مواد كيميائية لمعالجة السيليكا

2025-03-27

الجزء الحمضي غير العضوي

1. حمض الهيدروكلوريك وأملاح الكلوريد

a. حمض الهيدروكلوريك

أحد أشهر الأحماض غير العضوية، لديه قابلية ذوبان جيدة لأكاسيد الحديد والمعادن الطينية. يتم استخدامه على نطاق واسع بسبب انخفاض سعره وتأثيره الواضح والحدسي. سواء كان ذلك في النقع لإزالة الجلد الأصفر في لوح الكوارتز، أو النقع بالرمل عالي النقاء، فإن حمض الهيدروكلوريك هو المفضل.

معالجة مياه الصرف الناتجة عن حمض الهيدروكلوريك بسيطة نسبيًا. تحييد المحلول باستخدام قلوي إلى الحيادية وإعادة الترسيب يمكن أن يلبي المعايير الوطنية للتصريف. ومع ذلك، بين حالات حماية البيئة بشأن تلوث الأحماض في أماكن مختلفة، يعتبر تلوث مياه الصرف التي تحتوي على حمض الهيدروكلوريك هو الأكثر شيوعًا.

لماذا؟

يتطلب تحييد مياه الصرف الناتجة عن حمض الهيدروكلوريك استهلاك القلويات. باستخدام الجير السريع الشائع الاستخدام كمثال، وفقًا للتوازن الكيميائي، فإن السائل النفايات الناتج عن طن واحد من حمض الهيدروكلوريك الصناعي بنسبة 31% يستهلك نظريًا حوالي 0.25 طن من الجير السريع. في الواقع، لأن الجير السريع لا يذوب بالكامل، إذا شارك 50% من الجير السريع في التفاعل، يتم استهلاك حوالي 0.5 طن من الجير السريع للسائل النفايات الناتج عن طن واحد من حمض الهيدروكلوريك الصناعي. سعر طن واحد من حمض الهيدروكلوريك الصناعي يتراوح بين 100-400 يوان، والسعر المرجعي المتوسط هو 300 يوان؛ سعر طن واحد من الجير السريع يتراوح بين 400-1000 يوان، والسعر المرجعي المتوسط هو 700 يوان. ثم يمكننا أن نعرف أن تكلفة استخدام طن واحد من حمض الهيدروكلوريك هي 300 يوان، وتكلفة الجير لمعالجة مياه الصرف هي 350 يوان، وتجاوزت تكلفة معالجة مياه الصرف تكلفة استخدام حمض الهيدروكلوريك. بعض المؤسسات غير القياسية، من ناحية، لا تمتلك مرافق لمعالجة مياه الصرف، ومن ناحية أخرى، لا ترغب في تحمل تكاليف أعلى، مما يؤدي إلى حدوث حوادث تلوث من تصريف الحمض بشكل مباشر بشكل متكرر.

عموماً، قال ماركس: "من أجل 100% ربح، يجرؤ رأس المال على انتهاك جميع قوانين البشر".

b. أملاح الكلوريد

أملاح الكلوريد الشائعة، مثل كلوريد الصوديوم، كلوريد البوتاسيوم، كلوريد الليثيوم، كلوريد الكالسيوم، كلوريد المغنيسيوم، يمكن استخدامها للتطعيم والتنقية لرمل الكوارتز، ويمكن أيضًا استخدامها للتكلور والتحميص والتبييض في المعادن غير المعدنية مثل الكاولين.

تشير بعض الأدبيات إلى التكلور والتنقية لرمل الكوارتز باستخدام كلوريد الأمونيوم، الهيدروجين الكلوري، الكلور أو رباعي كلوريد الكربون.

