Chimici per elaborare il quarzo

2025-03-27

Parte acido inorganico

1. Acido cloridrico e sali clorurati

a. Acido cloridrico

Uno degli acidi inorganici più classici, ha una buona solubilità per gli ossidi di ferro e i minerali argillosi. È ampiamente utilizzato a causa del suo basso prezzo e dell'effetto ovvio e intuitivo. Che si tratti di decapaggio per rimuovere la pelle gialla nella lastra di quarzo, o del decapaggio della sabbia ad alta purezza, l'acido cloridrico è molto apprezzato.

Il trattamento delle acque reflue dell'acido cloridrico è relativamente semplice. Neutralizzando la soluzione con alcali fino a raggiungere la neutralità e la precipitazione, è possibile soddisfare gli standard di scarico nazionali. Tuttavia, tra i casi di protezione ambientale riguardanti l'inquinamento da acidi in vari luoghi, l'inquinamento delle acque reflue contenenti acido cloridrico è il più comune.

Perché?

La neutralizzazione delle acque reflue di acido cloridrico richiede un consumo di alcali. Prendendo come esempio la calce viva, secondo l'equilibrio chimico, il liquido di scarto prodotto da una tonnellata di acido cloridrico industriale al 31% consuma teoricamente circa 0,25 tonnellate di calce viva. In effetti, poiché la calce viva non si dissolve completamente, se il 50% della calce viva partecipa alla reazione, si consumano circa 0,5 tonnellate di calce viva per il liquido di scarto prodotto da una tonnellata di acido cloridrico industriale. Il prezzo di una tonnellata di acido cloridrico industriale è di 100-400 yuan, il prezzo medio di riferimento è di 300 yuan; il prezzo di una tonnellata di calce viva è di 400-1000 yuan, e il prezzo medio di riferimento è di 700 yuan. Quindi possiamo sapere che il costo di utilizzo di una tonnellata di acido cloridrico è di 300 yuan, il costo della calce per il trattamento delle acque reflue è di 350 yuan, e il costo del trattamento delle acque reflue ha superato il costo di utilizzo dell'acido cloridrico. Alcune imprese non standard, da un lato, non hanno impianti di trattamento delle acque reflue, e dall'altro lato, non sono disposte a sostenere costi più elevati, portando a frequenti episodi di inquinamento attraverso lo scarico diretto di acidi di scarto.

Dopo tutto, Marx disse: “Per il 100% di profitto, il capitale osa calpestare tutte le leggi umane”.

sali di cloruro

I sali di cloruro comuni, come il cloruro di sodio, il cloruro di potassio, il cloruro di litio, il cloruro di calcio, il cloruro di magnesio, possono essere utilizzati per il doping e la purificazione della sabbia di quarzo e possono anche essere utilizzati per la tostatura clorurata e sbiancamento in minerali non metallici come il caolino.

Alcuni scritti menzionano la clorurazione e la purificazione della sabbia di quarzo con cloruro di ammonio, cloruro di idrogeno, cloro o tetracloroetilene.

2.Acido solforico e solfati

Acido inorganico binario con forte proprietà ossidante e alto punto di ebollizione. Il punto di ebollizione dell'acido solforico concentrato è di 338 °C e non è volatile in condizioni normali, quindi non è così ampiamente utilizzato come l'acido cloridrico in applicazioni che richiedono il trattamento delle nebbie acide. Il vantaggio dell'alto punto di ebollizione è che i minerali possono essere trattati prima di riscaldarsi al punto di ebollizione (circa 300°C) senza utilizzare un recipiente ad alta pressione. Tali condizioni estreme possono decomporsi alcuni minerali che non possono essere dissolti dall'acido cloridrico. Naturalmente, questa situazione ha requisiti elevati sui materiali e sulla protezione della sicurezza, che è raramente vista nella produzione effettiva, ma più frequentemente in laboratorio.

Alcuni scritti menzionano l'uso di sali dell'acido solforico e la calcinazione della sabbia di quarzo per ridurre il contenuto di titanio della sabbia di quarzo. Il trattamento con sali di ammonio dell'acido solforico riduce il contenuto di ferro della sabbia di quarzo.

Il trattamento delle acque reflue acide dell'acido solforico e dei solfati è lo stesso delle acque reflue dell'acido cloridrico, che può essere neutralizzato con alcali.

