及氧化铝粉体
直接水解法是将金属铝预制成活性粉末，然后以Al-H2O为反应体系激活其水解反应并使反应维持，水解后的产物经焙烧制得高纯超细氧化铝粉体。
与传统方法相比，该工艺具有工艺流程简单、无环境污染、成本低等优势。但是对工艺控制较为严苛，生产过程不具有提纯性，高纯氧化铝纯度完全取决于高纯铝原料的纯度。
直接水解法是法国BAIKOWSKI美国系列产品的第二种技术路线。从下图其官网截图可看出，这种工艺被用于制作其4N高纯氧化铝系列产品，可用于半透明多晶氧化铝陶瓷、电子结构陶瓷件、生物陶瓷、LED灯用荧光粉涂层添加剂的制作。
BAIKOWSKI官网产品页截图
盐酸浸出法是将高岭土直接氯化浸出并进行纯化/结晶，接着进行常规热处理和机械加工而获得高纯氧化铝的一种工艺。
这种工艺可以说是为杂质含量低，氧化铝含量高的高岭土矿量身定制。据使用这项技术的公司称，这项技术由于使用高品质高岭土代替昂贵的铝金属作为原料，因此生产高纯度氧化铝只有后者的三分之一。另外这种处理技术的主要优点是酸的回收简单，可在工艺前端重复使用，从而降低运营成本。
Altech是世界上首批公开报告直接为矿石原料生产4N的公司之一，他们的盐酸工艺可严格地控制产品特性，例如纯度、尺寸、晶体结构，最终生产包括α氧化铝、γ氧化铝等产品。据悉，这家公司除了在西澳大利亚Meckering拥有100%的高岭土矿床外，同时还持有Kerrigan矿床 100%的股权，该矿床拥有高质量、近地表和大体积的高岭土矿床。
Kerrigan高岭土项目位置
以上就是目前高纯氧化铝粉体生产的几种主要路线。理论上，以上方法至少都能生产出LED 衬底级别的高纯氧化铝，但要做出精度高且稳定的产品，除了成熟的技术以外，过程管理也很关键。
4月17-19日，由粉体圈主办的“2023年全国氧化铝粉体与制品创新发展论坛（第七届）”将在无锡举办，如果您也想对高纯氧化铝的制备技工艺作更多了解或分享见识，欢迎前来与我们一同探讨！
资料来源：
张玮琦,范瑞成. 高纯氧化铝制备技术进展[J]. 辽宁化工,2023,52(1):113-116. DOI:10.3969/j.issn.1004-0935.2023.01.029.
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