氧化铝理化特性对生产的影响及其检测

氧化铝理化特性对生产的影响及其检测

张桂华

广西华银铝业有限公司 广西德保 533700

摘要：氧化铝的理化特性对生产有一定的影响，例如其纯度、颗粒度与微观形状、流动性与分散性、可塑性与烧成收缩等各个方面都会对生产造成影响，因此本文将对氧化铝理化特性对生产的影响极其检测进行简要分析，以及为相关研究提供帮助。
关键词：氧化铝；理化特性；生产

前言：

近年来，氧化铝的应用范围越来越广泛，在很多产品的生产当中都发挥着重要作用，例如在陶瓷产品当中添加氧化铝可以优化产品的性能、丰富产品的用途。氧化铝的理化特性对产品有明显的影响，检测并控制氧化铝的特性指标在生产中有重要意义，因此应当深入研究氧化铝理化特性对生产的影响及其检测。

1.氧化铝的定义及发展

氧化铝化学式为Al₂O₃，是高硬度化合物，沸点是2980℃、熔点是2054℃，是在高温之下可以电离的离子晶体，主要适用于耐火材料的制造^【1】。氧化铝是一种难溶于水的白色固体，无味、无嗅、质地较硬、易吸潮而不潮解。氧化铝属于两性氧化物，能够在无机酸与碱性溶液中溶解，但是不溶于水以及非极性有机溶剂，需密封干燥保存。氧化铝的用途较多，可以用作分析试剂、吸附剂、有机溶剂的脱水、有机反应催化剂、抛光剂、研磨剂、耐火材料以及冶炼铝的原料。工业氧化铝主要是由硬水铝石以及铝矾土共同制备的，利用化学方法制备的氧化铝纯度较高。Al₂O₃的同质异晶体有很多，例如α-Al₂O₃、β-Al₂O₃、γ-Al₂O₃等。氧化铝的应用范围较为广泛，在制陶业、矿业以及材料科学当中被称之为矾土。

从相关数据来看，我国是全球最大的氧化铝生产国，且随着我国电解铝、电子、医药、陶瓷、机械等行业的快速发展，市场对氧化铝的需求量不断增加，氧化铝的产量也会不断增长^【2】。其次，我国建筑施工面积也在不断扩大，城镇化进程不断加快，对氧化铝的需求量会越来越多。

2.氧化铝理化特性对生产的影响及检测

氧化铝自身特性具有多样化的特征，例如晶型组成、化学成分、微观结构以及颗粒级配等，这些特性会对产品生产造成影响。由于各项特性指标的不同，在生产过程中会出现产品收缩程度不同、烧结温度不同等情况，就会影响到产品的性能。因此，研究氧化铝的理化特性与检测方法在生产用料与生产工艺的指导中有重要意义。当前，常用的氧化铝及其产品的检测方法较多，相关的国家标准也有很多，例如《GB/T6609氧化铝化学分析方法和物理性能测定方法》等，对氧化铝的化学成分以及物理性能当中的松装密度、颗粒度、磨损指数、流动指数等方面的检测都进行了规定。

2.1氧化铝纯度

很多产品当中应用的都是氧化铝粉，而氧化铝粉对产品性能产生的影响主要体现在α-Al₂O₃晶相氧化铝对产品性能的影响上。α-Al₂O₃是氧化铝中最常见的晶相之一，具有硬度大、晶体结构紧密、耐腐蚀、高温稳定等特点。而工业Al₂O₃中含有大量的β-Al₂O₃以及γ-Al₂O₃，其中β-Al₂O₃中含有大量的CaO以及Na₂O等碱性成分，γ-Al₂O₃的吸水性较强，将其加热至1200℃时会不可逆地转变为α-Al₂O₃，且会出现14%左右的体积收缩，这都会影响到产品的性能^【3】。为了减小这些因素对产品性能的影响，在生产之前需要对工业Al₂O₃进行烧制，从而将其中的Na₂O等成分去除掉，避免其出现过大的收缩情况，提高原料的纯度。

