一般來說，只有純度大于99.99%的氧化鋁才會被稱為高純氧化鋁。當氧化鋁的純度達到一定程度時，會具有比普通氧化鋁更加優越的性能，例如卓越的硬度、優秀的電絕緣性、超級耐磨損性和高耐腐蝕性等。

氧化鋁粉體

在高純氧化鋁市場，中端市場的門檻在于純度能否達到99.99%以上，高端市場則在高純度的基礎上更要求產品粒徑處于納米級且分布均一，這意味著高端市場的技術壁壘更高，需要企業同時具有制備和分散技術，并有能力進行嚴格的過程管理。

目前可生產高純氧化鋁的技術路線較多，主要路線可包括無機鋁鹽熱分解法、醇鹽水解法、直接水解法、改良拜耳法等。每種技術各有長短，也被不同的企業所應用。今天我們就來了解一下，日本住友化學、法國 BAIKOWSKI、日本大明化學、日本輕金屬等知名企業它們都更鐘意哪些生產路線。

1、無機鋁鹽熱分解法

根據原料的不同，無機鋁鹽熱分解法可分為硫酸鋁銨熱解法和碳酸鋁銨熱解法。

①硫酸鋁銨熱解法是先將硫酸和氫氧化鋁進行中和反應制備出硫酸鋁溶液，然后在嚴格控制溶液pH值和反應溫度的條件下，加入硫酸銨充分反應制得硫酸鋁銨，經多次重結晶精制以除去雜質后，制備出硫酸鋁銨晶體，最后將硫酸鋁銨晶體進行高溫煅燒即可生成高純氧化鋁產品。

該法主要優點在于其原料來源廣泛，可以使用含鋁礦物、含鋁粉煤灰或者其他含鋁廢液，原材料成本較低且酸可以循環利用，工藝較為簡單。然而該方法存在生產周期較長，酸性溶液對設備的腐蝕現象明顯，且在制備過程中產生的 NH₃、SO₃會對環境造成嚴重污染，要嚴格進行尾氣處理。

硫酸鋁銨熱解工藝是法國BAIKOWSKI的三種技術路線之一，其法國標準系列產品采用的正是這種工藝。在此基礎上，BAIKOWSKI也有對工藝過程做一定改進，使粉體具有更好的結晶度和顆粒均一性。

BAIKOWSKI法國高結晶度系列產品BMA15

②碳酸鋁銨熱解法是為了避免硫酸鋁銨熱解法存在的環境污染問題而被研究者發明的改良工藝，將碳酸氫銨與精制硫酸鋁銨按一定比例進行合成反應，生成堿式碳酸鋁銨，然后將高純堿式碳酸鋁銨高溫煅燒，即可生成高純氧化鋁產品。

這種制備方法雖然克服了硫酸鋁銨熱解法排放NH₃、SO₃污染環境的缺點，減少了尾氣的排放，但使生產周期延長，增加了生產成本。

目前日本大明化學采用的正是碳酸鋁銨熱解法。根據其官網介紹，目前其在售高純氧化鋁產品分為兩種，一是TAIMICRON（タイミクロン），被認為是日本大明化學多年鋁化合物合成技術的結晶，是高純度的超微細氧化鋁粉體；二是低溫燒結氧化鋁（低溫焼結性アルミナ），是一次粒子形成的微細的單粒子化，在1300℃以下的溫度中燒結形成的致密的高純度a-氧化鋁粉體。

大明化學TAIMICRON產品技術路線圖

2、醇鋁水解法

醇鋁水解法是利用催化劑作用下，使有機醇和金屬鋁發生反應，除雜后添加水發生水解反應生成氫氧化鋁，最后經焙燒和洗滌除雜后獲得高純氧化鋁產品的一種工藝。

醇鋁水解法制備高純氧化鋁工藝具有反應速度快，醇原材料可重復利用、產品純度高，反應過程幾乎不產生有害氣體等優點。但是，醇鋁水解法采用高純鋁作為反應原料，這就無形之中增加了成本。同時，對于雜質的去除也存在一定難度。

目前使用醇鋁水解法的國外代表企業是日本住友化學以及德國Sasol。其中住友是市場份額最大的企業，占據全球高端市場60%的份額，他們通過醇鋁水解工藝生產的高級氧化鋁是α-氧化鋁單晶，具有精確控制的粒度分布和近似球形的多面體形狀。

