中國粉體網(wǎng)訊  2022年10月1日,，由中鋁山東有限公司牽頭,，國內(nèi)十家單位參與重新制訂的新《氧化鋁》標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 24487-2022）正式實(shí)施,。氧化鋁按照主要成分,、物理性能分為三個牌號：AO-G、AO-1,、AO-2,。

我們看到，Na₂O氧化鈉的含量是劃分氧化鋁等級的重要指標(biāo),，這說明氧化鈉的含量對氧化鋁的物理性能影響是十分大的,。特別是隨著低鈉氧化鋁在高新技術(shù)材料領(lǐng)域的使用越來越廣泛，優(yōu)化和控制低鈉氧化鋁的質(zhì)量顯得尤其重要,。

例如,，在電子陶瓷中，Na₂O的存在不但影響電子陶瓷的致密度,，而且還由于Na₂O結(jié)合Al₂O₃生成具有一定導(dǎo)電性的β-Al₂O₃,，從而影響其電氣性能。在LCD玻璃中,，由于Na離子會使液晶和薄膜晶體管中毒,，進(jìn)而使半導(dǎo)體液晶材料和薄膜材料劣化，縮短顯示器的壽命,，并且還會污染生產(chǎn)線,，通常液晶玻璃用α－Al₂O₃，要求其中Na₂O含量不大于0.03％,。因此,，電子級的α-Al₂O₃都必須是低鈉的產(chǎn)品。

電子陶瓷基板,，圖源：中國鋁業(yè)鄭州有色金屬研究院有限公司

氧化鈉的來源

氫氧化鋁產(chǎn)品是制備氧化鋁的中間原料,，氫氧化鋁粉體原料的品質(zhì)（粒度和純度）直接影響氧化鋁產(chǎn)品的品質(zhì),，因此制備高品質(zhì)氫氧化鋁產(chǎn)品是制備高品質(zhì)氧化鋁的關(guān)鍵。氫氧化鋁中氧化納含量有３種：

（1）晶格堿,，水無法洗去,；

（2）硅酸鈉結(jié)合喊，此部分堿含量極少,，主要由精液脫硅指數(shù)決定,；

（3）AH附堿，主要由平盤的洗漆效果決定,。

夾雜在氫氧化鋁水合物中的鈉在燒結(jié)過程中會形成高鋁酸鈉（xNa₂O·yAl₂O₃）,，降低了α-Al₂O₃的轉(zhuǎn)化率和活性，進(jìn)而影響燒結(jié)產(chǎn)物氧化鋁的物化性能,。因此,，除去氫氧化鋁中的鈉已成為制備高性能氧化鋁工藝中的重要環(huán)節(jié)。

中鋁山西新材料有限公司

氧化鈉對氧化鋁性能的危害

1,、電熔白剛玉

電熔白剛玉一般以工業(yè)氧化鋁粉為原料,，在電弧爐中熔融后冷卻再結(jié)晶而成的白色熔塊，主要化學(xué)成分為Al₂O₃,，含量在99%以上,，雜質(zhì)含量很少。其冶煉過程基本上是工業(yè)氧化鋁粉熔化再結(jié)晶的過程,，不存在還原過程,。而工業(yè)氧化鋁含Al₂O₃98.5%以上，還有少量的Na₂O,、SiO₂,、Fe₂O₃等雜質(zhì)。電熔處理雖有一定凈化提純作用,，但還不能將其完全排除,。其中Na₂O與Al₂O₃在熔融狀態(tài)中生成β-Al₂O₃，且生成量隨著Na₂O含量的增加而增大,。由于β-Al₂O₃的熔點(diǎn)低,，密度小，因此熔塊冷卻結(jié)晶時,，偏析于熔塊的上中部,，雖然通過碎選可以剔除，但仍會有少量留在剛玉熔體中,，嚴(yán)重影響白剛玉熔塊的耐火性能,。因此對工業(yè)氧化鋁中的Na₂O含量必須嚴(yán)格控制。

2,、板狀剛玉

板狀氧化鋁是美國鋁業(yè)公司(ALCOA)研制開發(fā)的,。燒結(jié)板狀剛玉,，是一種高純氧化鋁為原料,，在不添加任何外加劑的情況下,，經(jīng)豎窯1850℃-1950℃的高溫速燒而成，其主晶相為α-Al₂O₃,。具有高的耐火度,、優(yōu)異的抗熱震性、抗蠕變性和抗剝落性,。廣泛應(yīng)用于鋼鐵,、鑄造、石化,、陶瓷,、玻璃等行業(yè)的高性能耐火材料中。

目前國內(nèi)生產(chǎn)燒結(jié)板狀剛玉一般都是以拜耳法制備的工業(yè)氧化鋁粉,，其Na₂O的含量在0.3%以上,，導(dǎo)致板狀剛玉產(chǎn)品中Na2O的含量也較高。Na₂O含量的增加,，在高溫下會和α-Al₂O₃發(fā)生反應(yīng)生產(chǎn)Na₂O·11Al₂O₃,，導(dǎo)致α-Al₂O₃轉(zhuǎn)變?yōu)棣?Al₂O₃。而β-Al₂O₃熔點(diǎn)低于α-Al₂O₃,，同時機(jī)械性能,、抗蠕變性、抗剝落性都要差于α-Al₂O₃,。因此,，Na₂O含量的增高，會降低燒結(jié)板狀剛玉的高溫使用性能,，如顯氣孔率增加,、體積密度減小。