在产业分工不断细化的过程中，工业氧化铝的预烧工作由氧化铝的生产厂家进行。而产品生产企业是原料的使用者，需要对氧化铝的纯度进行检测。从《GB/T6609氧化铝化学分析方法和物理性能测定方法》标准的第34部分内容来看，若氧化铝质量分数大于98%，就需要先对其杂质含量进行检测，之后再进行计算。同时，这一标准当中第1部分至第21部分内容对氧化铝化学成分的检测进行了规定，其中规定的检测方法主要包括分光光度法、吸收光谱法等。较为先进的方法是利用X射线荧光光谱法对氧化铝粉末当中的所有化学成分进行测定，这种检测方法的检测范围较大，氧化铝含量大于45%都在这种方法的检测范围当中。若氧化铝质量分数大于99.9%就需要利用更先进的检测方法进行测定，例如ICP-MS检测方法。需要对α-Al₂O₃的含量进行测定。根据上述标准第32部分的内容来看，需要利用X射线衍射方法测定α-Al₂O₃的含量。虽然α-Al₂O₃可以为产品提供更多优异的性能，但是γ-Al₂O₃的化学活性比较强，在吸附材料中发挥着作用。

2.2颗粒度与微观形状

氧化铝的颗粒度对产品性能有较大影响，通过降低氧化铝的粉体粒度可有效优化产品性能。一般情况下，在对工业氧化铝进行1400℃预烧后，氧化铝当中的γ-Al₂O₃会转变为α-Al₂O₃，松散粉体便会结聚，且转变之后的α-Al₂O₃体积会变化，因此在应用预烧之后的氧化铝之前需要对其进行研磨，这一步骤也由氧化铝生产厂企业进行

^【4】。在研磨之后，氧化铝的粒度会变细，可以增强产品的耐磨性、断裂韧性，因此产品生产企业需要根据生产要求科学选择不同粒度的氧化铝粉体，对原料以及配料的颗粒级配进行监控，保障原料的稳定性。

《GB/T6609氧化铝化学分析方法和物理性能测定方法》这一标准对20μm以及更大粒度的氧化铝颗粒度的测定进行了规定，即利用筛分方法进行测定，但只适用于中/大粒度的氧化铝粉末，小粒度氧化铝粉末的测定需要采用激光粒度仪进行检测。

2.3流动性与分散性

氧化铝均匀分布在配料当中是保障产品性能稳定的关键条件之一，而这一条件取决于氧化铝的流动性与分散性。工业氧化铝是松散的结晶粉末，分散度相对较高，而经过高温煅烧的氧化铝会形成长片状，无论是分散性还是流动性都比较差。在研磨之后，颗粒形状会发生改变，流动性与分散性会提高。

《GB/T6609氧化铝化学分析方法和物理性能测定方法》这一标准当中规定，可以通过测定流动时间评价氧化铝的流动性与分散性，也可以通过安息角的测定判断氧化铝的流动性与分散性。

2.4可塑性与烧成收缩

氧化铝属于瘠性原料，会影响到配料的塑性，因此需要加入粘接剂。由于不同制品配方中的氧化铝加入量不同，所以粘接剂的加入量也不同，需要根据塑性指数与产品性能之间的关系调整粘接剂的加入量，可以利用塑性仪测定塑性指数。

可以在检测过程中测定收缩率，从而保障样片的产销压力、煅烧过程与产品条件一致。

2.5其他相关指标

氧化铝的质量评价指标有很多，例如比重等，可以通过测定原料比重判断氧化铝中α-Al₂O₃的含量。其次，松装密度、吸附指数、有效密度、磨损指数以及比表面积也是有效的评价指标，可以根据《GB／T6609氧化铝化学分析方法和物理性能测定方法》标准当中规定的方法进行不同指标的检测。
结束语：

部分产品的优异性能来自于氧化铝的优异特性，因此氧化铝在部分产品的生产中应用广泛。同时，氧化铝的纯度、颗粒度与微观形状、流动性与分散性、可塑性与烧成收缩等理化特性会对产品造成不同的影响，在生产过程中需科学把控氧化铝的添加量。

参考文献：

[1]陶玲. 氧化铝化学元素的应用与检测[J]. 化工设计通讯, 2018, v.44；No.194(08):80+86.

[2]郭子添, 阮恒, 王富丽,等. 过氧化氢生产中失活氧化铝的再生及其理化性能[J]. 无机盐工业, 2016, 48(005):66-70.

[3]高峰, 王宏. 试析氧化铝生产过程中高浓度碱液的分析检测[J]. 中国金属通报, 2018, 995(08):94-95.

[4]陈志银. 基于Honeywell DCS控制系统实现氧化铝焙烧炉生产中仪表检测斜率保护、坏点判断、比较控制的开发与应用[J]. 中国化工贸易, 2017, 9(002):176.