中国粉体网讯  2022年10月1日，由中铝山东有限公司牵头，国内十家单位参与重新制订的新《氧化铝》标准（GB/T 24487-2022）正式实施。氧化铝按照主要成分、物理性能分为三个牌号：AO-G、AO-1、AO-2。

我们看到，Na₂O氧化钠的含量是划分氧化铝等级的重要指标，这说明氧化钠的含量对氧化铝的物理性能影响是十分大的。特别是随着低钠氧化铝在高新技术材料领域的使用越来越广泛，优化和控制低钠氧化铝的质量显得尤其重要。

例如，在电子陶瓷中，Na₂O的存在不但影响电子陶瓷的致密度，而且还由于Na₂O结合Al₂O₃生成具有一定导电性的β-Al₂O₃，从而影响其电气性能。在LCD玻璃中，由于Na离子会使液晶和薄膜晶体管中毒，进而使半导体液晶材料和薄膜材料劣化，缩短显示器的寿命，并且还会污染生产线，通常液晶玻璃用α－Al₂O₃，要求其中Na₂O含量不大于0.03％。因此，电子级的α-Al₂O₃都必须是低钠的产品。

电子陶瓷基板，图源：中国铝业郑州有色金属研究院有限公司

氧化钠的来源

氢氧化铝产品是制备氧化铝的中间原料，氢氧化铝粉体原料的品质（粒度和纯度）直接影响氧化铝产品的品质，因此制备高品质氢氧化铝产品是制备高品质氧化铝的关键。氢氧化铝中氧化纳含量有３种：

（1）晶格碱，水无法洗去；

（2）硅酸钠结合喊，此部分碱含量极少，主要由精液脱硅指数决定；

（3）AH附碱，主要由平盘的洗漆效果决定。

夹杂在氢氧化铝水合物中的钠在烧结过程中会形成高铝酸钠（xNa₂O·yAl₂O₃），降低了α-Al₂O₃的转化率和活性，进而影响烧结产物氧化铝的物化性能。因此，除去氢氧化铝中的钠已成为制备高性能氧化铝工艺中的重要环节。

中铝山西新材料有限公司

氧化钠对氧化铝性能的危害

1、电熔白刚玉

电熔白刚玉一般以工业氧化铝粉为原料，在电弧炉中熔融后冷却再结晶而成的白色熔块，主要化学成分为Al₂O₃，含量在99%以上，杂质含量很少。其冶炼过程基本上是工业氧化铝粉熔化再结晶的过程，不存在还原过程。而工业氧化铝含Al₂O₃98.5%以上，还有少量的Na₂O、SiO₂、Fe₂O₃等杂质。电熔处理虽有一定净化提纯作用，但还不能将其完全排除。其中Na₂O与Al₂O₃在熔融状态中生成β-Al₂O₃，且生成量随着Na₂O含量的增加而增大。由于β-Al₂O₃的熔点低，密度小，因此熔块冷却结晶时，偏析于熔块的上中部，虽然通过碎选可以剔除，但仍会有少量留在刚玉熔体中，严重影响白刚玉熔块的耐火性能。因此对工业氧化铝中的Na₂O含量必须严格控制。

2、板状刚玉

板状氧化铝是美国铝业公司(ALCOA)研制开发的。烧结板状刚玉，是一种高纯氧化铝为原料，在不添加任何外加剂的情况下，经竖窑1850℃-1950℃的高温速烧而成，其主晶相为α-Al₂O₃。具有高的耐火度、优异的抗热震性、抗蠕变性和抗剥落性。广泛应用于钢铁、铸造、石化、陶瓷、玻璃等行业的高性能耐火材料中。

目前国内生产烧结板状刚玉一般都是以拜耳法制备的工业氧化铝粉，其Na₂O的含量在0.3%以上，导致板状刚玉产品中Na2O的含量也较高。Na₂O含量的增加，在高温下会和α-Al₂O₃发生反应生产Na₂O·11Al₂O₃，导致α-Al₂O₃转变为β-Al₂O₃。而β-Al₂O₃熔点低于α-Al₂O₃，同时机械性能、抗蠕变性、抗剥落性都要差于α-Al₂O₃。因此，Na₂O含量的增高，会降低烧结板状刚玉的高温使用性能，如显气孔率增加、体积密度减小。

