什么是煅燒氧化鋁?什么是人造剛玉?

【專家解說(shuō)】：氧化鋁、剛玉、紅寶石和藍(lán)寶石雖然名稱各異，其形態(tài)、硬度、性質(zhì)、用途也不相同，貴賤更是相距甚遠(yuǎn)，但是它們的化學(xué)成份卻完全相同，皆是氧化鋁． 一．氧化鋁 純凈的氧化鋁是白色無(wú)定形粉末，俗稱礬土，密度3.9-4.0g/cm3，熔點(diǎn)2050℃、沸點(diǎn)2980℃，不溶于水，氧化鋁主要有α型和γ型兩種變體，工業(yè)上可從鋁土礦中提?。? 鋁土礦（Al2O3·H2O和Al2O3·3H2O）是鋁在自然界存在的主要礦物，將其粉碎后用高溫氫氧化鈉溶液浸漬，獲得鋁酸鈉溶液；過(guò)濾去掉殘?jiān)?，將濾液降溫并加入氫氧化鋁晶體，經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間攪拌，鋁酸鈉溶液會(huì)分解析出氫氧化鋁沉淀；將沉淀分離出來(lái)洗凈，再在950-1200℃的溫度下煅燒，就得到α型氧化鋁粉末，母液可循環(huán)利用．此法由奧地利科學(xué)家拜耳（K．J．Bayer）在1888年發(fā)明，時(shí)至今日仍是工業(yè)生產(chǎn)氧化鋁的主要方法，人稱“拜耳法”． 在α型氧化鋁的晶格中，氧離子為六方緊密堆積，Al3+對(duì)稱地分布在氧離子圍成的八面體配位中心，晶格能很大，故熔點(diǎn)、沸點(diǎn)很高．α型氧化鋁不溶于水和酸，工業(yè)上也稱鋁氧，是制金屬鋁的基本原料；也用于制各種耐火磚、耐火坩堝、耐火管、耐高溫實(shí)驗(yàn)儀器；還可作研磨劑、阻燃劑、填充料等；高純的α型氧化鋁還是生產(chǎn)人造剛玉、人造紅寶石和藍(lán)寶石的原料；還用于生產(chǎn)現(xiàn)代大規(guī)模集成電路的板基． γ型氧化鋁是氫氧化鋁在140-150℃的低溫環(huán)境下脫水制得，工業(yè)上也叫活性氧化鋁、鋁膠．其結(jié)構(gòu)中氧離子近似為立方面心緊密堆積，Al3+不規(guī)則地分布在由氧離子圍成的八面體和四面體空隙之中．γ型氧化鋁不溶于水，能溶于強(qiáng)酸或強(qiáng)堿溶液，將它加熱至1200℃就全部轉(zhuǎn)化為α型氧化鋁．γ型氧化鋁是一種多孔性物質(zhì)，每克的內(nèi)表面積高達(dá)數(shù)百平方米，活性高吸附能力強(qiáng)．工業(yè)品常為無(wú)色或微帶粉紅的圓柱型顆粒，耐壓性好．在石油煉制和石油化工中是常用的吸附劑、催化劑和催化劑載體；在工業(yè)上是變壓器油、透平油的脫酸劑，還用于色層分析；在實(shí)驗(yàn)室是中性強(qiáng)干燥劑，其干燥能力不亞于五氧化二磷，使用后在175℃以下加熱6-8h還能再生重復(fù)使用． 目前世界上用拜耳法生產(chǎn)的氧化鋁要占到總產(chǎn)量的90％以上，氧化鋁大部分用于制金屬鋁，用作其它用途的不到10％． 二．剛玉 自然界天然存在的α型氧化鋁晶體叫做剛玉，常因含有不同的雜質(zhì)而呈現(xiàn)不同的顏色．剛玉一般呈帶藍(lán)或帶黃的灰色，有玻璃或金剛光澤，密度在3.9-4.1g/cm3，硬度8.8，僅次于金剛石和碳化硅，能耐高溫．含有鐵的氧化物的剛玉砂叫金剛砂，呈暗灰色、暗黑色，常作研磨材料，用于制各種研磨紙、砂輪、研磨石，也用于加工光學(xué)儀器和某些金屬制品． 