2. حمض الكبريتيك وكبريتات

حمض غير عضوي ثنائي ذو خاصية أكسدة قوية ونقطة غليان عالية. نقطة غليان حمض الكبريتيك المركّز هي 338 درجة مئوية، وهو غير متطاير في الظروف العادية، لذلك لا يُستخدم على نطاق واسع مثل حمض الهيدروكلوريك في التطبيقات التي تتطلب معالجة رذاذ الحمض. ميزة نقطة الغليان العالية هي أنه يمكن معالجة المعادن قبل تسخينها إلى نقطة الغليان (مثل حوالي 300 درجة مئوية) دون استخدام وعاء عالي الضغط. يمكن أن تؤدي مثل هذه الظروف المتطرفة إلى تحلل بعض المعادن التي لا يمكن إذابتها بحمض الهيدروكلوريك. بالطبع، تتطلب هذه الحالة متطلبات عالية على المواد واحتياطات السلامة، وهو ما نادراً ما يُرى في الإنتاج الفعلي، ولكن أكثر في المختبر.

تذكر بعض الأدبيات استخدام أملاح حمض الكبريتيك وتكلس رمل الكوارتز لتقليل محتوى التيتانيوم في رمل الكوارتز. تؤدي المعالجة بأملاح الأمونيوم من حمض الكبريتيك إلى تقليل محتوى الحديد في رمل الكوارتز.

معالجة مياه الصرف الحمضية لحمض الكبريتيك والسلفات تشبه معالجة مياه الصرف بحمض الهيدروكلوريك، والتي يمكن أن يتم تحييدها باستخدام القلويات.

3. حمض الهيدروفلوريك وأملاح الفلورايد

حمض الهيدروفلوريك وحيد القاعدة الضعيف، بفضل قدرته الفائقة على التفاعل، أصبح قاتلًا كبيرًا لتنقية رمل الكوارتز. في ظل ظروف معينة، يتفاعل حمض الهيدروفلوريك مع معظم المعادن الشائبة، بما في ذلك رمل الكوارتز. لذلك، عندما تكون تركيزات حمض الهيدروفلوريك مرتفعة جدًا، يجب الانتباه إلى فقدان رمل الكوارتز. تُستخدم الأحماض المختلطة من حمض الهيدروفلوريك وحمض الهيدروكلوريك أو حمض الكبريتيك أو حمض النيتريك كنظم أحماض مختلطة شائعة. في مجال صناعة النفط، تعتمد المعادن غير المعدنية مثل الجرافيت وكربيد السيليكون أنظمة الأحماض المختلطة التي تحتوي على حمض الهيدروفلوريك.

دور أملاح الفلورايد في الأنظمة المحتوية على الحمض مشابه لدور حمض الهيدروفلوريك. تُستخدم أملاح الفلورايد أيضًا كمواد مُضافة.

إن اللآلئ التي تنتجها الحضارة الصناعية البشرية لا تنفصل عن وجود حمض الهيدروفلوريك. في صناعة أشباه الموصلات، يُستخدم حمض الهيدروفلوريك بشكل أساسي لتنظيف سطح الرقاقة، أو في عملية التنظيف والنقش أثناء معالجة الشريحة. في صناعة الطاقة الشمسية، يُستخدم حمض الهيدروفلوريك في عمليات مثل تنظيف.Surface شريحة النقش. في صناعة الألواح، يُستخدم حمض الهيدروفلوريك لتنظيف الركائز الزجاجية ونقش نيتريد السيليكون وثاني أكسيد السيليكون. ومع ذلك، في صناعة رمال الكوارتز عالية النقاء، يحاول بعض الأشخاص العثور على حل "خالي من الفلور" أو حتى "خالي من الحمض". هل هذا علمي؟

بالإضافة إلى تحييد القلويات، فإن النقطة الأكثر أهمية في معالجة مياه الصرف لحمض الهيدروفلوريك هي تقليل تركيز أيون الفلورايد إلى النطاق المسموح به وفقًا للمعايير الوطنية. عملية المعالجة الإجمالية ليست معقدة، والشركات العادية قادرة على معالجة مياه الصرف لحمض الهيدروفلوريك. ومع ذلك، فإن بعض الشركات الصغيرة والمتناثرة لا تملك مرافق معالجة مياه الصرف المهنية ولا ترغب في زيادة تكاليف المعالجة، مما يؤدي إلى تصريف مياه الصرف بشكل مباشر مما يسبب تلوثًا بيئيًا. إذا تم تصريف مياه الصرف مباشرة دون معالجة، فمن السهل أن يؤدي ذلك إلى تجاوز محتوى الفلور في منطقة المياه للمعايير، وهو ما يعد السبب الرئيسي لتغير لون الفلور في بعض الأماكن.

