各顯神通的精細(xì)氧化鋁

蘇更林

鋁作為地殼中含量最為豐富的金屬元素，在今天具有非凡的應(yīng)用價(jià)值。氧化鋁是一種高硬度的化合物，主要用作金屬鋁的生產(chǎn)原料，因此被稱為冶金級(jí)氧化鋁。世界上大約有90%以上的氧化鋁都屬于冶金級(jí)氧化鋁。那剩下的大約10%的氧化鋁去哪兒了？這就是我們要說(shuō)的精細(xì)氧化鋁產(chǎn)業(yè)。所謂精細(xì)氧化鋁，指的是除冶金用途的氧化鋁之外的特種氧化鋁、氫氧化鋁以及含鋁化合物的總稱。精細(xì)氧化鋁在國(guó)外被稱為非冶金級(jí)氧化鋁，在中國(guó)又被稱為特種氧化鋁、多品種氧化鋁或化學(xué)品氧化鋁。

在全球范圍內(nèi)，精細(xì)氧化鋁擁有100多年的歷史，具有技術(shù)含量高、應(yīng)用領(lǐng)域廣、附加值高、環(huán)境友好等特點(diǎn)，在航空航天、耐火材料、陶瓷、磨料、石油、化工、電子、塑料橡膠、建筑材料以及激光材料等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。

精細(xì)氧化鋁有多少種

如今，精細(xì)氧化鋁已成為一個(gè)方興未艾的產(chǎn)業(yè)，在世界范圍內(nèi)推出的產(chǎn)品多達(dá)400多個(gè)。根據(jù)我國(guó)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，按照化學(xué)組成的不同，精細(xì)氧化鋁產(chǎn)品可分為氫氧化鋁系列、特種氧化鋁系列、擬薄水鋁石系列、沸石系列以及鋁鹽系列五大類。氫氧化鋁系列包括普通氫氧化鋁和特種氫氧化鋁產(chǎn)品。特種氧化鋁系列包括活性氧化鋁、煅燒氧化鋁、板狀剛玉、高純氧化鋁、電工氧化鋁等。擬薄水鋁石又名一水合氧化鋁，不僅可用作催化劑載體、催化劑以及吸附劑，還可用作生產(chǎn)催化劑載體、活性氧化鋁及其他鋁鹽的原料。至于沸石，則為一種網(wǎng)狀的含水鋁硅酸鹽礦物，具有多孔性結(jié)構(gòu)，可廣泛用作吸附劑、離子交換劑和催化劑，也可用于氣體的干燥、凈化和污水處理等。所謂鋁鹽系列，一般包括鋁酸鈣水泥、硫酸鋁、聚合氯化鋁、鋁酸鈉等含鋁的化合物。

為什么同是氧化鋁卻有如此多的品種呢？這是因?yàn)檠趸X產(chǎn)品中的氧原子和鋁原子的空間堆疊方式不同、含水量存在差異，導(dǎo)致了同是氧化鋁卻有如此多的品種。

在氧化鋁的諸多變體當(dāng)中，存在著同質(zhì)異晶現(xiàn)象。到底氧化鋁的變體有多少種？業(yè)界的認(rèn)識(shí)并不統(tǒng)一。有人認(rèn)為有10多種晶型，其中有3種晶型最為常見，即α-氧化鋁、β-氧化鋁、γ-氧化鋁。

不同結(jié)構(gòu)就會(huì)有不同性質(zhì)，因此同是氧化鋁卻有著各自獨(dú)特的性質(zhì)。通常，α-氧化鋁被認(rèn)為是晶型穩(wěn)定的氧化鋁，而其他晶型的氧化鋁則被認(rèn)為是α-氧化鋁的中間過渡形態(tài)。

精細(xì)氧化鋁的用途

面對(duì)日益增多的氧化鋁品種，其應(yīng)用和覆蓋的領(lǐng)域和行業(yè)也在不斷拓展。那么，這些不同的氧化鋁分別扮演著什么樣的角色呢？

煅燒氧化鋁

煅燒氧化鋁是以氫氧化鋁或工業(yè)氧化鋁為原料，在一定溫度（1100℃～1450℃）條件下進(jìn)行煅燒，使其部分或幾乎全部轉(zhuǎn)化為α-氧化鋁而得到的產(chǎn)物。其結(jié)晶化程度是由煅燒溫度、煅燒時(shí)間以及添加的礦化劑等因素決定的。

煅燒氧化鋁一般比表面積比較小，但硬度大、強(qiáng)度高、耐高溫、耐酸堿、耐磨性好、吸水率低、導(dǎo)熱性好、電阻率高，因此可用于電子設(shè)備、耐火材料、耐磨材料、拋光材料等行業(yè)。

在耐火材料行業(yè)應(yīng)用煅燒氧化鋁，可以填充耐火材料的孔隙，從而提高其體積密度，并能使其熱性能達(dá)到更好的狀態(tài)，以改善定型耐火材料和不定型耐火材料的性能。

活性氧化鋁

活性氧化鋁的晶型主要為γ-氧化鋁和p-氧化鋁，以“多孔性和活性大”見長(zhǎng)，自然具有比表面積大和吸附性能好的優(yōu)勢(shì)。

活性氧化鋁一般呈白色或微紅色球狀，具有無(wú)臭、無(wú)味、無(wú)毒等特點(diǎn)，不溶于水及有機(jī)溶劑，能溶于強(qiáng)酸和強(qiáng)堿。在空氣中容易吸濕，吸水后不脹不裂而保持原狀。活性氧化鋁通常被用作干燥劑、吸附劑、催化劑等。