因天然剛玉產(chǎn)量供不應(yīng)求，工業(yè)上常將純?chǔ)列脱趸X粉末在高溫電爐中燒結(jié)制成人造剛玉，也稱電熔剛玉．它能耐1800℃以上的高溫，是制造高級(jí)特殊耐火材料的原料，有高溫下機(jī)械強(qiáng)度大，抗熱震性好，抗侵蝕性強(qiáng)，熱膨脹系數(shù)小等特點(diǎn)，用于制火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室內(nèi)襯、噴咀，雷達(dá)天線保護(hù)罩，原子能反應(yīng)堆材料，高級(jí)高頻絕緣陶瓷，冶煉純金屬和合金的坩堝，高溫發(fā)熱原件，熱電偶保護(hù)管，各種高溫爐的爐襯等．人造剛玉還用于制精密儀表軸承和金屬絲的拉絲模具．我國(guó)自1958年起就能產(chǎn)生人造剛玉了． 三．紅寶石和藍(lán)寶石 混有少量不同氧化物雜質(zhì)的優(yōu)質(zhì)剛玉就是大名鼎鼎的紅寶石和藍(lán)寶石，是制作名貴首飾的材料，其微?？芍凭軆x表和手表的軸承． 紅寶石是天然產(chǎn)的透明紅色剛玉，顏色從淡玫瑰紅至深胭脂紅，有的還略帶紫色色調(diào)，有的有星光，以呈鴿子血紅色最具有商業(yè)價(jià)值．紅色是晶體中含少量氧化鉻之故．紅寶石是寶石中的珍品，七月生辰石．紅寶石英語(yǔ)為Ruby，源出拉丁語(yǔ)ruber意為紅色，硬度為9，密度常為4g/cm3，有金剛光澤．天然紅寶石重量達(dá)1克拉的不多，超過(guò)5克拉已屬罕見(jiàn)，世界上每年開(kāi)采的紅寶石其中品質(zhì)最優(yōu)者僅占千分之一．世界天然紅寶石迄今發(fā)現(xiàn)最大的重3450克拉產(chǎn)自緬甸，世界著名的巨大星光紅寶石重138.7克拉，著名的鴿血紅寶石重55克拉．世界紅寶石最有名的產(chǎn)地是緬甸曼德拉的東北部，還有泰國(guó)、斯里蘭卡、柬埔寨．1973年在非洲肯尼亞的恩干加，1978年在澳大利亞中部阿利斯波利，70年代末在巴基斯擔(dān)的罕薩先后發(fā)現(xiàn)大型紅寶石礦藏，以上發(fā)現(xiàn)被譽(yù)為70年代世界紅寶石礦三大發(fā)現(xiàn)．我國(guó)紅寶石主要產(chǎn)地為云南、青海，數(shù)量不多質(zhì)量也不大理想． 藍(lán)寶石因其在自然界存在比紅寶石數(shù)量要多，故早在公元前800年就被人類當(dāng)作寶石．它也是天然的α型氧化鋁晶體．因含有少量鐵和鈦雜質(zhì)，顏色從很淡的藍(lán)色至深靛藍(lán)，尤以中等程度的藍(lán)色最為珍貴．天然剛玉晶體中若含少量鐵、鈷呈綠色，含釩呈翠綠，含鎳、鎂呈黃色，含錳、鐵呈褐色，這些有色剛玉一般也歸入藍(lán)寶石．藍(lán)寶石的硬度、密度、類似紅寶石，也有金剛光澤，少數(shù)有星光效果，它是九月生辰石．我國(guó)藍(lán)寶石主要產(chǎn)地為山東省昌樂(lè)縣和海南省文昌縣，此外江蘇、福建也有出產(chǎn)，雖然數(shù)量比紅寶石要大，但質(zhì)量也不甚理想．世界藍(lán)寶石主要產(chǎn)自澳大利亞和斯里蘭卡，兩國(guó)約集中了世界藍(lán)寶石資源的80％，其中澳大利亞就占60％，此外印度、緬甸、泰國(guó)、柬埔寨、馬達(dá)加斯加、俄國(guó)、南非、美國(guó)也有出產(chǎn)．美國(guó)某博物館藏有一顆重563克拉的印度星光藍(lán)寶石，色澤稍暗淡，星光完美幾乎無(wú)瑕疵．