氧化铝、拟薄水铝石、薄水铝石的区别

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2022-05-16

来源：中国粉体网

中国粉体网讯 首先我们来了解“氧化铝”这个概念，在国际上，人们一般将“氧化铝”分为两大类：冶金级氧化铝和非冶金级次氧化铝。非冶金级氧化铝也称多品种氧化铝、化学品氧化铝。

其中，拟薄水铝石、薄水铝石、超细氢氧化铝、活性氧化铝、煅烧氧化铝和刚玉等都属于化学品氧化铝这一大类。

今天我们要聊的是化学式为“Al₂O₃”的这一化学物质和拟薄水铝石、薄水铝石之间的关系。

成分、应用之间的差异

Al₂O₃

当前Al2O3有十几种晶型，如χ、ρ、γ、κ、δ、θ和α等，α和γ是其中应用最广泛的两种。

α- Al₂O₃莫氏硬度为９左右，熔点为2050℃，沸点为2980℃，热导率为28.88Ｗ/（ｍ·Ｋ），具有良好的化学稳定性、耐高温和耐磨等特性，可用作耐火材料、陶瓷、磨料等的基础原料。利用其导热系数高、绝缘性好的特点，低钠煅烧氧化铝作为导热填料用于电子、信息、新能源等产业。低钠氧化铝还具有电绝缘性能好、耐火度高，烧成收缩率小等特性，是制造电子基板、火花塞和真空管壳等电器部件以及耐热或耐磨陶瓷的优质原料，此外，低钠超细氧化铝近年来广泛用于生产锂电池用的隔膜材料。

α- Al₂O₃的晶型结构

γ-Al₂O₃具有比表面积大、吸附性能好、表面酸性良好等特点，是应用较多的活性氧化铝，可作为干燥吸附剂、精抛磨料、催化剂及催化剂载体，用于石油化工、气体干燥、汽车尾气和工业有机废气的净化处理等领域。

γ- Al2O3晶型结构

薄水铝石

薄水铝石又称一水软铝石、勃姆石等，分子式为γ-AlOOH，是活性氧化铝的一种重要前驱体，是一种有序度高、结晶完整的活性氧化铝前驱体，因而具有较拟薄水铝石更好的稳定性。

薄水铝石能够承受较高的加工温度，因此薄水铝石可以作为耐热阻燃剂，应用于需要承受较高加工温度的无卤覆铜板、绝缘产品、器件塑料外壳等。另外，薄水铝石是生产煤化工等用活性氧化铝催化剂的主要原料，还可用作生产锂电池用隔膜、钠硫电池用β- Al₂O₃的原料、煅烧氧化铝的前躯体等。以低钠超细薄水铝石为前驱体制备出的低钠超细氧化铝具有低钠、高转化率、绝缘性高、烧结性能好等特点，目前已在锂电池隔膜、微晶陶瓷、精密陶瓷、泡沫陶瓷、集成电路芯片、航空光源器件等方面得到了广泛的应用。

拟薄水铝石

拟薄水铝石是一种结晶不完整的薄水铝石，具有与拟薄水铝石相似的化学构成，含有1.25～2.0个结晶水，是一类不完全结晶的水合氧化铝，又被称为一水合氧化铝、假一水软铝石。

拟薄水铝石的典型结构为极薄的褶皱片层，是具有特殊空间网状结构的氧化铝水合物，它具有高的比表面积、大孔容等物理特性和在酸性条件下胶溶触变的化学特性。拟薄水铝石的这些特性使其广泛应用在许多行业中，在石油工业中用作催化剂、载体、粘结剂；在汽车工业中用作汽车尾气处理催化剂的载体涂层；在消防领域用作阻燃材料的添加剂；在造纸行业中用作高档喷墨打印纸中的吸墨涂层；在环保行业中用作气体净化吸附剂、饮用水除氟剂、工业污水颜色和气味消除剂；在建筑行业用作涂料添加剂；陶瓷复合材料中的增强剂等。