3.Acido fluoridrico e sali di fluoruro

Acido monobasico debole, l'acido fluoridrico, con la sua super capacità di complessazione, è diventato un grande killer per la purificazione della sabbia di quarzo. In determinate condizioni, l'acido fluoridrico reagisce con la maggior parte dei minerali di impurità, inclusa la sabbia di quarzo. Pertanto, quando la concentrazione di acido fluoridrico è troppo alta, è necessario prestare attenzione alla perdita di sabbia di quarzo. Gli acidi misti di acido fluoridrico e acido cloridrico, acido solforico o acido nitrico sono comunemente utilizzati come sistemi di acido misto. Nel campo dei campi petroliferi, minerali non metallici come grafite e carburo di silicio adottano un sistema di acido misto contenente acido fluoridrico.

Il ruolo dei sali di fluoruro nei sistemi contenenti acido è simile a quello dell'acido fluoridrico. I sali di fluoruro sono anche utilizzati come dopanti.

Le perle prodotte dalla civiltà industriale umana sono inseparabili dall'esistenza dell'acido fluoridrico. Nell'industria dei semiconduttori, l'acido fluoridrico viene principalmente utilizzato per pulire la superficie del wafer, o nel processo di pulizia e incisione durante la lavorazione dei chip. Nell'industria solare, l'acido fluoridrico è utilizzato in processi come la pulizia della superficie del chip e l'incisione. Nell'industria dei pannelli, l'acido fluoridrico è utilizzato per pulire substrati di vetro e per incisione di azoto di silicio e biossido di silicio. Tuttavia, nell'industria della sabbia di quarzo ad alta purezza, alcune persone cercano di trovare una soluzione “priva di fluoro” o addirittura “priva di acido”. È scientifico?

Oltre alla neutralizzazione alcalina, il punto più importante del trattamento delle acque reflue dell'acido fluoridrico è ridurre la concentrazione di ioni fluoruro nell'intervallo consentito dallo standard nazionale. Il processo di trattamento complessivo non è complicato e le imprese regolari sono in grado di gestire le acque reflue dell'acido fluoridrico. Tuttavia, alcune piccole e disperse aziende non dispongono di impianti di trattamento delle acque reflue professionali e non sono disposte ad aumentare i costi di trattamento, e lo scarico diretto delle acque reflue causa inquinamento ambientale. Se le acque reflue vengono scaricate direttamente senza trattamento, è facile far sì che il contenuto di fluoro nell'area acquatica superi lo standard, che è anche la principale causa della decolorazione del fluoro in alcuni luoghi.

4. Fosfato e fosfati

Acido ternario medio forte, punto di ebollizione 261℃ (decomposizione). L'acido fosforico concentrato e caldo può decomporre la maggior parte dei minerali, come cromite, rutilo, ilmenite, ecc., e può anche reagire con la silice per formare eteropolicidi. L'acido fosforico è l'unico acido, oltre all'acido fluoridrico, che può reagire con il quarzo.

Il sale normale e il sale acido dell'acido fosforico possono essere osservati anche negli esperimenti di corrosione dei materiali in quarzo.

Il trattamento delle acque reflue dell'acido fosforico e dei fosfati deve prima essere neutralizzato con alcali, e quindi la concentrazione dei fosfati deve essere ridotta all'intervallo consentito dallo standard nazionale.

5. Acido nitrico e nitrati

L'acido nitrico è un acido inorganico forte con forti proprietà ossidanti. Per alcune impurità minerali riducenti, l'effetto dei sistemi acidi convenzionali è limitato, alcune reazioni non si verificano e alcune reazioni chimicamente e termodinamicamente fattibili sono cineticamente ostacolate. A questo punto, se è coinvolto un forte ossidante, la reazione può essere condotta e la velocità di reazione può essere notevolmente accelerata. E poiché i nitrati generalmente hanno una solubilità più elevata, l'aggiunta di acido nitrico previene la precipitazione dei prodotti di reazione. L'uso misto di acido nitrico e altri sistemi acidi è adatto per il trattamento della sabbia di quarzo contenente minerali riducenti.

Il ruolo del nitrato nei sistemi contenenti acido è simile a quello dell'acido nitrico. Il nitrato è utilizzato anche come dopante.

