摘要：本文以铝酸钙矿粉为原料，经纯碱溶解、中和制得氢氧化铝，再经酸溶生产出高盐基度纯聚合氯化铝。产品质量满足聚合氯化铝国标GB15892-95饮用水处理优等品要求，除用于水处理外，产品还可以在食品、药品及日用化妆品等方面使用。
一、前言
根据国标GB15892-95定义，碱式氯化铝、羟基氯化铝、聚合硫基氯化铝、多聚羟基络合铝等统称聚合氯化铝，表达式[Al2(OH)nCl6-n]m。它是一种无机高分子铝的聚合物，已广泛用于生活饮用水、工业用水、工业废水处理。但是，因目前市场销售的聚合氯化铝含有少量杂质（如铁、钙、钠、镁等盐），导致在其它方面应用受到限制。
生产聚合氯化铝的方法较多，目前常用的有：酸溶一步法、中和法、凝胶法、热分解法等。生产的主要原料也较多，常用的有：（1）单质铝（如铝锭、铝屑、铝灰等）；（2）含铝矿物（如高岭土、铝土矿、煤矸石等）；（3）较纯含铝化合物（如氢氧化铝、三氯化铝、硫酸铝等。只有以（A）铝锭、铝屑、氢氧化铝为原料、采用酸溶一步法生产；（B）以硫酸铝、三氯化铝为原料，采用凝胶法生产等形式，才能生产出较纯聚合氯化铝，但是以上生产形式，要么生产成本较高，要么产品的盐基度偏低，小于或等于50%。本文以廉价的铝酸钙矿粉为原料，经碱溶、中和生产氢氧化铝，再经盐酸溶解，生产出高盐基度、纯聚合氯化铝，产品质量满足聚合氯化铝国家标准GB15892-95饮用水处理优等品要求。并可在食品、药品及日用化妆品等方面使用。
二、生产流程及反应原理
铝酸钙矿粉与碳酸钠溶液反应，得偏铝酸钠溶液：在偏铝酸钠溶液中通入经净化处理的锅炉生产的二氧化碳气体得氢氧化铝沉淀，再在所得的氢氧化铝中加入适量盐酸制得聚合氯化铝液体产品，烘干后得固体聚合氯化铝产品。具体的工艺流程见图1。
具体反应如下：
Ca(AlO2)2+Na2CO3→2NaAlO2+CaCO3↓
2NaAlO2+CO2+3H2O→2Al(OH)3↓+Na2CO3
2Al(OH)3+2HCl→[Al2(OH)4Cl2]+2H2O
三、原料规格
1.盐酸：工业级，满足GB320-83要求。
2.碳酸钠：工业级，满足GB210-80要求。
3.铝酸钙矿粉：Al2O3：47%-55%；CaO：25%-35%；Fe2O3：1%-6%；SiO2：5%-10%。
四、生产步骤
1.偏铝酸钠溶液的生产
（1）配料：将碳酸钠配成适量浓度的溶液，并使铝酸钙矿粉中的Al2O3与碳酸钠进行等当量反应，得到偏铝酸钠溶液。
（2）反应温度：控制反应温度100-110℃。
（3）反应时间：当体系的温度达到所需温度时，再恒温反应3-4h。
2.氢氧化铝的生产
（1）纯净二氧化碳气体的生产：工厂生产时，锅炉燃煤气体经净化处理，得不含固体颗粒较纯的二氧化碳气体。
（2）酸化：在偏铝酸钠溶液中通入二氧化碳气体，待体系的pH=6-8时，停止反应。
（3）氢氧化铝的水洗、过滤：将所得氢氧化铝进行水洗，并过滤，待滤液无CO32-离子止。
（4）反应温度：酸化、水洗、过滤整个体系，温度控制在小于40℃。
3.聚合氯化铝生产
将2步所得氢氧化铝滤饼分散在水中，按照产品所需的盐基度添加定量盐酸（工业级）。然后加热溶解，得到无色、透明、粘稠状液体聚合氯化铝产品，然后烘干，得到无色、透明晶粒状固体聚合氯化铝产品（指标见表1）。
表1产品的质量标准
| 指标 | GB15892-95（液体） | 指导产品（液体） | GB15892-95（固体） | 指导产品（固体） |
| Al2O3（%） | ≥12 | 16.5 | ≥32.0 | 32.32 |
| 盐基度（%） | 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 | 未检出 | ≤9.8 | 未检出 |
| 氨氮（mg/L） | ≤100 | 未检出 | ≤900 | 未检出 |
| 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、化学分析
用本工艺生产聚合氯化铝的化学分析包括：原料、半成品、成品分析。原料：盐酸按GB320-83进行；碳酸钠按GB210-80进行；铝酸钙矿粉按GB6900-86进行。半成品：偏铝酸钠按沪Q/HG02-7865进行；氢氧化铝按GB/T6610-86进行。成品：聚合氯化铝按GB15892-95进行。
六、生产成本分析
本文工艺以铝酸钙矿粉为主要原料，经碱溶生产聚合氯化铝，原料成本见表2。
表2生产1t固体聚合氯化铝成本估算
| 铝酸钙矿粉 | 0.7t（350元） |
| 工业盐酸 | 0.80t（600元） |
| 纯碱（固） | 0.20t（280元） |
| 催化剂 | （56元） |
| 原料成本 | 1286元 |
| 综合成本 | 1950元 |
| 市售价 | 3100元/t |
注：纯碱采用回收装置，理论上是不消耗的，届时原料成本将降低280元/t。
从表1可以看出：用本文工艺生产的产品质量优良；从表2可以看出：用本文工艺生产，工厂经济效益将十分显著。
七、产品用途
从表1可以看出，本文工艺产品完全满足聚合氯化铝国家标准GB15892-95饮用水处理优等品要求，故可应用于生活饮用水处理，同样可用于工业用水、工业废水处理。另外产品达到日本专利《药品及日用化妆品级聚合氯化铝溶液》质量指标，可以在药品及日用化妆品方面使用。
八、小结
1.以铝酸钙矿粉为原料、经碱溶生产聚合氯化铝，工艺可行，产品各项质量指标满足GB15892-95饮用水处理优等品要求。
2.本文采用铝酸钙碱溶工艺，可获得高盐基度、纯聚合氯化铝，且以燃煤废二氧化碳气体代替部分盐酸，既节约了原料，又减少工厂对环境的污染；并且使用的碳酸钠可以回收，理论上不消耗，从而大大降低了生产成本，这是一个与众不同的创新点。
3.鉴于目前各种制作聚合氯化铝的方法均易带入各种杂质，有时使有害物质含量超标，有时使产品颜色变深。本文工艺生产的聚合氯化铝，使该产品的质量上了一个新台阶。
