摘要：本文以鋁酸鈣礦粉為原料，經純堿溶解、中和制得氫氧化鋁，再經酸溶生產出高鹽基度純聚合氯化鋁。產品質量滿足聚合氯化鋁國標GB15892-95飲用水處理優等品要求，除用于水處理外，產品還可以在食品、藥品及日用化妝品等方面使用。
一、前言
根據國標GB15892-95定義，堿式氯化鋁、羥基氯化鋁、聚合硫基氯化鋁、多聚羥基絡合鋁等統稱聚合氯化鋁，表達式[Al2(OH)nCl6-n]m。它是一種無機高分子鋁的聚合物，已廣泛用于生活飲用水、工業用水、工業廢水處理。但是，因目前市場銷售的聚合氯化鋁含有少量雜質（如鐵、鈣、鈉、鎂等鹽），導致在其它方面應用受到限制。
生產聚合氯化鋁的方法較多，目前常用的有：酸溶一步法、中和法、凝膠法、熱分解法等。生產的主要原料也較多，常用的有：（1）單質鋁（如鋁錠、鋁屑、鋁灰等）；（2）含鋁礦物（如高嶺土、鋁土礦、煤矸石等）；（3）較純含鋁化合物（如氫氧化鋁、三氯化鋁、硫酸鋁等。只有以（A）鋁錠、鋁屑、氫氧化鋁為原料、采用酸溶一步法生產；（B）以硫酸鋁、三氯化鋁為原料，采用凝膠法生產等形式，才能生產出較純聚合氯化鋁，但是以上生產形式，要么生產成本較高，要么產品的鹽基度偏低，小于或等于50%。本文以廉價的鋁酸鈣礦粉為原料，經堿溶、中和生產氫氧化鋁，再經鹽酸溶解，生產出高鹽基度、純聚合氯化鋁，產品質量滿足聚合氯化鋁國家標準GB15892-95飲用水處理優等品要求。并可在食品、藥品及日用化妝品等方面使用。
二、生產流程及反應原理
鋁酸鈣礦粉與碳酸鈉溶液反應，得偏鋁酸鈉溶液：在偏鋁酸鈉溶液中通入經凈化處理的鍋爐生產的二氧化碳氣體得氫氧化鋁沉淀，再在所得的氫氧化鋁中加入適量鹽酸制得聚合氯化鋁液體產品，烘干后得固體聚合氯化鋁產品。具體的工藝流程見圖1。
具體反應如下：
Ca(AlO2)2+Na2CO3→2NaAlO2+CaCO3↓
2NaAlO2+CO2+3H2O→2Al(OH)3↓+Na2CO3
2Al(OH)3+2HCl→[Al2(OH)4Cl2]+2H2O
三、原料規格
1.鹽酸：工業級，滿足GB320-83要求。
2.碳酸鈉：工業級，滿足GB210-80要求。
3.鋁酸鈣礦粉：Al2O3：47%-55%；CaO：25%-35%；Fe2O3：1%-6%；SiO2：5%-10%。
四、生產步驟
1.偏鋁酸鈉溶液的生產
（1）配料：將碳酸鈉配成適量濃度的溶液，并使鋁酸鈣礦粉中的Al2O3與碳酸鈉進行等當量反應，得到偏鋁酸鈉溶液。
（2）反應溫度：控制反應溫度100-110℃。
（3）反應時間：當體系的溫度達到所需溫度時，再恒溫反應3-4h。
2.氫氧化鋁的生產
（1）純凈二氧化碳氣體的生產：工廠生產時，鍋爐燃煤氣體經凈化處理，得不含固體顆粒較純的二氧化碳氣體。
（2）酸化：在偏鋁酸鈉溶液中通入二氧化碳氣體，待體系的pH=6-8時，停止反應。
（3）氫氧化鋁的水洗、過濾：將所得氫氧化鋁進行水洗，并過濾，待濾液無CO32-離子止。
（4）反應溫度：酸化、水洗、過濾整個體系，溫度控制在小于40℃。
3.聚合氯化鋁生產
將2步所得氫氧化鋁濾餅分散在水中，按照產品所需的鹽基度添加定量鹽酸（工業級）。然后加熱溶解，得到無色、透明、粘稠狀液體聚合氯化鋁產品，然后烘干，得到無色、透明晶粒狀固體聚合氯化鋁產品（指標見表1）。
