中国粉体网讯  在高纯粉体材料中，纯度是其特殊性能及应用的基础，杂质元素的出现往往会对其特殊性能及高附加值有着致命的影响，好比“一颗老鼠屎，坏了一锅粥”。

例如，高纯氧化铝广泛用于荧光材料、透明陶瓷、电子器件、新能源、催化材料和航空航天材料等高科技尖端行业，是现代化工附加值最高、应用最广泛的高端材料之一。但在实际生产中，会存在铁、钠、镁、硅、钙等一些杂质元素，这些杂质元素大多以K₂O、Na₂O、CaO、MgO、CuO等氧化物的形式存在，其含量不同将会直接影响到材料的性能。如：Fe₂O₃会导致发光材料的发光性能降低，SiO₂会导致氧化铝烧结性能变差等，从而使高纯氧化铝在应用领域中大大受限。

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制备高纯氧化铝的主要方法有醇铝水解法、硫酸铝铵热分解法和碳酸铝铵热分解法，目前对高纯氧化铝的除杂研究也较多的集中在针对该三种方法所涉及的原材料净化方面。

Fe杂质

Fe杂质大多以二价或者三价的氧化物形式存在于主体产品中，相关从业人员对不同物质中Fe杂质的去除均有一定研究，如：铝土矿、异丙醇铝等。

铝土矿是在热带或亚热带气候下形成的，广泛地存在于玄武岩、石灰岩等各种岩石和片岩中，包含的常见的杂质为铁酸盐、针铁矿、石英、硅线石、刚玉、二氧化钛等。优质的铝土矿Al₂O₃含量最小为40%，SiO₂含量最大为15%；低质的铝土矿杂质主要是石英、三氧化二铁和氧化钙。A Aziz等在采用硫酸浸出法回收铝土矿中氧化铝的过程中，选用纯度为68%的乙醇(C₂H₅-OH)几乎完全除下了Fe杂质，但是乙醇价格昂贵，为了使该工艺更加经济，可以通过冷凝回收法对乙醇进行二次利用。

铁元素也常出现在采用醇铝法制备氧化铝过程中，可以采用萃取-络合法和络合-结晶法对异丙醇铝进行纯化，选择合适的络合剂，利用不同物质间的溶解度不同，对杂质进行分离。这种方法的优点是可以得到纯度很高的异丙醇铝，工艺成本较低。该方法的缺点是工艺复杂，需要浪费大量时间和人力。

在采用硫酸铝铵制备高纯氧化铝时，现阶段比较常用的除Fe方法包括：沉淀法、有机伯胺萃取法和重结晶法。沉淀法可以通过加入助剂MnO₂、KMnO₄、K₃[Fe(CN)₆]或K₄Fe(CN)₆·3H₂O来实现，它的优点是成本低，操作简便；缺点是铝离子损失量大，过程中加入助剂引入了新的杂质。

Si杂质

Si杂质由于不活泼，较难除去。在采用醇铝水解法时，硅是异丙醇铝中众多杂质元素之一，可采用减压蒸馏添加剂这种方法对硅进行去除。该方法的基本思路是将添加剂氧化镧与异丙醇、铝片和引发剂一起加入到反应容器中，反应过程中氧化镧和硅反应形成了沸点比较高的物质，然后通过减压蒸馏出异丙醇铝，最终杂质留在反应容器底部，从而达到了除杂纯化异丙醇铝的效果。这种方法相对于一般的萃取法和结晶法来说，具有能源消耗少，操作简单，反应时间短等优点。

和晓才认为焙烧后样品中的杂质Si、Fe会暴露出来，再利用超声波对其进行反复酸洗、水洗，最终制备的氢氧化铝Si、Fe含量均小于0.001%。并且建议采用活性炭柱或微孔钛过滤膜将原料进行过滤以除杂。赖浚等对高纯氧化铝制备过程中的铝酸钠溶液杂质Si、Fe的脱除进行了研究，用氧化钙作脱硅剂，使之与水反应生成氢氧化钙，氢氧化钙再和铝酸钠反应生成铝酸三钙，硅酸根离子再和铝酸三钙反应生成难溶的水化石榴石，最终以沉淀形式析出，脱Si率可达到98%。

以上方法中，有的会引入Na、Ca等杂质元素，有的适用于微量Si的脱除，不适于痕量Si的深度脱除，所以研究一种有效除去痕量Si的方法十分必要。

Ca杂质

Ca杂质主要可通过萃取剂萃取、化学沉淀、盐析结晶、离子交换、螯合剂螯合等种方法被脱除。

萃取剂萃取首先可以利用硫酸钙的难溶性，使Ca²⁺以CaSO₄的形式沉淀析出，再结合其他方法(如：溶剂萃取、等)进行二次脱除。萃取剂P204，价格便宜，是一种酸性萃取剂，对金属离子的萃取顺序由大到小依次为：Fe³⁺、Zn²⁺、Cu²⁺、Co²⁺、Mg²⁺、Mn²⁺、Ca²⁺。谢红艳采用P204对含钙镁锰的混合液进行萃取，钙离子明显下降，但不能达到高纯的要求。赵红涛等对磷石膏中的Ca杂质行了深度脱除，经过研究磷石膏中的可溶性杂质及不可溶性杂质均可被有机溶剂磷酸三丁酯有效地萃取，最终获得纯度大于99%的硫酸钙颗粒。

Na杂质

制备氧化铝常用的脱除钠杂质的方法有：洗涤法、水热处理法和添加硼酸法等。路文采用洗脱法对硫酸铝铵晶体进行脱钠，他认为将硫酸铝铵晶体加热至150-200℃，晶体中会出现鼓泡现象，从而有利于钠杂质的洗脱。李加宏比较研究了在氧化铝制备过程中水热处理脱钠法与添加硼酸脱钠法，由于水热法所得的氧化铝纯度高于添加硼酸法，最终选择采用水热法脱钠。和晓才在煅烧氢氧化铝的过程中，添加适量硼酸，使其与钠杂质反应生成偏硼酸钠，再对氧化铝进行酸洗干燥处理，最后得到了钠含量小于0.001%的氧化铝。

参考来源：

[1]张英.醇铝水解法制备高纯氧化铝的实验室研究

[2]王晓慧.采用硫酸铝铵制备高纯氧化铝的工艺研究

[3]熊锐.醇铝法制备高纯 Al₂O₃及纯化技术研究

（中国粉体网编辑整理/山川）

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