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聚合氯化铝的制备是以含铝原料为基础，通过酸溶、水解聚合反应形成无机高分子絮凝剂的过程，核心在于控制铝离子的水解聚合程度。以下是其工业制备的典型流程和原理：
一、核心原料选择
铝土矿（主要成分 Al₂O₃）：较常用原料，需粉碎、焙烧去除杂质（如铁、硅）。
铝灰 / 铝渣：铝加工废料，含金属铝和氧化铝，成本低但杂质较多。
氢氧化铝 [Al (OH)₃]：高纯度原料，用于饮用水级 PAC，成本较高。
盐酸（HCl）：作为酸溶介质，浓度为 20% - 30%。
二、制备关键步骤
酸溶反应：铝源溶解反应原理：铝源与盐酸反应生成氯化铝（AlCl₃）溶液。铝土矿：Al₂O₃ + 6HCl → 2AlCl₃ + 3H₂O
铝灰（含 Al）：2Al + 6HCl → 2AlCl₃ + 3H₂↑
条件控制：温度 80 - 120℃，反应时间 2 - 4 小时，盐酸过量以确保铝源充分溶解。
水解聚合：形成高分子核心反应：氯化铝溶液在碱性条件下（加入碱性物质如 Ca (OH)₂、NaHCO₃或直接通蒸汽）水解，铝离子通过羟基（-OH）桥联形成聚合链。水解：Al³⁺ + nH₂O ⇌ Al (OH)ₙ^(3 - n)+ + nH⁺
聚合：m [Al₂(OH)ₙCl₆₋ₙ] → [Al₂(OH)ₙCl₆₋ₙ]_m（高分子聚合物）
关键参数：碱化度（B）：衡量羟基含量，B = n/3×（控制在 40% - 80%，B 越高絮凝效果越强，但稳定性下降）。
pH 控制：水解初期 pH≈1 - 2，聚合阶段升至 4 - 5，避免生成 Al (OH)₃沉淀。
熟化与干燥熟化：聚合后的溶液需静置 12 - 24 小时，使高分子链充分增长，提高絮凝活性。
干燥成型：滚筒干燥：低成本，适合工业废水处理，但纯度较低（PAC 含量 25% - 28%）。
喷雾干燥：高温雾化干燥，产品纯度高（PAC 含量≥30%），溶解性好，多用于饮用水处理。
三、工艺类型对比
工艺类型原料特点产品优势应用场景
酸法常压 铝灰、低品位铝土矿 成本低，适合大规模生产 工业废水处理
加压酸溶 高品位铝土矿 反应效率高，杂质少 市政污水、饮用水预处理
氢氧化铝法 高纯度 Al (OH)₃ 产品纯净，重金属含量极低 饮用水深度处理
电解法 金属铝为阳极 聚合度可控，适合高端应用 精密水处理（如电子行业）
四、核心原理总结
PAC 的制备本质是 “控制铝离子水解 - 聚合平衡”：
酸溶提供 Al³⁺原料；
碱性条件（碱化度控制）促使 Al³⁺水解生成带正电的羟基铝聚合物（如 Al₁₃O₄(OH)₂₄^7+）；
聚合度（m 值）决定分子量，影响絮凝效果（m 越大，架桥能力越强）。
五、典型应用场景对应制备工艺
饮用水处理：需高纯度，选氢氧化铝法 + 喷雾干燥（PAC 含量≥30%）。
工业废水：低成本优先，可选择酸法常压工艺，原料用铝灰或低品位铝土矿，干燥方式选滚筒干燥。
市政污水：可采用加压酸溶工艺，原料选高品位铝土矿，干燥方式根据对产品纯度要求选择喷雾干燥或滚筒干燥。
电子行业等精密水处理：采用电解法，以金属铝为阳极，可精准控制聚合度，生产出符合高端应用要求的 PAC 产品。