1984年在澳大利亞發(fā)現(xiàn)著名昆土蘭星光藍(lán)寶石，為歷來(lái)發(fā)現(xiàn)的最大星光剛玉，原石重1156克拉，琢磨后重733克拉，呈橢圓形如雞蛋，后為美國(guó)洛杉磯一家私人寶石公司所收藏．1996年下半年一批泰國(guó)寶石學(xué)家在非洲馬達(dá)加斯加發(fā)現(xiàn)了迄今世界上最大的一串綠寶石．他們化了一周時(shí)間挖掘一塊巨大的云母，在云母下面發(fā)現(xiàn)了一串綠寶石，共有127塊，重達(dá)數(shù)十千克，價(jià)值5千萬(wàn)美元．泰國(guó)的曼谷是日前世界上最大的紅、藍(lán)寶石加工中心，寶石的改色、雕琢工藝技術(shù)水平居世界前茅，寶石加工業(yè)是該國(guó)的支柱產(chǎn)業(yè)． 四．人造紅寶石、藍(lán)寶石 1877年法國(guó)化學(xué)家弗雷米將純氧化鋁粉末、碳酸鉀、氟化鋇和少量重鉻酸鉀作原料，在坩堝中經(jīng)高溫熔融8天，獲得小顆粒紅寶石晶體，這是人造紅寶石的開(kāi)端． 1885年在瑞士日內(nèi)瓦出現(xiàn)一些品質(zhì)優(yōu)良的人造紅寶石，據(jù)說(shuō)是有天然紅寶石碎片，加上增強(qiáng)紅色的重鉻酸鉀等經(jīng)高溫熔融制成，和天然品性質(zhì)相同．然而真正實(shí)現(xiàn)人工制造寶石并能投入規(guī)?；a(chǎn)的要?dú)w功于法國(guó)化學(xué)家維爾納葉． 維爾納葉在1891年發(fā)明火焰熔融法，并用該法試制人造寶石，成功后又用純凈的氧化鋁試驗(yàn)．在高溫馬弗爐中用倒置的氫氧吹管進(jìn)行試驗(yàn)，含有少量氧化鉻的純凈氧化鋁細(xì)末慢慢落入火焰中熔化，滴在基座上冷凝結(jié)晶．經(jīng)過(guò)十年的努力，1904年維爾納葉正式制造出了人造紅寶石，以后火焰熔融法逐漸完善，生產(chǎn)出的紅寶石和天然品幾乎無(wú)差別．該法一直沿用到現(xiàn)代，至今仍是世界生產(chǎn)人造寶石的主要方法，人稱“維爾納葉法”?，F(xiàn)在只要數(shù)小時(shí)就能制造出100克拉以上的紅寶石原石，外觀呈倒梨形或胡蘿卜形的人造剛玉晶體，質(zhì)地純凈，顏色透明度甚至超過(guò)天然品，經(jīng)濟(jì)效益巨大．現(xiàn)代維爾納葉法不僅能生產(chǎn)從淺粉紅色至深紅色的紅寶石，還能生產(chǎn)各種顏色的藍(lán)寶石，甚至還能生產(chǎn)帶有星光的紅寶石和藍(lán)寶石，真是巧奪天工． 人造紅、藍(lán)寶石不僅在外觀上，而且在理化、光學(xué)性質(zhì)上也和天然品完全一致，但價(jià)格僅為天然品的1/3到1/20，只有在顯微鏡下才能發(fā)現(xiàn)人造寶石中微小的空氣泡呈圓形，天然品中空氣泡為扁形這一細(xì)微的差別．我國(guó)現(xiàn)在的人造剛玉年產(chǎn)量達(dá)70t，顏色有紅色、藍(lán)色、無(wú)色，生產(chǎn)耗電量大，每生產(chǎn)1kg剛玉耗電量在1200至1400kw/h． 本世紀(jì)六十年代科學(xué)家研制成功紅寶石單晶體，為激光技術(shù)的發(fā)展提供了物質(zhì)基礎(chǔ)，世界上第一臺(tái)產(chǎn)生激光的儀器就是用紅寶石單晶制成的．