Nel trattamento delle acque reflue dell'acido nitrico e del nitrato, oltre alla neutralizzazione con alcali, devono essere adottate misure anche per ridurre il contenuto di azoto ammoniacale nelle acque reflue.

Composti organici

1. Acido ossalico

Il composto organico binario è forte, e la sua acidità è un acido medio forte, che è un acido forte tra gli acidi organici. L'ossalato ha un forte effetto di coordinazione ed è un efficace chelante di metalli. Nell'esperimento di rimozione del ferro dalla sabbia di quarzo, l'uso di acido ossalico da solo, o la combinazione di acido ossalico e onde ultrasoniche, o la combinazione di acido ossalico e altri sistemi acidi, può raggiungere un migliore effetto di rimozione del ferro e di sbiancamento. Ci sono anche molti rapporti che menzionano che l'acido ossalico è utilizzato nella purificazione e sbiancamento di minerali non metallici come il caolino. Inoltre, la quantità di acido ossalico non deve essere così grande come quella degli acidi inorganici tradizionali come l'acido cloridrico e deve essere solo non superiore al 5% per raggiungere il massimo effetto di salatura. L'ossalato si combina con gli ioni di calcio e magnesio per formare precipitati a bassa solubilità, quindi l'acido ossalico ha alcune limitazioni quando si tratta di minerali con alto contenuto di metalli alcalino-terrosi.

Nelle acque reflue di acido ossalico, oltre all'influenza dell'acido, la presenza di ossalato come materia organica aumenterà notevolmente la domanda chimica di ossigeno del corpo idrico. Pertanto, il trattamento con calce è la soluzione preferita. Oltre a neutralizzare l'acidità, l'acido ossalico può anche essere precipitato per ridurre notevolmente il contenuto residuo di ossalato.

2. Acido citrico e citrato di sodio

L'acido citrico è un composto acido tricarbossilico ed è un acido organico importante. L'acido citrico è più debole dell'acido ossalico, ma è un acido forte tra gli acidi organici. L'acido citrico e i suoi sali hanno una forte capacità chelante nell'intervallo acido e possono chelare la maggior parte degli ioni metallici trivalenti e bivalenti. L'intervallo di utilizzo adatto è pH=4～8. Il chelato formato dall'acido citrico e dall'ione ferro ha una bassa solubilità e formerà un precipitato in acqua. Per aumentare la sua solubilità, viene aggiunta una quantità appropriata di sale di ammonio per formare un composto con solubilità più elevata.

La maggiore difficoltà nel trattamento delle acque reflue di acido citrico e di altri composti organici è la riduzione della domanda chimica di ossigeno. Una grande quantità di materia organica entra nelle acque reflue, il che causerà un'impennata della domanda chimica di ossigeno. La riduzione della domanda chimica di ossigeno richiede attrezzature e siti professionali, come piscine di ossidazione chimica e piscine di ossidazione biologica, il cui investimento di capitale e difficoltà di elaborazione sono di gran lunga superiori a quelli delle strutture di neutralizzazione acido-base.

3. EDTA (acido etilene-diamino-tetraacetico) e il suo sale di sodio

EDTA e il suo sale di sodio sono importanti agenti complessanti, che hanno una vasta gamma di proprietà di coordinazione e possono formare chelati stabili con quasi tutti gli ioni metallici. Viene utilizzato in un ambiente neutro e debole alcalino, e ha una bassa capacità di corrosione. È adatto per la rimozione di minerali di argilla e impurità di ossido di ferro a film sottile.

4. Altri agenti complessanti

Come acido acetico, acido salicilico, acido polifosfonico organico, ecc., l'acidità è relativamente debole, ma la capacità complessante è eccezionale, e può essere utilizzata come agente complessante.

Se esiste una soluzione migliore per il trattamento chimico della sabbia di quarzo è ancora sconosciuto. E ogni sostanza ha vantaggi e svantaggi corrispondenti, di solito vengono miscelate diverse sostanze per ottenere il miglior effetto. L'effetto dell'uso combinato di varie sostanze e se il regime di trattamento corrisponde all'obiettivo del trattamento sono tutti fattori che dobbiamo considerare quando trattiamo con la sabbia di quarzo. Spero che tutti possano adattarsi alle condizioni locali e utilizzare il regime di trattamento più adatto.