由于氧化鋁的兩屬性,因而既可以用堿性溶液,也可以用酸性溶液使鋁礬土中的氧化鋁溶出。Al₂O₃的生產(chǎn)方法大致可分為堿法、酸法、酸堿聯(lián)合法和熱法等。但工業(yè)上得到應(yīng)用的只有堿法。堿法是用堿(工業(yè)燒堿或純堿Na2CO3)處理鋁礬土,使礦石中的氧化鋁轉(zhuǎn)變?yōu)殇X酸鈉溶液,鐵、鈦等雜質(zhì)和絕大部分的硅成為不溶性化合物進(jìn)入殘渣(赤泥)。凈化后的鋁酸鈉溶液可分解析出氫氧化鋁。
堿法生產(chǎn)氧化鋁又有拜爾法(Bayerprocess)、堿石灰燒結(jié)法和拜耳-燒結(jié)聯(lián)合法等多種流程,用于適應(yīng)不同種類的鋁礬土礦石類型。
工業(yè)氫氧化鋁或氧化鋁在1200-1700℃下焙燒制得α-氧化鋁,其結(jié)晶化程度由煅燒溫度、煅燒時間、保溫時間、添加劑含量等共同決定,燒制方法是由拜耳法改進(jìn)而來。燒成的原料具有化學(xué)穩(wěn)定性好、耐高溫與耐磨等優(yōu)良特性,廣泛應(yīng)用于機(jī)械設(shè)備、電子、高溫陶瓷等方面。燒制的設(shè)備一般是回轉(zhuǎn)窯、隧道窯、梭式窯、倒焰窯。
活性氧化鋁的制備方法是將拜耳法生產(chǎn)的工業(yè)氫氧化鋁在250-400℃條件下加熱脫水制得,但雜質(zhì)含量較高,孔容、孔徑難以改善。另一種方法是通過中和鋁鹽或鋁酸鈉溶液或由醇鋁分解獲得鋁膠、擬薄水鋁石或者一水軟鋁石,然后在400-600℃活化而制得, 活性氧化鋁的制備方法主要有有機(jī)醇鋁水解法、酸法和堿法。
α-Al₂O₃也叫高溫氧化鋁、煅燒氧化鋁,晶型為三方晶系,相對分子質(zhì)量為101.96。α-Al₂O₃物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,白色粉末、熔點為2050℃,沸點為2980℃,線膨脹系數(shù)為8.6×10⁻⁸K⁻1,熱導(dǎo)率為0.2888W/(cm·K)。α-Al₂O₃具有比表面積小、粒度均勻、易于分散、硬度大(莫氏硬度為9.0)、吸水率低(≤2.5%)、絕緣性能好、機(jī)械強度高、耐磨和耐熱沖擊性能強,以及不溶于水,微溶于酸、堿,易燒結(jié)和耐腐蝕等優(yōu)良性能。
Naβ-氧化鋁是由5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))Na2O和95%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))Al₂O₃組成的化合物Na2O·11Al₂O₃。其晶粒尺寸小且分布均勻,熔點約為2000℃,折射率ε占為1.635~1.650,體積密度為3.25g/cm3,氣孔率低(燒結(jié)度>97%),機(jī)械強度高,耐熱沖擊性能好,晶界阻力小[α軸膨脹系數(shù)約為5.7×10-6、c軸膨脹脹系數(shù)約為7.7×10-6],離子電導(dǎo)率高(300℃時電阻率為35Ω·cm)。
活性氧化鋁主要呈γ、ρ等晶型,是高分散度、多孔性的固體物料,屬于過渡形態(tài)的氧化鋁。具有很大的比表面積和孔容量。吸附性能好,表面呈酸性。且熱穩(wěn)定性優(yōu)良,同時具有高的機(jī)械強度與耐熱性、較強的抗燒結(jié)能力,比表面積為250~350 m2/g。多用于吸附和催化兩個領(lǐng)域。活性氧化鋁可以作為氧化鋁球,用作吸附劑。做為催化劑和催化劑載體,主要用于橡膠、石油化工領(lǐng)域。ρ-Al₂O₃用于耐火材料結(jié)合劑,尤其是無水泥澆注料,還可以做為活性氧化鋁及其他催化劑的粘結(jié)劑。
板狀氧化鋁國內(nèi)也稱板狀剛玉,是一種純凈的、不添加如MgO、B2O3等任何添加劑而燒成收縮徹底的燒結(jié)氧化鋁,具有結(jié)晶粗大、發(fā)育良好的α-Al₂O₃晶體結(jié)構(gòu)。板狀氧化鋁具有以下特殊性能:①熔點高,約2040℃;②晶粒硬度大,莫氏硬度9,努譜硬度(Knoop)2000;③耐化學(xué)侵蝕,除氫氟酸和磷酸外,大多數(shù)堿與礦物酸對板狀氧化鋁不起作用;④由于其不存在顯微裂紋和大的內(nèi)部氣孔,其強度較高;同時,受熱沖擊時其強度下降不多,因而熱震穩(wěn)定性較好;⑤高導(dǎo)熱性和高電阻率,在高頻與高溫下具有良好的電性能。
納米材料是指在三維空間中至少有一維處在納米尺度范圍(1nm—100nm)或由他們作為基本單元構(gòu)成的材料。納米材料具有表面與界面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)特性,具有一般材料所沒有的優(yōu)良特性,納米材料廣闊的應(yīng)用前景引起了世界的廣泛關(guān)注。納米氧化鋁呈球形,粒度分布均勻,易燒結(jié),在熱、電、催化方面顯示廣闊的應(yīng)用前景。納米氧化鋁的制備方法主要有氣相法、液相法和固相法,具體有銨明礬熱解法、溶膠一凝膠法、化學(xué)氣相沉積法等。