住友化學高純氧化鋁粉體SEM圖

而Sasol則以 CERALOX 商標生產高純度和超高純度氧化鋁，純度高達 99.999%，可作為自由流動的粉末、顆粒、球體和高密度球團應用于各種應用中作為優秀的起始材料，如藍寶石晶體生長等。

3、改良拜耳法

傳統拜耳法在制備高純氧化鋁時存在一些難題，包括固廢產生量、鋁土礦沉積物分布不均，Na、Si、Ca、Fe 等雜質較難去除，這些降低了拜耳法生產的氧化鋁的總純度。改良拜耳法是在傳統的拜耳法制備氧化鋁的基礎上，利用各種除雜手段，制備出高純氫氧化鋁，煅燒后可得高純氧化鋁。

該技術采用最傳統的工藝，路線相對較為成熟，成本低，過程無污染，但生產率低，產品純度低，燒結密度低，燒結溫度高。

該法也是法國BAIKOWSKI的技術路線之一，主要用于其美國系列產品。從它的官網可以看到，改良拜耳法主要用于制作3N高純氧化鋁系列產品，具有粉體純度高，粒度分布窄，批次穩定性好等優點。

BAIKOWSKI官網產品頁截圖

另外日本輕金屬也是使用這種工藝。他們通過煅燒使用拜耳法制備的高純氫氧化鋁（下圖左）生產高純氧化鋁（下圖右），具有化學穩定、熔點高、機械強度高、硬度高、電絕緣電阻高、導熱性好等優點。

日本輕金屬使用拜耳法制作的高純氫氧化鋁及氧化鋁粉體

4、直接水解法

直接水解法是將金屬鋁預制成活性粉末，然后以 Al-H₂O 為反應體系激活其水解反應并使反應維持，水解后的產物經焙燒制得高純超細氧化鋁粉體。

與傳統方法相比，該工藝具有工藝流程簡單、無環境污染、成本低等優勢。但是對工藝控制較為嚴苛，生產過程不具有提純性，高純氧化鋁純度完全取決于高純鋁原料的純度。

直接水解法是法國 BAIKOWSKI美國系列產品的第二種技術路線。從下圖其官網截圖可看出，這種工藝被用于制作其4N高純氧化鋁系列產品，可用于半透明多晶氧化鋁陶瓷、電子結構陶瓷件、生物陶瓷、LED燈用熒光粉涂層添加劑的制作。

BAIKOWSKI官網產品頁截圖

5、鹽酸浸出法

鹽酸浸出法是將高嶺土直接氯化浸出并進行純化/結晶，接著進行常規熱處理和機械加工而獲得高純氧化鋁的一種工藝。

這種工藝可以說是為雜質含量低，氧化鋁含量高的高嶺土礦量身定制。據使用這項技術的公司稱，這項技術由于使用高品質高嶺土代替昂貴的鋁金屬作為原料，因此生產高純度氧化鋁只有后者的三分之一。另外這種處理技術的主要優點是酸的回收簡單，可在工藝前端重復使用，從而降低運營成本。

Altech是世界上首批公開報告直接為礦石原料生產 4N 的公司之一，他們的鹽酸工藝可嚴格地控制產品特性，例如純度、尺寸、晶體結構，最終生產包括α氧化鋁、γ氧化鋁等產品。據悉，這家公司除了在西澳大利亞 Meckering擁有100%的高嶺土礦床外，同時還持有Kerrigan 礦床 100% 的股權，該礦床擁有高質量、近地表和大體積的高嶺土礦床。

Kerrigan高嶺土項目位置

總結

以上就是目前高純氧化鋁粉體生產的幾種主要路線。理論上，以上方法至少都能生產出 LED 襯底級別的高純氧化鋁，但要做出精度高且穩定的產品，除了成熟的技術以外，過程管理也很關鍵。

4月17-19日，由粉體圈主辦的“2023年全國氧化鋁粉體與制品創新發展論壇（第七屆）”將在無錫舉辦，如果您也想對高純氧化鋁的制備技工藝作更多了解或分享見識，歡迎前來與我們一同探討！

資料來源：

1、張瑋琦,范瑞成. 高純氧化鋁制備技術進展[J]. 遼寧化工,2023,52(1):113-116. DOI:10.3969/j.issn.1004-0935.2023.01.029.

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