4. الفوسفات والفوسفات

حمض ثلاثي قوي متوسط، نقطة غليان 261 درجة مئوية (تحلل). يمكن لحمض الفوسفوريك الساخن المركز تحلل معظم المعادن، مثل الكروميت، الروتيليت، الإلمنيت، وغيرها، ويمكن أن يتفاعل أيضًا مع السيليكا لتشكيل أحماض هتروبولية. يعتبر حمض الفوسفوريك هو الحمض الوحيد بخلاف حمض الهيدروفلوريك الذي يمكن أن يتفاعل مع الكوارتز.

يمكن أيضًا رؤية الملح العادي وملح الحمض لحمض الفوسفوريك في تجارب التآكل لمواد الكوارتز.

علاج مياه الصرف للحمض الفوسفوري والفوسفات يحتاج أولاً إلى معادلة القلويات، ثم يجب تقليل تركيز الفوسفات إلى النطاق المسموح به وفقًا للمعايير الوطنية.

5. حمض النيتريك والنترات

حمض النيتريك هو حمض غير عضوي قوي وله خصائص أكسدة قوية. بالنسبة لبعض الشوائب المعدنية المختزلة، يكون تأثير أنظمة الحمض التقليدية محدودًا، وبعض التفاعلات لا تحدث، وبعض التفاعلات التي تكون قابلة للتفاعل حراريًا كيميائيًا تقيد عمليًا. في هذا الوقت، إذا تم استخدام مؤكسد قوي، يمكن أن يحدث التفاعل ويمكن تسريع سرعة التفاعل بشكل كبير. ونظرًا لأن النترات عادةً ما تكون ذات قابليّة ذوبان أعلى، فإن إضافة حمض النيتريك تمنع ترسب نواتج التفاعل. الاستخدام المختلط لحامض النيتريك وأنظمة الحمض الأخرى مناسب لعلاج رمال الكوارتز المحتوية على معادن مختزلة.

دور النترات في الأنظمة المحتوية على الحمض مشابه لدور حمض النيتريك. تُستخدم النترات أيضًا كعامل مُقَوٍّ.

في معالجة مياه الصرف من حمض النيتريك والنترات، بالإضافة إلى المعادلة بالقلويات، يجب اتخاذ تدابير لتقليل محتوى النيتروجين الأموني في مياه الصرف.

المركبات العضوية

1. حمض الأوكساليك

المركب العضوي الثنائي قوي، وحموضته هي حمض متوسط القوة، وهو حمض قوي بين الأحماض العضوية. للأوكسالات تأثير تنسيق قوي وهي خالب معدني فعال. في تجربة إزالة الحديد من رمل الكوارتز، يمكن أن تحقق استخدام حمض الأوكساليك وحده، أو الجمع بين حمض الأوكساليك والموجات فوق الصوتية، أو الجمع بين حمض الأوكساليك وأنظمة الحمض الأخرى، نتائج أفضل في إزالة الحديد وتبييضه. هناك أيضًا الكثير من التقارير التي تذكر أن حمض الأوكساليك يُستخدم في تنقية وتبييض المعادن غير المعدنية مثل الكاولين. علاوة على ذلك، فإن كمية حمض الأوكساليك لا تحتاج إلى أن تكون كبيرة مثل تلك التي تتطلبها الأحماض غير العضوية التقليدية مثل حمض الهيدروكلوريك، ولا تحتاج فقط إلى أن تزيد عن 5% لتحقيق أقصى تأثير للتخليل. سوف يرتبط الأوكسالات بأيونات الكالسيوم والمغنيسيوم لتكوين ترسبات ذات ذوبان منخفض، لذا فإن حمض الأوكساليك له قيود معينة عند التعامل مع معادن تحتوي على محتوى عالٍ من المعادن القلوية الأرضية.

