Chimici per elaborare il quarzo

2025-03-27

Parte acido inorganico

1. Acido cloridrico e sali clorurati

a. Acido cloridrico

One of the most classic inorganic acids, it has good solubility for iron oxides and clay minerals. It is widely used because of its low price and obvious and intuitive effect. Whether it is pickling to remove the yellow skin in quartz plate, or the high-purity sand pickling, hydrochloric acid is favored.

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.

After all, Marx said: “For 100% profit, capital dares to trample all human laws”.

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

Monobasic weak acid hydrofluoric acid, with its super complex ability, has become a big killer for quartz sand purification. Under certain conditions, hydrofluoric acid reacts with most impurity minerals, including quartz sand. Therefore, when the concentration of hydrofluoric acid is too high, it is necessary to pay attention to the loss of quartz sand. Mixed acids of hydrofluoric acid and hydrochloric acid, sulfuric acid or nitric acid are commonly used mixed acid systems. In the field of oilfield, graphite, silicon carbide and other non-metallic minerals adopt mixed acid system containing hydrofluoric acid.

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.

The pearls produced by human industrial civilization are inseparable from the existence of hydrofluoric acid. In the semiconductor industry, hydrofluoric acid is mainly used to clean the wafer surface, or in the process of cleaning and etching during chip processing. In the solar industry, hydrofluoric acid is used in processes such as chip surface cleaning and etching. In the panel industry, hydrofluoric acid is used for cleaning glass substrates and etching silicon nitride and silicon dioxide. However, in the high-purity quartz sand industry, some people try to find a “fluorine-free” or even “acid-free” solution. Is this scientific?

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

Ternary medium strong acid, boiling point 261℃ (decomposition). Concentrated hot phosphoric acid can decompose most minerals, such as chromite, rutile, ilmenite, etc., and can also react with silica to form heteropolyacids. Phosphoric acid is the only acid other than hydrofluoric acid that can react with quartz.

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.