高纯氧化铝产业化生产工艺现状

高纯氧化铝产业化生产工艺现状
摘要：高纯氧化铝为纯度≥99.99%（4N）的氧化铝粉体，具有普通氧化铝粉
体无法比拟的物理特能，多孔性、高分散性、绝缘性、耐热性等方面特点突出。

本文主要介绍了高纯氧化铝的产业化生产工艺现状，对已实现产业化的各生产工
艺进行了简单的介绍。

关键词：高纯氧化铝；产业化；生产工艺
高纯氧化铝为纯度≥99.99%（4N）的氧化铝粉体，具有普通氧化铝粉体无法
比拟的光、电、磁、热和机械性能，是先进无机非金属材料中的重要分支，是20
世纪以来新材料产业中产量大、产值高、用途广的高端材料产业之一[1]。

不同制
备工艺可得到不同性能的高纯氧化铝以满足不同领域的需求[2]，根据纯度、粒度
等控制指标的不同，高纯氧化铝可广泛应用于高端结构陶瓷、透明陶瓷、CMP精
密抛光、导热材料、人工晶体、锂离子电池陶瓷隔膜及正极材料等高新技术领域。

目前可生产高纯氧化铝的技术路线较多，已经实现产业化的生产技术有：改良拜
耳法、硫酸铝铵法、碳酸铝铵法、有机铝水解法、胆碱法、活性铝粉水解法，现
对已实现产业化的各生产工艺进行简单的介绍。

1 高纯氧化铝产业化生产工艺
1.1 改良拜耳法
1888年，Bayer 发明了由天然铝土矿通过冶金方法制备“普通氧化铝”的方法，对拜耳方法的改进，统称为改良拜耳法[3]。

将铝酸钠溶液进行深度脱硅、除
铁等净化工序得到高纯铝酸钠溶液，采用种分工艺得到高纯氢氧化铝，再经水热
法脱除钠，经过煅烧获得高纯氧化铝粉体。

改良拜耳法产品成本低廉，易于规模
化生产，但产品Na、Si杂质含量较高，纯度较差。

日本轻金属株式会社是改良拜耳法生产高纯氧化铝的代表企业，产品主要用
于蓝宝石、荧光粉、热喷涂材料、工程陶瓷等领域。

另外，中铝山东有限公司现有一条碱法4N高纯氧化铝中试线，规模1000吨/年，该工艺精液纯化工艺与改良拜耳法类似，但其对分解和除钠工艺进行了改进，分解种碳分结合，水热工艺进一步除钠，进一步提高了产品纯度，产品主要用于蓝宝石、红宝石、锂离子电池正极材料等领域。

1.2 硫酸铝铵法
该工艺首先使用硫酸溶解氢氧化铝获得硫酸铝溶液，而后加入硫酸铵获得硫酸铝铵，再经多次结晶提纯后得到高纯硫酸铝铵，最后经焙烧、细磨获得高纯氧化铝粉体。

主要涉及以下反应式：
2Al(OH)
3+3H
2
SO
4
→Al
2
(SO
4
)
3
+6H
2
O
Al
2(SO
4
)
3
+NH
4
SO
4
+24H
2
O→2 NH
4
Al(SO
4
)
2
·12H
2
O
2NH
4Al(SO
4
)
2
·12H
2
O→Al
2
O
3
+2NH
3
↑+4SO
3
↑+25H
2
O
硫酸铝铵法高纯氧化铝具有堆比低、原晶为纳米级的特点，生产工艺比较简单，但生产周期长，存在热溶解现象，热分解反应产生的硫化物污染环境。

法国BAIKOWSKI是硫酸铝铵法生产高纯氧化铝的代表企业，其产品纯度高、
结晶度高、粒度和粒度分布可精准控制、比表面积可调，产品主要用于透明陶瓷、生物陶瓷、晶体抛光、彩色宝石、涂层等领域。

1.3 碳酸铝铵法
硫酸铝铵与碳酸氢铵在液相体系下反应制得碳酸铝铵，再经焙烧后获得高纯
氧化铝粉体。

该工艺包含湿法合成、热分解、转相几个过程，主要涉及以下反应式：
4NH
4HCO
3
+NH
4
Al(SO
4
)
2
→NH
4
AlCO
3
(OH)
2
+2(NH
4
)
2
SO
4
+3CO
2
↑+2H
2
O
2NH
4
AlCO
3
(OH)
2
→Al
2
O
3
+2CO
2
↑+3H
2
O+2 NH
3
↑
该工艺克服了硫酸铝铵法排放硫化物污染环境的缺点。

此外，由于碱式碳酸
铝铵在高温热解时产生的NH
3、H
2
O、CO
2
气体对抑制粒子之间的团聚以及促进晶粒
细化具有显著的作用，因此适合于制备纳米级氧化铝超细粉末。