3,、高溫α-氧化鋁

低鈉高溫α-氧化鋁是以工業(yè)氫氧化鋁為主要原料,，經(jīng)焙燒脫水、晶型轉(zhuǎn)化而成,。高溫氧化鋁具有化學(xué)惰性強(qiáng),、熔點(diǎn)高(2040℃)的性能而較適宜用于耐火注料、耐火材料等領(lǐng)域,；具有高溫,、高強(qiáng)度、優(yōu)異電絕緣性等性能而適宜用作電子基片,、汽車火花塞,、刀具等陶瓷制品的原料,；具有好的熱穩(wěn)定性、耐磨性,、高硬度等特點(diǎn)而主要于研磨,、耐磨的工程機(jī)械件及高鋁陶瓷的原料。

圖源：中鋁山西新材料有限公司

對高溫氧化鋁α相變影響最大的是Na₂O雜質(zhì),，Na₂O含量一提高,，β相氧化鋁（Na₂O·11Al₂O₃）就會急劇結(jié)晶，從而使α相氧化鋁含量減少,。

在應(yīng)用上,，高溫氧化鋁用作陶瓷及耐磨制品時，Na₂O含量的高低直接影響氧化鋁制品的抗壓強(qiáng)度及電絕緣性,，通常Na₂O含量越高,，導(dǎo)電率也越高，氧化鋁陶瓷及耐磨制品的電絕緣性能越差,、機(jī)械強(qiáng)度也會降低,，α-Al₂O₃轉(zhuǎn)化率就越低，從而達(dá)不到高溫氧化鋁α-Al₂O₃95%以上的質(zhì)量要求,，導(dǎo)致氧化鋁陶瓷及耐磨制品的變形和開裂,。

因此，降低原料氧化鋁粉中雜質(zhì)含量,，尤其是Na₂O的含量,，是提高化學(xué)品氧化鋁生產(chǎn)質(zhì)量和降低其生產(chǎn)成本的一個重要技術(shù)手段。

4,、氧化鈉對鋁電解的影響

氧化鋁中Na₂O含量的升高對電解槽的運(yùn)行有很大的影響,，當(dāng)電解質(zhì)中的鈉含量增加時，必須多加入氧化鋁以維持正常的NaF/AlF₃比值,，使氟化鹽的消耗量增加,，同時增加了電解槽中電解質(zhì)的體積。氧化鋁中的Na₂O在電解質(zhì)化學(xué)變化和電解槽的傳料和工藝控制方面起著重要作用,。氧化鈉在鋁電解時可與氟化鋁發(fā)生反應(yīng)生成氟化鈉,，使電解質(zhì)的正常分子比發(fā)生改變，為了保持電解質(zhì)的正常組成,，必須補(bǔ)充相應(yīng)數(shù)量的氟化鋁,。

如何脫鈉是關(guān)鍵

目前常見的脫鈉工藝主要有以下幾種:

一是在種分階段通過提高氫氧化鋁晶體顆粒度、加大水洗力度等方法來降低工業(yè)氫氧化鋁中的氧化鈉含量,，從而間接降低氧化鋁中氧化鈉的含量,，一般能降至0.2%；

二在以氫氧化鋁為原料煅燒成α-氧化鋁的過程中，通過加大添加劑使用量并適當(dāng)提高煅燒溫度來降低產(chǎn)品中氧化鈉的含量,。該方法容易實(shí)現(xiàn),，但能耗偏高,，廢氣排放量大，產(chǎn)品應(yīng)用性能受限,；

三是通過濕法水熱處理脫鈉，Na₂O含量可降低至0.05%,，該方法優(yōu)點(diǎn)是能有效降低工業(yè)氧化鋁中的氧化鈉含量,，缺點(diǎn)是中間半成品是含水濕基物料，通常含水率較高,，后期需要進(jìn)一步的烘干，設(shè)備投入大,，流程長，能耗高,。

關(guān)于礦化劑

礦化劑的主要作用是能夠增大氧化鋁晶格缺陷,，形成陽離子和陰離子空位,，從而有助于加速結(jié)晶，有效降低α相變的溫度,；同時，礦化劑還能和氧化鋁中的氧化鈉反應(yīng),，生成易揮發(fā)的鈉合物，所以礦化劑廣泛應(yīng)用于高溫氧化鋁的煅燒工藝中,。不同類型礦化劑的工作過程各不相同,，其機(jī)理基本相似,，通過降低α相變的形核激活能，降低煅燒溫度100～200℃，常用的礦化劑有氟化鋁,、硼酸,、氧化鎂和硝酸銨等。

常用的幾類礦化劑及其作用

參考來源：

[1]劉明珠等.低鈉氧化鋁生產(chǎn)工藝優(yōu)化及工業(yè)化應(yīng)用研究

[2]曹國楚,，馮延磊.一種低鈉氧化鋁粉在化學(xué)品氧化鋁生產(chǎn)中的應(yīng)用優(yōu)勢

[3]馮國政.高溫低鈉氧化鋁的研制

[4]趙端霞,，馮延磊.降低氧化鋁產(chǎn)品氧化鈉含量的探討

[5]李建忠等.低鈉α-Al₂O₃在電子領(lǐng)域的應(yīng)用