高纯氧化铝粉体纯度高（Al2O3≥99.99%）、粒度细且均匀，具有优于常规材料的光、热、磁、电等特性，是现代化工附加值最高、应用最广泛的高端材料之一[1]。目前全球高纯氧化铝的年需求量约7500t，主要产地集中于欧美[2]。我国的氧化铝生产以工业氧化铝为主，产品纯度和粒度均难以满足市场需求，高品质氧化铝粉体的生产尚未实现产业化，主要依赖于进口。随着我国经济的发展，对于高纯超细氧化铝粉体的需求有增无减，因此加强对高纯、超细、低有害元素的氧化铝粉体制备研究意义重大。
高纯氧化铝粉体制备方法可分为三大类：液相法、气相法、固相法，但液相法在产品质量、生产成本及环境保护等方面均优于后两者，是最重要的氧化铝制备技术，本文重点对液相法进行分析总结。
1 高纯氧化铝粉体制备方法
1.1 结晶热解法
1.1.1 硫酸铝铵结晶热解法
硫酸铝铵法应用较广，其产品活性好，粒度均匀。精制过的硫酸铝在硫酸铵体系下进行结晶，在多次重结晶过程中硫酸铝铵被提纯，最终将提纯后的硫酸铝铵热解制得氧化铝粉体。王守平等[3]采用分段式硫酸铝铵热解法制备高纯氧化铝，所得产品为分散性良好的类球形高纯氧化铝，粒径200~300nm，有利于后续生产利用。该法的工艺简单、成本低、粉体质量高且易于大规模工业生产，但过程中易出现热溶解现象，对于钾、钙、卤素等杂质的去除困难。此外，热分解过程中产生的氨气和硫氧化物造成环境污染，是限制其发展的主要因素。对此，殷永泉等[4]对硫酸铝铵热解产生的废气进行吸收、中和、浓缩处理生产硫酸铵，可实现氧化铝生产的经济性和环保性。
1.1.2 碳酸铝铵结晶热解法
对于硫酸铝铵法的完善和改进研究是多年来人们所关注的点。基于硫酸铝铵法改进后的碳酸铝铵结晶热解法一定程度上控制了空气污染问题，在目前的工业生产中应用较多，将提纯后的硫酸铝铵与碳酸氢铵反应，转化为碳酸铝铵，避免了后续热解产生硫氧化物气体。与硫酸铝铵法相比，碳酸铝铵法的产品粉体粒度分布不均匀，有团聚现象产生，生产成本也较高。林元华等[5-7]研究表明反应物浓度、溶液pH 和添加剂等因素均会影响产品纯度和粉体质量。生产过程中需要严格控制各参数及反应条件。
1.2 水解法
1.2.1 醇铝水解法
醇铝水解法在催化剂体系下，有机醇和金属铝反应生成醇铝溶液，然后进行水解，所得高纯氢氧化铝烧结后得到高纯氧化铝[8]。针对该方法，保证氧化铝品质的技术关键有以下三点：一，保障原料纯度；二，醇铝的进一步精馏提纯，除去高熔点杂质；三，醇铝的干燥、烧结条件和粉体制备装置调控粉体的粒度。付高峰[9] 等使用铝含量大于99.9%的铝片和分析纯丙醇制备超细高纯氧化铝，需要恒温水浴加热、添加异丙醇和氯化汞作为催化剂，将生成的异丙醇铝经精馏、水解、老化、干燥、煅烧等工艺最终制得产品，工艺环节多。该法环境友好，对所得氧化铝的纯度高，但高纯度的有机醇前驱体造成生产成本高、工艺复杂、纯度难控制。
1.2.2 直接活化水解法
氯化汞活化水解法，使用氯化汞将铝片或铝屑活化，然后置于1%浓度的硫酸铝溶液中水解，将所得氢氧化铝溶胶高温干燥后得到凝胶，进一步高温处理制得氧化铝粉体。该工艺的重点在于铝的活化水解，要保证原料为高纯度的铝薄片，若水解不充分，产品中残留有单质铝，过程中引入的汞处理不好会污染环境，水解时产生的氢气排放也要考虑安全因素。高纯铝活化水解法生产周期短，所得氧化铝粉体可提高透明陶瓷的透过率和耐腐蚀性，但对原料金属铝的纯度要求较高，需要严格的过程控制以保证产品纯度，其苛刻的水解条件以及环保问题使该法仅限于实验室应用[10]。
1.3 改良拜耳法
改良拜耳法将数次脱硅、除铁后的偏铝酸钠溶液析出氢氧化铝，在高温条件下焙烧得到所需晶型的高纯氧化铝，溶液净化除杂和结晶过程均会对最终产品的纯度和粉体质量产生影响，是该法的关键。唐海红等[11]为避免溶液净化过程中铝损失，探索采用铝酸钡对铝酸钠溶液进行深度净化。此外，该法应注意对钠的脱除，在焙烧时添加矿化剂或在氢氧化铝水热转相时添加脱钠剂均是有效的除钠手段。结晶过程中溶液过饱和度、结晶温度、晶种大小等参数直接影响氧化铝的纯度及粉体质量，通过准确的控制反应条件，使结晶过程缓慢地进行，避免异常晶核的形成，有利于减少Na、Si 等杂质的夹杂。该工艺成本低，原料来源广，但过程复杂，焙烧温度高，产品获得率低，纯度也相对较低。
1.4 溶胶凝胶法
