摘要：在经济社会的发展中，氧化铝作为国际化的资源型商品，由于其物理化学的特殊性，逐渐显现出其对工业制造业的重要性。在氧化铝的工业生产中，由于目前技术的局限性，并不能彻底地分离且去除杂质。因此氧化铝的质量检测成为最重要的环节。本文将阐述氧化铝的应用和检测方法。
关键词：氧化铝；检测方法；应用；工业制造
1 氧化铝的概述
1.1 基本特性及生产方式
根据国际纯粹与应用化学联合会命名法，将铝和氧的化合物，其结构式为Al2O3，称为氧化铝。纯净的氧化铝呈白色的无定形粉末状，在工业、制陶业和材料学上又称为矾土。它的有较高的熔沸点，不溶于水，有很好的绝缘性。另外由于其两性氧化物的特性，它能很好的溶于无机酸和碱性溶液中。
到目前为止，发现了10余种结晶状态的氧化铝，从已经确定的类型中，主要以α型和γ型两种变体存在。α-氧化铝亦称刚玉结构，是氧化铝晶体结构中最为稳定的一种。γ-氧化铝多为水铝矿及氢氧化铝等氧化铝水化物在脱水过程中生成的过度氧化铝。在对氧化铝晶体分子结构的分析中发现，氧离子形成类六方紧密排列的结构。
在氧化铝的工业生产中，主要是从铝土矿中提取氧化铝并与杂质分离的过程。由于自然界中铝土矿的种类丰富，因此对于不同类型的铝土矿衍生出了多种不同的生产方法，以酸法、碱法和电热法等为主。
1.2 发展历史
由于氧化铝的特性以及近代依赖复合材料学的兴起，氧化铝逐渐演变为国际化的大宗原材料商品，且价格和需求量还在不断上升。随着我国工业制造产业结构的完善，我国对于氧化铝的需求量更是进一步的提升。过去五年，我国氧化铝的产量快速提高，达到了7253.06万吨，同时原铝（电解铝）的产量也以稳定的速度上升。
数据来源于国家统计局
2 氧化铝的应用
由于氧化铝高熔点、高硬度、耐腐蚀以及良好的绝缘性等物理性质，其在工业和制造业多个领域都有广泛的应用，进入到百姓生活的方方面面。
2.1 陶瓷和复合材料
现实生活中对于绝缘材料，高硬度材料有极大的需求。由于氧化铝的物理特性，在工业生产中，在陶瓷的生产过程中，加入合适的氧化铝粉末能够有效地改善陶瓷本身的硬度，耐磨等。同时还会降低陶瓷的烧结温度，极大地解决了陶瓷低温条件下可塑性的问题，这可能与氧化铝粉末的超塑性有极大的关系。现如今为了材料具备更多实际需求的特性，在材料的合成锻造过程中，就会加入氧化铝粉末，从而使新合成的材料具备氧化铝的部分特性，比如铝合金超细氧化铝复合材料等。
2.2 表面的防护层材料
金属铝在空气中极易被氧化在其表面形成一层氧化铝薄膜，起到保护金属的作用。研究发现，这种氧化铝薄膜是由氧化铝粒子组成的透明材料，能够显著提高金属表面的硬度、耐磨性以及耐腐蚀性，同时还具有防尘、防水等功能。工业生产制造过程中，在有需求保护的材料表面涂上氧化铝薄膜就能有效地缓解机器元件的磨损、腐蚀等，从而延长了产品的使用寿命。
2.3 催化和吸附材料
在工业生产中，氧化铝可以作为催化剂使用。它能将硫化氢废气转化为炼油厂单质硫；它也有利于醇脱水成烯烃。氧化铝作为许多工业催化剂的催化剂载体，如脱硫和一些聚合反应中使用的催化剂。另外由于氧化铝粉体比表面积大等特点，氧化铝被广泛用于从气体中除去水分。
2.4 生物及医学的应用
氧化铝的纳米材料在生物和医学上的研究逐渐兴起，这一领域的开创，为生命科学提供了新的手段。氧化铝生物陶瓷在生理环境中基本上不发生腐蚀，具有良好的结构相容性。
新生组织能够长入多孔的生物陶瓷中，使其与机体组织之间的结合强度显著提高，并且具有摩擦系数小，磨损率低等优点。因此在医学临床上应用比较广泛，多见于制作承力的人工骨、关节修复等。
2.5 其他应用