في مياه الصرف الحمضية للأوكساليك، بالإضافة إلى تأثير الحمض، فإن وجود الأوكسالات كمادة عضوية سيزيد أيضًا بشكل كبير من الطلب الكيميائي على الأكسجين في الجسم المائي. لذلك، فإن معالجة الجير هي الحل المفضل. بالإضافة إلى معادلة الحموضة، يمكن أيضًا ترسيب حمض الأوكساليك لتقليل محتوى الأوكسالات المتبقية بشكل كبير.

2. حمض الستريك وهيدروجين ستيرات الصوديوم

حمض الستريك هو مركب ثلاثي الكربوكسيل وهو حمض عضوي مهم. حمض الستريك أضعف من حمض الأوكساليك، لكنه حمض قوي بين الأحماض العضوية. يمتلك حمض الستريك وأملاحه قدرة خلبية قوية في النطاق الحمضي، ويمكن أن يخلب معظم أيونات المعادن الثلاثية والثنائية. نطاق الاستخدام المناسب هو pH=4～8. المركب المتشكل من حمض الستريك وأيون الحديد له ذوبان منخفض وسيتكون منه راسب في الماء. لزيادة قابليته للذوبان، يتم إضافة كمية مناسبة من ملح الأمونيوم لتكوين مركب ذو ذوبان أعلى.

أكبر صعوبة في معالجة مياه الصرف الصحي لحمض الستريك وغيرها من المركبات العضوية هي تقليل الطلب الكيميائي على الأكسجين. تدخل كمية كبيرة من المواد العضوية إلى مياه الصرف ، مما يؤدي إلى ارتفاع الطلب الكيميائي على الأكسجين. يتطلب تقليل الطلب الكيميائي على الأكسجين معدات ومواقع مهنية، مثل برك الأكسدة الكيميائية وبرك الأكسدة البيولوجية، حيث أن الاستثمار الرأسمالي وصعوبة المعالجة فيها أكبر بكثير من تلك الخاصة بمرافق تحييد الحمض والقاعدة.

3. حمض الإيثيلينديامين تتراهيدروكسيتيك (EDTA) وملحه الصوديومي

EDTA وملحه الصوديومي هما عاملان معقدان مهمان، يتمتعان بمجموعة واسعة من الخصائص التنسيقية ويمكنهما تشكيل معقدات مستقرة مع تقريبًا جميع أيونات المعادن. يُستخدم في بيئة محايدة وضعيفة القلوية، ولديه قدرة ضعيفة على التآكل. إنه مناسب لإزالة معادن الطين والشوائب من أكسيد الحديد في الأفلام الرقيقة.

4. عوامل معقدة أخرى

مثل حمض الأسيتيك، حمض الساليسيليك، حمض البوليفوسفون العضوي، وما إلى ذلك، تكون الحموضة نسبياً ضعيفة، لكن القدرة على التكوين متميزة، ويمكن استخدامها كعامل معقد.

لا يزال غير معروف ما إذا كان هناك حل أفضل لمعالجة الرمال الكوارتزية كيميائياً. ولكل مادة مزايا وعيوب معينة، وعادةً ما يتم خلط عدة مواد لتحقيق أفضل تأثير. إن التأثير المشترك لاستخدام مواد مختلفة، وما إذا كانت خطة العلاج تتناسب مع هدف العلاج، هي عوامل يجب أن نأخذها في الاعتبار عند التعامل مع الرمال الكوارتزية. أتمنى أن يتكيف الجميع مع الظروف المحلية ويستخدم أفضل خطة علاج مناسبة.