高純氧化鋁是現代工業生產中一種重要的化工材料，具有普通氧化鋁所不具備的優越的光、熱、磁以及機械性能，被廣泛用于制作集成電路基板、透明高壓鈉燈管、三基色熒光粉、功能單晶、精密儀表和航空功能器件。不過，由于氧化鋁生產原料一般是從鋁土礦中提煉制得，存在Na₂O、Fe₂O₃、SiO₂、CaO、MgO等雜質，直接影響其物理和化學性能，因此對高純氧化鋁進行除雜十分必要。以下小編就為大家簡單闡述下針對幾種不同元素的雜質控制方法。

雜質Na₂O的控制

目前氧化鋁的工業生產大都使用堿法工藝生產，引入了較多的Na₂O雜質，其含量可高達0.5%或以上，是氧化鋁中的最主要雜質。

氧化鋁制備中最常用的堿法工藝——拜耳法

在氧化鋁高溫（1400℃）煅燒過程中，由于Na₂O將會與Al₂O₃反應形成高溫穩定、結構疏松、具有高電導率的高鋁酸鈉化合物（Na₂O·11Al₂O₃），即通常所說的β-Al₂O₃，不僅大大降低了α-Al₂O₃的轉化速度及轉化率，使氧化鋁的晶粒變粗，比表面積減少，晶形也不規則，影響陶瓷的致密度，還會影響陶瓷基板的電性能，降低耐火度，因此，在一些與電氣性能有關的領域，比如電子基板、電子導熱硅膠、絕緣填料、電池材料等，氧化鋁微粉必須選用低鈉系列，即Na₂O含量必須小于0.03%。

氧化鋁陶瓷基板

由于氫氧化鋁產品是制備氧化鋁的中間原料，要減少氧化鋁中的Na₂O雜質，最有效的方法就是去除氫氧化鋁中的Na₂O雜質。在氫氧化鋁中Na₂O有３種存在形式：一是附著于氧化鋁表面的附著堿，其去除一般通過酸洗除鈉等工藝即可除去；二是硅酸鈉結合堿，其量取決于原液的SiO₂含量和分解時SiO₂的析出量，因此主要通過脫硅提純來降低其生成；三是存在最多的晶格堿，其形成主要是因為Na⁺取代了氫氧化鋁晶格中的氫，或氫氧化鋁挾帶的母液進入結晶集合體的空隙中。這種晶格堿無法用水直接洗去，難以去除，因此需要通過控制鋁酸鈉分解過程，如控制分解溫度、分解時間等，以獲取結晶度更高的氫氧化鋁原料，一般情況下，分解初溫越高，分解時間越長，氫氧化鋁結晶越完善，氫氧化鋁中氧化鈉含量越低。

鋁酸鈉分解方程式

雜質Si的控制

在氧化鋁生產過程中鋁酸鈉溶液的硅量指數不僅會影響硅酸鈉結合堿（即Na₂O雜質）的含量，還會生成莫來石（3Al₂O₃·2SiO₂）次級晶相，使主晶相α-Al₂O₃含量減少，進而影響氧化鋁粉體及制品的性能。

Si的性質不活潑，較難去除，不過可將粉煤灰等原料與氫氧化鈉溶液混合反應進行預脫Si，其原理是使大量的非晶態SiO2，以及少量非晶態Al2O3與堿發生反應，生成硅酸鈉與偏鋁酸鈉，溶于溶液體系，而大量的晶態Al2O3則不發生反應，以固態的形式存在于料漿中，之后將溶液過濾即可實現硅的脫除。

預脫硅的原理

除了對原料進行預脫硅之外，在生產過程中，還需對鋁酸鈉溶液雜質Si雜質的脫除進行進一步的除雜，賴浚等對高純氧化鋁制備過程中的鋁酸鈉溶液雜質Si的脫除進行了研究，用氧化鈣作脫硅劑，使之與水反應生成氫氧化鈣，氫氧化鈣再和鋁酸鈉反應生成鋁酸三鈣，硅酸根離子再和鋁酸三鈣反應生成難溶的水化石榴石，最終以沉淀形式析出，脫Si率可達到98%，不過這種方式引入了鈣離子，之后需要通過草酸將帶入的鈣離子進行脫除。

雜質Fe的控制

通常來說，除了原料本身攜帶外，氧化鋁中的微細弱磁性鐵雜質還會在生產過程中通過設備、管路或以其它方式混入到產品中，造成鐵含量偏高。對于鐵含量高的氧化鋁粉體，最直觀的表現就是其顯色性。鐵含量越高，氧化鋁粉體顏色越深：Fe離子含量在500PPM就會顯黃色，再高的就會顯灰色甚至是黑色。若制成陶瓷制品，則會產生亮斑、暗斑、色差等問題，更重要的是，鐵雜質的存在還會影響特陶的介電性能，對電子陶瓷的擊穿強度、絕緣電阻、耐電壓性能都有很大的影響，因此對氧化鋁的Fe雜質含量進行控制十分必要。

存在暗斑 的氧化鋁陶瓷基板

目前氧化鋁的除鐵方式主要有化學除鐵和電磁除鐵兩種工藝：

化學除鐵工藝（酸洗）是利用酸的腐蝕性直接將單質Fe變成離子Fe⁺，溶解到水溶液中，從而實現分離。但酸洗工藝涉及到硫酸、鹽酸等強酸的使用，對設備的防腐要求較高，而且還涉及到廢水處理、物料固液分離、干燥等工序，會增加大量的生產成本。因此，采用電磁除鐵器進行物理除鐵的方式開始逐漸興起。

電磁除鐵是利用電磁原理，線圈通電后除鐵器內導磁介質即被磁化，物料通過導磁介質時，物料中的鐵等金屬粉末及其氧化物就會吸附在導磁介質上，當線圈斷電后，磁性物由于消磁而脫落。由于電磁除鐵磁場強度較高，可達30000GS左右，器除鐵效果非常明顯，可達PPM級別，同時還具有易于實現機械化和自動化除鐵的優勢。

全自動濕法電磁除鐵器 來源：唐山世邦陶瓷設備有限公司

小結

隨著國內高新技術產業的不斷發展，對高純氧化鋁雜質控制要求越來越高，當前，針對Na₂O、Fe₂O₃、SiO₂等雜質都有了相應的除雜工藝和措施。不過由于目前這些工藝都較為繁瑣復雜，后續還需要不斷地進行優化和改進，進一步提高高純氧化鋁的生產量。

參考文章：

1、李自鵬,姚金宏,李守用.精細氧化鋁除鐵工藝及應用.唐山世邦陶瓷設備有限公司

2、王曉慧. 采用硫酸鋁銨制備高純氧化鋁的工藝研究[D].北京化工大學.

3、趙端霞,馮延磊.降低氧化鋁產品氧化鈉含量的探討[J].化工管理.

4、杜艷霞,王宏賓.粉煤灰預脫硅堿石灰燒結法提取氧化鋁工藝技術[J/OL].礦產綜合利用.

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