摘要：本文以鋁酸鈣礦粉為原料，經(jīng)純堿溶解、中和制得氫氧化鋁，再經(jīng)酸溶生產(chǎn)出高鹽基度純聚合氯化鋁。產(chǎn)品質(zhì)量滿足聚合氯化鋁國標(biāo)GB15892-95飲用水處理優(yōu)等品要求，除用于水處理外，產(chǎn)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(jù)國標(biāo)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(luò)合鋁等統(tǒng)稱聚合氯化鋁，表達(dá)式[Al2(OH)nCl6-n]m。它是一種無機(jī)高分子鋁的聚合物，已廣泛用于生活飲用水、工業(yè)用水、工業(yè)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(zhì)（如鐵、鈣、鈉、鎂等鹽），導(dǎo)致在其它方面應(yīng)用受到限制。
生產(chǎn)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(chǎn)的主要原料也較多，常用的有：（1）單質(zhì)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(chǎn)；（B）以硫酸鋁、三氯化鋁為原料，采用凝膠法生產(chǎn)等形式，才能生產(chǎn)出較純聚合氯化鋁，但是以上生產(chǎn)形式，要么生產(chǎn)成本較高，要么產(chǎn)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(jīng)堿溶、中和生產(chǎn)氫氧化鋁，再經(jīng)鹽酸溶解，生產(chǎn)出高鹽基度、純聚合氯化鋁，產(chǎn)品質(zhì)量滿足聚合氯化鋁國家標(biāo)準(zhǔn)GB15892-95飲用水處理優(yōu)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(chǎn)流程及反應(yīng)原理
鋁酸鈣礦粉與碳酸鈉溶液反應(yīng)，得偏鋁酸鈉溶液：在偏鋁酸鈉溶液中通入經(jīng)凈化處理的鍋爐生產(chǎn)的二氧化碳?xì)怏w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(chǎn)品，烘干后得固體聚合氯化鋁產(chǎn)品。具體的工藝流程見圖1。
具體反應(yīng)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(guī)格
1.鹽酸：工業(yè)級，滿足GB320-83要求。
2.碳酸鈉：工業(yè)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(chǎn)步驟
1.偏鋁酸鈉溶液的生產(chǎn)
（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(jìn)行等當(dāng)量反應(yīng)，得到偏鋁酸鈉溶液。
（2）反應(yīng)溫度：控制反應(yīng)溫度100-110℃。
（3）反應(yīng)時間：當(dāng)體系的溫度達(dá)到所需溫度時，再恒溫反應(yīng)3-4h。
2.氫氧化鋁的生產(chǎn)
（1）純凈二氧化碳?xì)怏w的生產(chǎn)：工廠生產(chǎn)時，鍋爐燃煤氣體經(jīng)凈化處理，得不含固體顆粒較純的二氧化碳?xì)怏w。
（2）酸化：在偏鋁酸鈉溶液中通入二氧化碳?xì)怏w，待體系的pH=6-8時，停止反應(yīng)。
（3）氫氧化鋁的水洗、過濾：將所得氫氧化鋁進(jìn)行水洗，并過濾，待濾液無CO32-離子止。
（4）反應(yīng)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(chǎn)
將2步所得氫氧化鋁濾餅分散在水中，按照產(chǎn)品所需的鹽基度添加定量鹽酸（工業(yè)級）。然后加熱溶解，得到無色、透明、粘稠狀液體聚合氯化鋁產(chǎn)品，然后烘干，得到無色、透明晶粒狀固體聚合氯化鋁產(chǎn)品（指標(biāo)見表1）。
表1產(chǎn)品的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)
| 指標(biāo) | GB15892-95（液體） | 指導(dǎo)產(chǎn)品（液體） | GB15892-95（固體） | 指導(dǎo)產(chǎn)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(xué)分析
用本工藝生產(chǎn)聚合氯化鋁的化學(xué)分析包括：原料、半成品、成品分析。原料：鹽酸按GB320-83進(jìn)行；碳酸鈉按GB210-80進(jìn)行；鋁酸鈣礦粉按GB6900-86進(jìn)行。半成品：偏鋁酸鈉按滬Q/HG02-7865進(jìn)行；氫氧化鋁按GB/T6610-86進(jìn)行。成品：聚合氯化鋁按GB15892-95進(jìn)行。
六、生產(chǎn)成本分析
本文工藝以鋁酸鈣礦粉為主要原料，經(jīng)堿溶生產(chǎn)聚合氯化鋁，原料成本見表2。
表2生產(chǎn)1t固體聚合氯化鋁成本估算
| 鋁酸鈣礦粉 | 0.7t（350元） |
| 工業(yè)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(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)良；從表2可以看出：用本文工藝生產(chǎn)，工廠經(jīng)濟(jì)效益將十分顯著。
七、產(chǎn)品用途
從表1可以看出，本文工藝產(chǎn)品完全滿足聚合氯化鋁國家標(biāo)準(zhǔn)GB15892-95飲用水處理優(yōu)等品要求，故可應(yīng)用于生活飲用水處理，同樣可用于工業(yè)用水、工業(yè)廢水處理。另外產(chǎn)品達(dá)到日本專利《藥品及日用化妝品級聚合氯化鋁溶液》質(zhì)量指標(biāo)，可以在藥品及日用化妝品方面使用。
八、小結(jié)
1.以鋁酸鈣礦粉為原料、經(jīng)堿溶生產(chǎn)聚合氯化鋁，工藝可行，產(chǎn)品各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)滿足GB15892-95飲用水處理優(yōu)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?xì)怏w代替部分鹽酸，既節(jié)約了原料，又減少工廠對環(huán)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(chǎn)成本，這是一個與眾不同的創(chuàng)新點(diǎn)。
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(zhì)，有時使有害物質(zhì)含量超標(biāo)，有時使產(chǎn)品顏色變深。本文工藝生產(chǎn)的聚合氯化鋁，使該產(chǎn)品的質(zhì)量上了一個新臺階。