但其对生产工艺要求严格，技术条件不易控制，杂质的剔除也比较困难，产品以碳酸氢铵和高纯硫酸铝铵为原料，生产成本较高。

日本大明化学工业株式会社是碳酸铝铵法生产高纯氧化铝的代表企业，其TM 系列产品纯度高，粒度纳米级，具有十分优异的低温烧结性能，在1300℃即可达到理论密度，适用于高强度陶瓷材料、精密抛光、电子材料等领域。

1.4 有机铝水解法
有机铝水解主要有醇铝即烷氧基铝水解和烷基铝水解工艺。

首先将铝与醇类或烷类有机物反应生成醇铝或烷基铝，醇铝或烷基铝经水解后获得前驱体，前驱体经焙烧后获得高纯氧化铝产品。

主要涉及以下反应式：
2Al(OR)
3 +6H
2
O→Al
2
O
3
·3H
2
O↓+6ROH
2AlR
3+12H
2
O→Al
2
O
3
·3H
2
O↓+6ROH+3H
2
↑
Al
2O
3
·3H
2
O→无定型Al
2
O
3
→γ- Al
2
O
3
→α-Al
2
O
3
式中Al(OR)
3为醇铝，AlR
3
为烷基铝，R为烷基。

该工艺所得产品平均粒径比其他工艺小，纯度比其他工艺高，产品纯度可达5N级。

但因涉及有机反应体系，相关建设条件较其它工艺要求严苛。

日本住友化学株式会社是有机铝水解法生产高纯氧化铝的代表企业，其AKP 系列产品纯度高、粒度细，粒度分布窄，主要应用于高强度和高密度陶瓷，复合材料，非氧化物系列陶瓷产品的烧结助剂，金属、玻璃、陶瓷等的研磨材料，离子电池隔膜涂层等领域。

1.5 胆碱法
胆碱与铝反应生成胆碱化铝，而后水解生成胆碱和氢氧化铝，再经过滤、洗涤、焙烧、细磨，获得产品。

主要涉及以下反应式：
2Al+6H
2O+2R+OH-→2R+[Al(OH)
4
-]+3H
2
↑
R+[Al(OH)
4-]→Al(OH)
3
↓+2R+OH-
式中：R+OH-为胆碱[(CH
3)
3
N(CH
2
CH
2
OH)]OH。

该工艺反应条件温和，对环境无污染，胆碱可循环使用，成本较低。

胆碱法是河北鹏达新材料科技有限公司（上海铱铭材料科技有限公司）发明的专利技术[1]，与其它工艺产品相比，其产品指标未必是最好的，但其产品价格低，生产量大，具有极高的性价比，主要用于荧光粉领域、特殊陶瓷、催化剂载体等领域。

1.6 活性铝粉水解法
该工艺首先需将金属铝急冷雾化制成活性粉末[1]，活性铝粉与水结合发生激烈反应生成铝的水合物，再经干燥、分散热处理等工序，制得分散性良好的高纯氧化铝。

主要涉及以下反应式：
2Al + 6H
2O→2 Al(OH)
3
↓+ 3H
2
↑
2Al (OH)
3→Al
2
O
3
+ 3H
2
O↑
该工艺过程简单、成本低，但工艺控制要求严格。

该生产过程不具备提纯性，产品纯度只能与高纯铝相近或有不同程度的下降[4]。

2 结论
目前，高端高纯氧化铝生产技术和产品仍被国外企业垄断，国内企业由于粒
度均匀性和纯度控制关键技术未完全掌握，关键装备自动化和精细化程度不高，
导致产品指标稳定性和一致性差，只能生产中低端产品。

随着5G通讯、轨道交
通及航天军工、高端芯片制造等高新技术产业的快速发展，预计未来对高端高纯
氧化铝产品的需求将日益增加，国内企业应重点关注高纯氧化铝产品的质量和装备水平，不断优化和升级现有工艺，在保证纯度的前提下控制粒度大小获得粒度分布均匀的产品，从而占领高端市场，逐渐缩小与国外高纯氧化铝制备技术的差距，打破国外垄断。

参考文献：
[1] 刘建良, 孙加林, 施安,等. 高纯氧化铝制备技术和生产现状[C].中国有色金属学会学术年会. 2005.
[2] 张立生, 李慧, 张汉鑫,等. 高纯氧化铝应用及制备工艺研究进展[J]. 轻金属, 2018, 480(10):18-21.
[3] 路文, 陈廷益. 高纯氧化铝制备方法及应用[J]. 山东化工, 2014,
43(010):51-52.
[4] 韩东战, 尹中林, 王建立. 高纯氧化铝制备技术及应用研究进展[J]. 无机盐工业, 2012, 44(9):1-4.。