氧化鋁的基本知識(shí)
氧化鋁(Al2O3)為一種白色無(wú)定形的粉狀物,屬于兩性氧化物,不溶于水,易溶于強(qiáng)堿和強(qiáng)酸,熔點(diǎn)為2054℃,沸點(diǎn)為2980℃。氧化鋁有很多同質(zhì)異構(gòu)體,不同的制備方法工藝制備出的氧化鋁粉體大不相同。氧化鋁常見的三種晶型為:α-Al2O3、β-Al2O3、γ-Al2O3。
(a)α-Al2O3,三方晶系,在自然界中以剛玉的形式存在,結(jié)構(gòu)緊密,導(dǎo)熱性好,是很穩(wěn)定的晶型,硬度僅次于金剛石和碳化硅;
(b)β-Al2O3,立方尖晶石結(jié)構(gòu),氧離子為面心立方排列,鋁離子填充間隙。β-Al2O3并不是Al2O3的單獨(dú)物質(zhì),而是一種氧化鋁含量很高的多鋁酸鹽礦物;
(c)γ-Al2O3,是無(wú)定形Al2O3向α-Al2O3轉(zhuǎn)變的中間體,為Al2O3的低溫形態(tài)。結(jié)構(gòu)松散、密度小、活性大、易吸水,高溫下不能穩(wěn)定存在,且在自然界中也不存在。
看點(diǎn)02
氧化鋁粉體的應(yīng)用
氧化鋁粉體的產(chǎn)量在世界陶瓷人工粉體總產(chǎn)量中占有大的比重。在氧化鋁粉體的總需求量中,80%以上用于鋁的冶煉,其余的可以直接以氧化鋁粉體的形式作為原料用于生產(chǎn)其他產(chǎn)品。
直接應(yīng)用的氧化鋁粉體主要應(yīng)用于耐火材料、精細(xì)陶瓷、磨料等。純度較高的高純氧化鋁粉體一般用來(lái)制備人工晶體、透明氧化鋁、電子元件等。
而且人工晶體對(duì)高純氧化鋁的質(zhì)量要求非常高,其純度大部分都需要達(dá)到5N,我國(guó)在高純氧化鋁制備方面要比國(guó)外落后很多,質(zhì)量好的粉體,依然依靠進(jìn)口。
看點(diǎn)03
超細(xì)氧化鋁粉體的制備
氧化鋁粉體的制備可以分為:
固相法、氣相法、液相法
1固相法
固相法制備氧化鋁粉體主要是將鋁或者鋁鹽經(jīng)過研磨、煅燒、固相反應(yīng)等直接得到氧化鋁粉體的辦法。
主要包括:機(jī)械粉碎法、燃燒法、熱分解法
機(jī)械粉碎法:是利用球磨機(jī)、行星磨、高能球磨機(jī)等粉碎機(jī)將原料粉碎研磨成超細(xì)粉體的方法。此種方法的操作簡(jiǎn)單、產(chǎn)量高、成本低,但得到的產(chǎn)品在純度、粒度大小、粒徑分布、粒子形貌等方面達(dá)不到要求。
燃燒法:是利用粒度較小的鋁粉在氧氣和丙烷的火焰中燃燒制備超細(xì)氧化鋁粉體的方法。燃燒法的優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)物一點(diǎn)點(diǎn)燃就不在需要額外提供能量,節(jié)能省時(shí),且起火溫度低,不需專門的點(diǎn)火裝置,反應(yīng)速度塊,設(shè)備簡(jiǎn)單。但點(diǎn)火溫度較難控制,產(chǎn)量少,不易大規(guī)模工業(yè)化,且容易形成污染。
熱分解法:是通過添加成型劑及助燃劑等使鋁鹽在高溫下分解成超細(xì)氧化鋁粉體的制備方法。熱分解法的優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單,生產(chǎn)的氧化鋁粉體粒徑易控。但是此法雜質(zhì)除去困難,操作復(fù)雜,不易實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化。
2氣相法
氣相法制備氧化鋁粉體主要是通過氣體或等離子體、電弧加熱等方法將原料變?yōu)闅鈶B(tài),通過化學(xué)反應(yīng)經(jīng)過成核長(zhǎng)大等過程形成產(chǎn)物的方法。
主要包括:氣相水解法、蒸發(fā)冷凝法
氣相水解法:是指把鋁鹽在氫、氧焰中高溫水解,并在氣相中析出超細(xì)氧化鋁的方法,也被稱為火成法。
蒸發(fā)冷凝法:是指在惰性氣體中,把氧化鋁原料加熱氣化后在惰性氣體中再次冷卻結(jié)晶形成超細(xì)粉體的方法。根據(jù)加熱源不同,可將其分為等離子體加熱、電弧加熱、激光加熱等。
3液相法
液相法制備氧化鋁粉體主要是把鋁鹽制備成一定濃度的溶液,然后選擇合適的沉淀劑或者通過蒸發(fā)、水解等方法將金屬離子均勻析出的方法。液相法是實(shí)驗(yàn)室及工業(yè)上普遍應(yīng)用的方法。
主要包括:沉淀法、微乳液法、溶膠凝膠法
沉淀法:是指在原料溶液中加入適當(dāng)?shù)某恋韯乖先芤褐械匿X離子形成沉淀物先驅(qū)體,然后經(jīng)過洗滌、干燥、加熱分解等方法制備超細(xì)氧化鋁粉體的方法。沉淀法可以分為直接沉淀法、均相沉淀法、水解沉淀法等。
例如,以硝酸鋁為原料,加入沉淀劑和表面活性劑,進(jìn)行沉淀反應(yīng),將沉淀進(jìn)行過濾干燥煅燒等得到氧化鋁粉體。反應(yīng)式為:
微乳液法:是指將兩種互不相容的液體,在表面活性劑的作用下形成熱力學(xué)穩(wěn)定、各相同性、外觀半透明狀的微乳液,微乳液的水核相當(dāng)于一個(gè)微型反應(yīng)器,可以制備出超細(xì)的氧化鋁粉體。
溶膠凝膠法:是通過沉淀反應(yīng)生成勃姆石先驅(qū)體,然后將先驅(qū)體洗滌烘干煅燒得到超細(xì)氧化鋁粉體的方法。溶膠凝膠法制備的超細(xì)氧化鋁粉體平均粒度小、粒度分布均勻、純度高、活性高,設(shè)備簡(jiǎn)單、制備工藝可控,溶膠凝膠法是目前制備氧化鋁超細(xì)粉體應(yīng)用至多的一種方法。
反應(yīng)的過程如下所示: