研究表明，聚合氯化鋁不是單一的形態(tài)組成，而是包含了單體、聚合體在內(nèi)的各種形態(tài)，按一定比例組成的復(fù)雜化合物。聚合氯化鋁實際上是在一定條件下鋁鹽在水解—聚合—沉淀反應(yīng)動力學(xué)過程的中間產(chǎn)物，其化學(xué)形態(tài)屬于多核羥基絡(luò)合物或無機高分子化合物。一般認為，聚十三鋁[Al₁₂AlO₄(OH)₂₄ ⁷⁺，Al₁₃]是聚合氯化鋁中的較佳凝聚絮凝成分，其含量可以反映制品的有效性，因而Al₁₃成為聚合氯化鋁制造工藝追求的目標(biāo)。

許多研究者運用²⁷A1-NMR研究不同濃度范圍內(nèi)鋁的形態(tài)分布，都發(fā)現(xiàn)存在一些鋁的聚合體。通常認為0.0ppm處的共振峰是鋁的單體絡(luò)合物，如Al(H₂O)₆³⁺、Al(OH)(H₂O)₅^2-、Al(OH)(H₂O)₄⁺；4.5ppm處的共振峰是Al₂(OH)₂(H₂O)₂⁴⁺；63.0±0.5ppm處的共振峰是Al₁₂AlO₄(OH)₂₄⁷⁺。

聚合氯化鋁的聚合過程是逐步進行的，其形成大致可分為3個階段，即單鋁多羥基絡(luò)合物間的氫鍵集合體；集合體中氫鍵羥基的橋聯(lián)反應(yīng)；橋聯(lián)反應(yīng)后多鋁多羥基離子的立體構(gòu)型。這3個階段均受pH值制約，也受陰離子影響。氫鍵形成是關(guān)鍵階段，它是導(dǎo)致聚合氯化鋁形成的起點，控制氫鍵數(shù)和方向常能控制有效成分的形成，從而控制其絮凝性能。

近年來，人們對Al₁₃的生成機理進行了許多研究。有人提出Al₁₃的生成需要有Al(OH)₄^-作為前驅(qū)物。作為前驅(qū)物的Al(OH)₄^-據(jù)認為是在聚合氯化鋁的制備過程中堿的加入點生成的。在加入的強堿與酸性鋁溶液的界面上將有局部較高的pH值出現(xiàn)，有可能產(chǎn)生Al(OH)₄^-，并隨后生成聚十三鋁。而當(dāng)鋁鹽直接投入水中時，由于不具備生成Al(OH)₄^-的pH值條件，故而聚十三鋁難以形成。這樣，Al(Ⅲ)在溶液中的形態(tài)就有兩種途徑：一種是鋁鹽投加到水中的溶解及自發(fā)水解過程；另一種是向鋁鹽溶液中加入強堿導(dǎo)致局部pH值的突然升高而強烈水解的過程，可稱為強制水解過程。

青島科技大學(xué)研究人員采用聚丙烯酰胺凝膠柱層析法分離純化聚合氯化鋁（PAC）中的Al₁₃形態(tài)，并采用Al-Ferron逐時絡(luò)合比色法對比研究了Al₁₃形態(tài)、PAC和Al₁₃三種樣品水解穩(wěn)定性。

研究結(jié)果表明Al₁₃形態(tài)無論是對于稀釋倍數(shù)、介質(zhì)的pH值和水解時間都具有較高的水解穩(wěn)定性，是給水和廢水處理中的一種較為有效的Al形態(tài)。綜上所述，Al₁₃形態(tài)較其它鋁形態(tài)無論是對于稀釋倍數(shù)、介質(zhì)的pH值和水解時間都具有較高的水解穩(wěn)定性。這可以進一步證實在實際水處理過程中，由于Al₁₃形態(tài)及聚集體投入水中后可在一定時間內(nèi)具有穩(wěn)定性而保持其原有形態(tài)，以其較高的電荷及較大的分子量發(fā)揮電中和及粘接架橋作用，從而取得優(yōu)良的凈水效果。