在许多玻璃的制造中，氧化铝是成分之一；由于氧化铝的硬度和强度，其可应用于研磨切削行业，防弹材料；为达到防腐蚀的目的，在油漆中加入氧化铝；另外在半导体材料中，也有氧化铝的身影。
3 氧化铝化学元素的检测方法
由于氧化铝在工业制造的各个领域有广泛的应用，因此为了能够得到合格且高品质的氧化铝，在国家的检测标准中有大篇幅的内容来介绍相关氧化铝中杂质的检测方法。大致分为分光光度法、火焰原子吸收光谱法、电感耦合等离子体原子发射光谱法、X射线荧光光谱法。
3.1 分光光度法
分光光度计法在氧化铝化学元素的检测中有很高的使用频率，其主要是利用每种物质能够吸收特有波长的光，通过后续数据的计算分析，从而定量的计算出氧化铝产品中所含杂质的量。这种在整个测量过程中具有分辨率高的优点，同时由于分光光度计可见光波长的范围较广，因此其使用范围较广。目前在氧化铝国家检测标准GB/T 6609系列标准中，有多个项目采用此方法。比如，镧-茜素络合酮分光光度法测定氟含量，N，N-二甲基对苯二胺分光光度法测定硫酸根含量，丁基罗丹明B分光光度法测定三氧化二镓含量，钼蓝分光光度法测定五氧化二磷含量以及钼蓝光度法测定二氧化硅含量，邻二氮杂菲光度法测定三氧化二铁含量等。
3.2 火焰原子吸收光谱法
在国家的检测标准 GB/T 6609系列标准中，火焰原子吸收光谱法的操作相对较为复杂但也是化学分析领域中一种极其重要的分析仪器，是利用被测元素的基态原子特征辐射线的吸收程度进行定量分析的方法，既可进行常量分析又能进行微量测定。氧化铝产品溶样后，经乙炔等火焰加热处理，并在杂质对应波长下，利用原子吸收光谱仪进行测定，以此来计算该杂质的含量。此法操作过程中对实验试剂的纯度要求较高，且有一定难度，但检出限低，检测结果的可靠性较高。此方法多适用于氧化铝中其他氧化物的检测，比如，氧化锌、氧化锂、氧化镁、一氧化锰和氧化钙等。
3.3 微量元素的检测
在氧化铝微量元素的检测多采用更为先进的检测方法，如X射线荧光光谱法、电感耦合等离子体原子发射光谱法等。
3.3.1 X射线荧光光谱法
在氧化铝检测前经无水四硼酸锂和偏硼酸锂混合熔融，以消除矿物效应和粒度效应，并铸成适合X射线荧光光谱仪检测的玻璃片。在检测过程中，只需要借助仪器检测玻璃片中的荧光X射线强度即可。此方法具有分辨率高，适应性广、灵敏度高、分析速度快、制样简单等优点。GB/T 6609.30规定了钠、钾、钙、硅、铁、钛、锰、磷、锌、钒、镓等多种元素氧化物的检验，有关文献证明该方法是一种高效、快速，可用于分析氧化铝原料中微量元素的定量分析方法。
3.3.2 电感耦合等离子体原子发射光谱法
电感耦合等离子体光谱仪以其灵敏度高、简便、快速、多元素同时测定等优点正在各行各业广泛应用。GB/T 6609.1规定了对氧化铝中钠、钾、钙、硅、铁、钛、锰、锌、铜、钒、镉、硼等多种微量元素的检验，将氧化铝的检测样品置于聚四氟乙烯密封容器中加盐酸恒温溶解，或将试样置于微波消解系统中用硫酸高温高压溶解，将溶解后的溶液引入电感耦合等离子体光谱仪，并以氩等离子体光源激发，进行光谱测定，以基体匹配法校正基体对检测的影响，需注意的是氧化铝在溶样过程中使用的酸会对检验结果产生影响，因此检验过程中对酸的性质有着苛刻的要求。
4 结束语
氧化铝作为新兴的材料，国家从政策上要不断推进对其的更多应用，同时为了保证产品的高质量，更要加大对其质量的检测管理。
参考文献：
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[2] 康月明, 赵丽斌, 李璐, et al. 氧化铝纳米晶陶瓷研究进展[J]. 材料导报, 2018, 32(Z2):92-96.