表1產品的質量標準
| 指標 | GB15892-95（液體） | 指導產品（液體） | GB15892-95（固體） | 指導產品（固體） |
| Al2O3（%） | ≥12 | 16.5 | ≥32.0 | 32.32 |
| 鹽基度（%） | 60.0-85.0 | 66.5 | 60.0-85.0 | 76.7 |
| 水不溶物含量（%） | ≤0.2 | 0.1 | ≤0.5 | 0.5 |
| pH1%水溶液 | 3.5-5.0 | 4.2 | 3.5-5.0 | 4.6 |
| SO42- （%） | ≤3.5 | 未檢出 | ≤9.8 | 未檢出 |
| 氨氮（mg/L） | ≤100 | 未檢出 | ≤900 | 未檢出 |
| As（mg/L） | ≤5 | 0.7 | ≤5 | 1.3 |
| Mn（mg/L） | ≤25 | 10.2 | ≤100 | 86 |
| Cr6+（mg/L） | ≤5 | 2.3 | ≤15 | 8.6 |
| Hg（mg/L） | ≤0.2 | 0.009 | ≤0.2 | 0.01 |
| Pb（mg/L） | ≤10 | 3.2 | ≤30 | 9.6 |
| Cd（mg/L） | ≤2 | 0.01 | ≤6 | 0.01 |
五、化學分析
用本工藝生產聚合氯化鋁的化學分析包括：原料、半成品、成品分析。原料：鹽酸按GB320-83進行；碳酸鈉按GB210-80進行；鋁酸鈣礦粉按GB6900-86進行。半成品：偏鋁酸鈉按滬Q/HG02-7865進行；氫氧化鋁按GB/T6610-86進行。成品：聚合氯化鋁按GB15892-95進行。
六、生產成本分析
本文工藝以鋁酸鈣礦粉為主要原料，經堿溶生產聚合氯化鋁，原料成本見表2。
表2生產1t固體聚合氯化鋁成本估算
| 鋁酸鈣礦粉 | 0.7t（350元） |
| 工業鹽酸 | 0.80t（600元） |
| 純堿（固） | 0.20t（280元） |
| 催化劑 | （56元） |
| 原料成本 | 1286元 |
| 綜合成本 | 1950元 |
| 市售價 | 3100元/t |
注：純堿采用回收裝置，理論上是不消耗的，屆時原料成本將降低280元/t。
從表1可以看出：用本文工藝生產的產品質量優良；從表2可以看出：用本文工藝生產，工廠經濟效益將十分顯著。
七、產品用途
從表1可以看出，本文工藝產品完全滿足聚合氯化鋁國家標準GB15892-95飲用水處理優等品要求，故可應用于生活飲用水處理，同樣可用于工業用水、工業廢水處理。另外產品達到日本專利《藥品及日用化妝品級聚合氯化鋁溶液》質量指標，可以在藥品及日用化妝品方面使用。
八、小結
1.以鋁酸鈣礦粉為原料、經堿溶生產聚合氯化鋁，工藝可行，產品各項質量指標滿足GB15892-95飲用水處理優等品要求。
2.本文采用鋁酸鈣堿溶工藝，可獲得高鹽基度、純聚合氯化鋁，且以燃煤廢二氧化碳氣體代替部分鹽酸，既節約了原料，又減少工廠對環境的污染；并且使用的碳酸鈉可以回收，理論上不消耗，從而大大降低了生產成本，這是一個與眾不同的創新點。
3.鑒于目前各種制作聚合氯化鋁的方法均易帶入各種雜質，有時使有害物質含量超標，有時使產品顏色變深。本文工藝生產的聚合氯化鋁，使該產品的質量上了一個新臺階。