活性氧化鋁被廣泛用于石油和化工領(lǐng)域的催化劑以及催化劑載體，在石油加氫裂化、加氫精制、加氫重整、脫氫反應(yīng)以及汽車尾氣凈化等反應(yīng)過程中發(fā)揮著重要作用。

高純氧化鋁

高純氧化鋁重在“高純”，就是要以更高的純度來(lái)獲得更高的性能，以滿足尖端科技領(lǐng)域的需求。根據(jù)純度的不同，可以把高純氧化鋁分為3N（純度99.9%）、4N（純度 99.99%）、5N（純度99.999%）3種。

高純氧化鋁具有更好的機(jī)械性能、化學(xué)性能以及熱性能，可廣泛應(yīng)用于高端技術(shù)領(lǐng)域，如精細(xì)陶瓷、集成電路、稀土熒光粉、催化劑載體等方面。隨著5G通信、人工智能、軌道交通以及航空航天等高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，高純氧化鋁的需求量也會(huì)越來(lái)越多。

如4N高純氧化鋁主要應(yīng)用于稀土三基色熒光粉，這是一種常用的發(fā)光材料，在照明和顯示領(lǐng)域具有重要的作用。5N高純氧化鋁主要用于制作藍(lán)寶石晶體和鋰電池陶瓷隔膜。藍(lán)寶石晶體作為理想的LED襯底材料，在微電子領(lǐng)域具有重要的地位。

氧化鋁纖維

氧化鋁纖維又稱多晶氧化鋁纖維，外觀猶如脫脂棉，色白、光滑、柔軟而富有彈性。氧化鋁纖維具有長(zhǎng)纖、短纖、晶須等多種形式，主要成分為三氧化二鋁，還含有少量的二氧化硅等組分。氧化鋁纖維具有強(qiáng)度高、耐熱性好、熱導(dǎo)率小、熱膨脹系數(shù)低等特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于高溫絕熱材料、軍用復(fù)合材料、機(jī)械、電子、陶瓷、化工等諸多領(lǐng)域。

氧化鋁纖維本身就是一種復(fù)合材料，并且可以根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合的特定需求來(lái)調(diào)整配方，以生產(chǎn)出相應(yīng)的氧化鋁纖維制品。作為一種超輕質(zhì)、耐高溫的無(wú)機(jī)絕熱材料，高性能氧化鋁纖維的使用溫度可達(dá)1450℃～1600℃，可用作火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴管的喉部襯墊、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的內(nèi)襯以及尾部噴管的絕熱材料。

將氧化鋁纖維應(yīng)用于工業(yè)高溫爐領(lǐng)域，具有顯著的節(jié)能效果，如用作冶金爐、陶瓷燒結(jié)爐、石化裂解爐、燃燒爐等工業(yè)高溫爐的隔熱爐襯，不僅可以為爐體減重，還可以提高控溫精度。這樣一來(lái)，既減少了散熱損失，又提高了物料的加熱速度。

用氧化鋁纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料，其彈性比玻璃纖維還大，壓縮強(qiáng)度比碳纖維還高，用其制作高強(qiáng)度釣魚桿、高爾夫球、滑雪板以及網(wǎng)球拍等具有一定的優(yōu)勢(shì)。氧化鋁長(zhǎng)纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料還可用于制作高負(fù)荷的機(jī)械零件，如汽車連桿、傳動(dòng)桿、剎車片等高功能構(gòu)件。

高性能氧化鋁纖維可應(yīng)用于航天和原子能工業(yè)，如用作航天飛機(jī)和核反應(yīng)堆的隔熱材料、直升飛機(jī)的傳動(dòng)裝置以及高溫高速旋轉(zhuǎn)零件等。

納米氧化鋁

當(dāng)氧化鋁粉體粒徑達(dá)到納米級(jí)別之后，其納米效應(yīng)就會(huì)賦予其許多獨(dú)特的性能。因此，納米氧化鋁既保留了傳統(tǒng)氧化鋁粉體的優(yōu)良特性，同時(shí)又被賦予了新的光、電、磁、熱及機(jī)械方面的特性，自然應(yīng)用起來(lái)更加得心應(yīng)手。

納米氧化鋁作為一種新型的功能材料，在光學(xué)、化工、催化劑以及特種陶瓷等多個(gè)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。

在納米氧化鋁產(chǎn)品中，不同的晶型會(huì)有不同的應(yīng)用場(chǎng)合。如納米γ-氧化鋁可廣泛應(yīng)用于高效催化劑場(chǎng)合。這是因?yàn)樵摼偷募{米氧化鋁具有更大的比表面積和更高的活性，因此被廣泛應(yīng)用于汽車尾氣催化劑、石油煉制催化劑、加氫脫硫催化劑等載體。

納米氧化鋁在陶瓷、橡膠、涂料、黏合劑等領(lǐng)域也有用武之地。如在燒結(jié)陶瓷中添加少量納米氧化鋁，可以改善氧化鋁陶瓷的密度和力學(xué)性能；在涂料中添加少量納米氧化鋁，可提高涂層的耐磨性，廣泛應(yīng)用于汽車油漆等領(lǐng)域；在粉末冶金中添加少量納米氧化鋁，可提高其硬度、熔點(diǎn)以及耐高溫性能。納米氧化鋁還可應(yīng)用于新能源領(lǐng)域，如用作鋰電池隔膜涂層材料，可防止高溫下發(fā)生隔膜短路。

【責(zé)任編輯】蒲 暉