三者间的关联及差异

关联性

氧化铝及其水合物的相变图

氧化铝具有较多的同质异相，氧化铝水合物烧过程中，可出现亚稳态的χ、ρ、γ、κ、δ、θ和α等物相。拟薄水铝石是一种结晶不完整的薄水铝石。400～700℃间焙烧得到的γ－Al₂O₃广泛用做催化剂载体、催化剂和吸附剂；在1100～1200℃之间煅烧得到的γ－Al₂O₃，在高档陶瓷、石油化工等领域应用。

拟薄水铝石在特定水热条件下能够转化为薄水铝石，实现了二者之间的单向转化。此外，拟薄水铝石与薄水铝石均是制备氧化铝的前驱体。

差异化

拟薄水铝石有着同薄水铝石一样的分子式（AlOOH），它们分别是一水合氧化铝的不同晶型。之所以将其称为拟薄水铝石，是因为拟薄水铝石是一种结晶不完整的薄水铝石，它们具有非常相似的XRD图，两者主要衍射峰的位置几乎相同，区别仅在于衍射峰的强度不同，因此与拟薄水铝石相比，薄水铝石只是晶粒更大、结晶度更高和结晶更完整而已。

拟薄水铝石和薄水铝石的XRD谱图

研究认为二者之间并无截然的分界线，通常以平均晶粒大小为主要判据来划分薄水铝石和拟薄水铝石更为适宜。将平均晶粒度小于10nm的产物视为拟薄水铝石；大于50nm的产物视为薄水铝石；在10～50nm时，视为薄水铝石与拟薄水铝石的中间产物，也可以把中间产物划为拟薄水铝石。

总结来说，两者差异表现在：

（1）拟薄水铝石为无定型态物质的聚集，只有微弱的衍射峰；薄水铝石具有较好的晶体结构，衍射峰尖锐。

（2）拟薄水铝石较薄水铝石，具有较高的比表面积和较大的孔体积。拟薄水铝石的比表面积随着温度的升高逐步降低，薄水铝石的比表面积随着温度的升高先增大后减小。

制备方法简介

拟薄水铝石的制备方法

拟薄水铝石的制备方法有很多种，根据原料的来源及产品性能可分为三水铝石快脱法、铝盐中和法、醇铝法、碱法、硝酸法等。其制备工艺包括成胶、老化、洗涤、干燥和成型等过程，由于拟薄水铝石粒度较细，因而要注意掌握好沉淀、洗涤和干燥等工艺过程。国外通常采用醇铝法生产拟薄水铝石，得到的产品质量纯度高，但生产成本能耗及销售价格也相对较高。国内采用的方法多为酸法或碱法等中和法，但生产成本、产品质量和环保等问题限制了工艺的提升。目前，采用碳酸化法生产拟薄水铝石，是成本最低的工艺路线，但该方法制备的单相拟薄水铝石条件苛刻，铝酸钠溶液强度较低、成胶浓度低，成型困难，质量较差。因此，研制和开发并实现可控性能、低能耗和绿色环保、可循环利用的制备新技术、新工艺已成为拟薄水铝石能否可持续发展的关键问题。

薄水铝石的制备方法

作为氧化铝最重要的前驱体之一，薄水铝石AlOOH多采用铝盐的中和反应或铝醇盐的水解反应制得。例如：ZhangLM等以Al(NO₃)₃·6H₂O和柠檬酸钠，在水－丙酮体系中制得空心球形薄水铝石。MaMG等采用AlCl₃·6H₂O为原料，在乙二醇体系中合成出由薄水铝石纳米纤维组成的束状颗粒。王晶等以AlCl₃·6H₂O为反应物，在乙醇－水体系中获得了由纳米棒组装成的三维海胆型薄水铝石。由铝粉直接水解法获得的粉料氢氧化铝微观形貌的不单一性决定了其晶体结构的差异，在制备高纯氧化铝的品质上通常达不到要求，把多相组成的氢氧化铝制备成纯相薄水铝石，有利于合成亚稳态γ－Al₂O₃，经亚稳态的过渡相，最终形成热力学稳定的α－Al₂O₃。水热法因其操作简单、可控性强对环境友好的优点而成为研究热点，被誉为在绿色合成道路上的最有前途的方法。