3、高温α-氧化铝

低钠高温α-氧化铝是以工业氢氧化铝为主要原料，经焙烧脱水、晶型转化而成。高温氧化铝具有化学惰性强、熔点高(2040℃)的性能而较适宜用于耐火注料、耐火材料等领域；具有高温、高强度、优异电绝缘性等性能而适宜用作电子基片、汽车火花塞、刀具等陶瓷制品的原料；具有好的热稳定性、耐磨性、高硬度等特点而主要于研磨、耐磨的工程机械件及高铝陶瓷的原料。

图源：中铝山西新材料有限公司

对高温氧化铝α相变影响最大的是Na₂O杂质，Na₂O含量一提高，β相氧化铝（Na₂O·11Al₂O₃）就会急剧结晶，从而使α相氧化铝含量减少。

在应用上，高温氧化铝用作陶瓷及耐磨制品时，Na₂O含量的高低直接影响氧化铝制品的抗压强度及电绝缘性，通常Na₂O含量越高，导电率也越高，氧化铝陶瓷及耐磨制品的电绝缘性能越差、机械强度也会降低，α-Al₂O₃转化率就越低，从而达不到高温氧化铝α-Al₂O₃95%以上的质量要求，导致氧化铝陶瓷及耐磨制品的变形和开裂。

因此，降低原料氧化铝粉中杂质含量，尤其是Na₂O的含量，是提高化学品氧化铝生产质量和降低其生产成本的一个重要技术手段。

4、氧化钠对铝电解的影响

氧化铝中Na₂O含量的升高对电解槽的运行有很大的影响，当电解质中的钠含量增加时，必须多加入氧化铝以维持正常的NaF/AlF₃比值，使氟化盐的消耗量增加，同时增加了电解槽中电解质的体积。氧化铝中的Na₂O在电解质化学变化和电解槽的传料和工艺控制方面起着重要作用。氧化钠在铝电解时可与氟化铝发生反应生成氟化钠，使电解质的正常分子比发生改变，为了保持电解质的正常组成，必须补充相应数量的氟化铝。

如何脱钠是关键

目前常见的脱钠工艺主要有以下几种:

一是在种分阶段通过提高氢氧化铝晶体颗粒度、加大水洗力度等方法来降低工业氢氧化铝中的氧化钠含量，从而间接降低氧化铝中氧化钠的含量，一般能降至0.2%；

二在以氢氧化铝为原料煅烧成α-氧化铝的过程中，通过加大添加剂使用量并适当提高煅烧温度来降低产品中氧化钠的含量。该方法容易实现，但能耗偏高，废气排放量大，产品应用性能受限；

三是通过湿法水热处理脱钠，Na₂O含量可降低至0.05%，该方法优点是能有效降低工业氧化铝中的氧化钠含量，缺点是中间半成品是含水湿基物料，通常含水率较高，后期需要进一步的烘干，设备投入大，流程长，能耗高。

关于矿化剂

矿化剂的主要作用是能够增大氧化铝晶格缺陷，形成阳离子和阴离子空位，从而有助于加速结晶，有效降低α相变的温度；同时，矿化剂还能和氧化铝中的氧化钠反应，生成易挥发的钠合物，所以矿化剂广泛应用于高温氧化铝的煅烧工艺中。不同类型矿化剂的工作过程各不相同，其机理基本相似，通过降低α相变的形核激活能，降低煅烧温度100～200℃，常用的矿化剂有氟化铝、硼酸、氧化镁和硝酸铵等。

常用的几类矿化剂及其作用

参考来源：

[1]刘明珠等.低钠氧化铝生产工艺优化及工业化应用研究

[2]曹国楚，冯延磊.一种低钠氧化铝粉在化学品氧化铝生产中的应用优势

[3]冯国政.高温低钠氧化铝的研制

[4]赵端霞，冯延磊.降低氧化铝产品氧化钠含量的探讨

[5]李建忠等.低钠α-Al₂O₃在电子领域的应用