當(dāng)前，有許多成熟的聚合氯化鋁廠家合成工藝，大多采用的是用鹽酸與鋁礬土、鋁酸鈣粉先后反應(yīng)合成，以及用鋁屑、氫氧化鋁等優(yōu)質(zhì)昂貴原料生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)聚合氯化鋁，前者的缺點(diǎn)是鋁礬土不易溶解，與鹽酸反應(yīng)不完全，造成原材料浪費(fèi)、渣量多，從而導(dǎo)致清理廢渣的勞動(dòng)強(qiáng)度增加，費(fèi)用增加，而且廢渣的處置使此工藝成為一個(gè)十分棘手和頭痛的污染問題;后者的缺點(diǎn)是昂貴原料成本過高。

實(shí)驗(yàn)過程

　　本實(shí)驗(yàn)從以下三個(gè)主要影響因素進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：

　　a、鹽酸濃度(質(zhì)量分?jǐn)?shù))

　　b、鹽酸與鋁酸鈣粉的質(zhì)量比

　　c、反應(yīng)時(shí)間

　　2.1鹽酸濃度

　　在聚合氯化鋁的合成過程中，鹽酸濃度是一項(xiàng)重要指標(biāo)，它直接影響到鋁酸鈣粉的溶出率，進(jìn)而影響到產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量。具體調(diào)配方案如下：將鹽酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)從5%到9%，以1%量遞增，分別與一定質(zhì)量(實(shí)驗(yàn)室定在15克)的鋁酸鈣粉反應(yīng)，合成時(shí)間暫時(shí)定在2小時(shí)，質(zhì)量比暫時(shí)定在2倍(根據(jù)有關(guān)資料)，系列實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下：產(chǎn)品氧化鋁含量(%)分別是：6.39、6.31、7.0、6.38、6.3;成本(元/噸)分別是：248.6、252.7、228.6、249.2、252.1。因此，產(chǎn)品噸成本隨鹽酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化而變化，當(dāng)鹽酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)從5%增加到7%，產(chǎn)品成本逐漸降低;當(dāng)鹽酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)從7%增加到9%，產(chǎn)品成本逐漸增加，所以，當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7%時(shí)成本低且質(zhì)量較好。

　　理論分析：鹽酸與鋁酸鈣粉合成聚合氯化鋁反應(yīng)原理是：鹽酸中的氯離子與鈣粉中的鋁和水中的氫氧根離子發(fā)生反應(yīng)，再進(jìn)一步聚合，用簡單反應(yīng)式表示為：Cl+Al+OH→[Al2(OH)nCl6-n]m ，由反應(yīng)式可以看出：聚合氯化鋁是一種高分子聚合物，它是若干個(gè)氯離子與氫氧根離子及2個(gè)鋁離子通過離子鍵能結(jié)合起來的，各個(gè)離子間有一種平衡關(guān)系，任何一種離子濃度過高或者過低都會(huì)打破這種平衡，由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，鹽酸濃度過低，不足以與鈣粉中的鋁反應(yīng)，不能充分溶出鋁;鹽酸濃度過高，由于此反應(yīng)為放熱反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)生大量熱，當(dāng)反應(yīng)還沒有結(jié)束時(shí)，鹽酸已經(jīng)大量揮發(fā)，導(dǎo)致反應(yīng)不完全、溶出率底，造成原材料浪費(fèi)、成本增加。

　　結(jié)論：鹽酸濃度(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為7%時(shí)生產(chǎn)成本低、品質(zhì)較好。

鹽酸與鋁酸鈣粉質(zhì)量比

　　在聚合氯化鋁合成過程中，鹽酸與鋁酸鈣粉的質(zhì)量比也是一項(xiàng)重要指標(biāo)，它直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量與生產(chǎn)成本。

　　根據(jù)鹽酸與鋁酸鈣粉反應(yīng)時(shí)各物質(zhì)的比例關(guān)系，鹽酸與鈣粉質(zhì)量比為2。根據(jù)這一思路，在實(shí)驗(yàn)室將質(zhì)量比從1.7到2.1遞增做了系列實(shí)驗(yàn)，將鹽酸濃度定在7%，將反應(yīng)時(shí)間暫時(shí)定在2小時(shí)，得出系列實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下：Al2O3含量(%)分別是：6.13、6.85、7.27、7.05、6.66;成本(元/噸)分別是：251、227、216、225、241。所以當(dāng)質(zhì)量比從1.7增加到1.9時(shí)噸成本呈遞減趨勢(shì);當(dāng)質(zhì)量比從1.9增加到2.1時(shí)噸成本呈遞增趨勢(shì);則質(zhì)量比為1.9時(shí)產(chǎn)品噸成本小、品質(zhì)較好。

　　理論分析：鹽酸與鋁酸鈣粉反應(yīng)時(shí)各物質(zhì)的比例關(guān)系如下：

　　WHCl=[2.147(1-B)×AAl2O3×n+1.304ACaO]×W/AHC1

　　通過計(jì)算：當(dāng)質(zhì)量比大約為2時(shí)反應(yīng)完全。如果質(zhì)量比達(dá)不到2，鹽酸量偏少，不能充分溶出鈣粉中的鋁，造成原材料浪費(fèi)，成本增加;當(dāng)鹽酸量偏高，破壞聚合氯化鋁的酸堿平衡，影響產(chǎn)品的鹽基度，實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)正好驗(yàn)證了上述反應(yīng)式的比例關(guān)系：質(zhì)量比為1.9時(shí)成本低，接近理論值2且品質(zhì)較好。

　　結(jié)論：鹽酸與鋁酸鈣粉質(zhì)量比為1.9時(shí)，生產(chǎn)成本低。

反應(yīng)時(shí)間

　　反應(yīng)時(shí)間直接影響到原材料反應(yīng)程度和聚合程度，進(jìn)而影響到產(chǎn)品質(zhì)量和成本。根據(jù)資料顯示：反應(yīng)時(shí)間一般為2小時(shí)，根據(jù)這一線索，我們將反應(yīng)時(shí)間從100分鐘以10分鐘為單位遞增到到140分鐘，噸成本分別是：235.7、229.1、218.4、219.9、220.9。因此當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為120分鐘時(shí)成本低。

　　理論分析：聚合氯化鋁的合成是一種聚合反應(yīng)，需要一定的時(shí)間。當(dāng)反應(yīng)還沒達(dá)到時(shí)間，鹽酸與鈣粉沒有反應(yīng)完全，更沒有聚合完全，使原材料沒有充分利用，造成原材料浪費(fèi)，產(chǎn)量下降，成本增加。但是，當(dāng)時(shí)間達(dá)到120分鐘后，溶出率趨于穩(wěn)定，已充分反應(yīng)完全，當(dāng)時(shí)間再增加，反而破壞了原有的聚合平衡，另外還增加了生產(chǎn)時(shí)間、浪費(fèi)了人力物力，如：水、電、蒸汽。

　　結(jié)論：反應(yīng)時(shí)間為120分鐘時(shí)，生產(chǎn)成本低。

　　終結(jié)論：生產(chǎn)成本低時(shí)的工藝是：鹽酸濃度(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為7%;鹽酸與鋁酸鈣粉質(zhì)量比為1.9;反應(yīng)時(shí)間為120分鐘時(shí)。