溶胶凝胶法是一种低温制备高纯氧化铝的重要方法。将高纯度的铝盐在高纯度的无机盐或有机酸中水解生成水合物前驱体透明溶胶，然后将溶胶聚合凝胶化得到透明凝胶，凝胶进一步高温加热得高纯氧化铝[12，13]。徐三魁等[14]用高纯硝酸铝在氨水体系下形成水合物前驱体制备溶胶，在凝胶化阶段投入高纯氧化铝晶种，使用三氟化铝作为添加剂，在较低温度下制得高纯纳米氧化铝。曹凯等[15]以高纯硝酸铝和乳酸作为原料，铝离子在乳酸体系中络合生成前驱体，经高温烧结后制得纳米氧化铝纤维陶瓷。据报道[16]，溶胶凝胶法生产氧化铝过程中α-氧化铝的相转化在1000℃即可发生，明显较其它方法低。该法所使用的溶剂无毒，但工艺复杂、溶剂等的纯度要求高、生产成本较高、工业化扩大生产难度大，此外粉体团聚严重，需要添加适当的表面活性剂或采用其它方法抑制团聚现象[17]。
1.5 水热合成法
水热合成法对产品的纯度和粒度控制容易，利用水溶液作为反应体系，通过加热加压增大前驱体的溶解度，高纯铝与水蒸气作用直接水解为氢氧化铝，在降温的过程中析出氧化铝，避免氢氧化铝煅烧产生硬团聚，再经干燥、煅烧等工序即可制得氧化铝粉体。Deng 等[18]首先在室温下将NaOH 溶于氨水，再缓慢加入氯化铝制得乳白色絮状前驱体，然后使用水热合成法，通过调整溶液pH 值制得一水软铝石纳米粉体。该法的缺点是设备投资大，高温高压具有一定的危险，氢氧化铝转化为氧化铝的效率低，通常需要添加晶种降低相转变温度。
1.6 沉淀法
沉淀法分为三类：直接沉淀法得到的产品粒度不均匀，分散性差；均匀沉淀法团聚少、反应速度可控性好；共沉淀法作用于混合后的溶液，各组分混合沉淀。肖劲等[19]将硫酸铝雾化于沉淀剂碳酸铵溶液中，添加分散剂，应用沉淀-正丁醇共沸蒸馏法制备优质类球形超细α-氧化铝粉体。米晓云等[20]采用共沉淀法制备钛铝纳米粉体，产品分散性好，粒度均匀。吴志国等[21]采用共沉淀法，通过调节Al3+浓度和pH 值，获得粒径约10nm 的γ-氧化铝纳米粉。沉淀法工艺简单、成本低、易于工业化生产，但在成核结晶，前驱体的洗涤、干燥、煅烧等工序都易产生团聚现象，对于优质的粉体制备必须严格控制全过程[22]。对此，陈雪梅等[23]利用超声波抑制颗粒团聚，有效地细化了α-氧化铝，产品粒径约12nm。
1.7 其它制备方法
除上述较常用的方法外，代表性的其它方法有电火花放电法、微乳液法、等离子体法、喷雾热分解法等。电火花放电法通过高温及火花放电产生的冲击力，使金属铝转化为具有高活性的小颗粒铝，高活性铝与水反应生成氢氧化铝，再经煅烧生成氧化铝，该法产生的粉体品质好，可达微米级，不污染环境，但该法扩大困难、能耗高，难以工业化应用[24]。微乳液法可在纳米级对材料的粒径和稳定性进行精确控制，是制备纳米粒子的一种先进手段，乳化温度、表面活性剂及水箱浓度是决定粉体粒度的重要参数[25]。等离子体法温度易控，包括等离子体发生、化学反应、骤冷反应三个过程，氧化铝的热解过程较其它方法能耗低，产品粒径可控，是一种比较新颖的方法[26]。喷雾热解法通过将铝盐溶液在高温空间雾化，在短时间内完成溶剂的蒸发和铝盐的热分解，直接制得氧化铝粉体，但装置较沉淀法复杂[27]。
2 技术分析
综上所述，目前能工业应用的方法仍局限于硫酸铝铵热解法、碳酸铝铵热解法和醇铝法三种。硫酸铝铵热解法生产过程操作稳定，产品纯度可达4N，粉体比表面积大且团聚较轻，但该法最主要的瓶颈是环境污染。碳酸铝铵热解法实质为在硫酸铝铵热解法的基础上增加了碱式碳酸铝铵的合成工序，克服了硫氧化物污染，但额外增加的工序带来的是成本增加，且该法生产的产品粉体粒度及分散性均不如硫酸铝铵热解法。醇铝水解法产品纯度高，但较高的生产成本限制其在工业生产中的普及。目前仍未实现工业应用的直接活化水解法、改良拜耳法、溶胶凝胶法、电火花放电法等工艺各自主要存在生产成本高、技术条件难以控制、产品纯度较低、粉体质量差等问题。
3 结语
高纯氧化铝粉体具有普通氧化铝无法替代的性能，广泛应用于高新技术材料领域和现代化工。截至目前，大量的研究仍处于实验室阶段，已工业化应用的方法逐渐满足不了要求。高纯氧化铝粉体生产仍然存在众多问题，可分析总结为：产品纯度低、生产过程无法对粉体的形貌进行控制、粉体团聚现象严重、分散度较差、工艺复杂、生产条件苛刻、成本高、制备操控过程稳定性差。未来高纯氧化铝粉体制备应致力于：一，对已获得广泛应用的硫酸铝铵热解法和醇铝水解法环境污染和生产成本高的问题分别进行改进；二，不断研究开发高纯度（5N 以上）、高粉体质量的氧化铝制备新工艺。