石英を処理するための化学薬品

2025-03-27

無機酸の部

1.塩酸と塩化物塩

a.塩酸

最も古典的な無機酸の一つであり、鉄酸化物や粘土鉱物に対する良好な溶解性を持っています。低価格と顕著かつ直感的な効果のため、広く使用されています。石英プレートの黄色い皮を除去するための酸洗いや、高純度の砂の酸洗いにおいて、塩酸は好まれます。

塩酸の廃水処理は比較的簡単です。アルカリで中和して中性にし、再沈殿させることで、国の排出基準を満たすことができます。しかし、各地での酸汚染の環境保護事例の中で、塩酸を含む廃水の汚染が最も一般的です。

なぜですか？

塩酸廃水の中和にはアルカリの消費が必要です。最も一般的に使用される水酸化カルシウムを例に取ると、化学的バランスに基づくと、31%の工業用塩酸1トンから理論的に約0.25トンの水酸化カルシウムが消費されます。実際には、水酸化カルシウムが完全に溶解しないため、反応に50%の水酸化カルシウムが参加すると、工業用塩酸1トンから生成される廃液には約0.5トンの水酸化カルシウムが消費されます。工業用塩酸1トンの価格は100-400元、参考平均価格は300元；水酸化カルシウム1トンの価格は400-1000元、参考平均価格は700元です。これより、塩酸1トンの使用コストは300元、廃水処理にかかる石灰のコストは350元、廃水処理のコストが塩酸の使用コストを超えています。一部の不適切な企業は、一方で廃水処理施設を持たず、他方で高いコストを負担したくないため、廃酸の直接排出による汚染事件が頻発しています。

結局、マルクスは言いました：「100%の利益のために、資本はすべての人間の法律を踏みにじることを恐れない」。

b.塩化物塩

一般的な塩化物塩、例えば塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化リチウム、塩化カルシウム、塩化マグネシウムは、石英砂のドーピングや精製に使用でき、カオリンなどの非金属鉱物の塩素化焼成や漂白にも使用できます。

いくつかの文献では、塩化アンモニウム、塩酸、塩素または四塩化炭素による石英砂の塩素化と精製について言及しています。

2.硫酸と硫酸塩

強い酸化性を持ち、高沸点の二元無機酸です。濃硫酸の沸点は338°Cであり、通常の条件下では揮発性がないため、酸霧処理が必要な用途では塩酸ほど広く使用されていません。高沸点の利点は、沸点（約300°C）に達する前に鉱物を処理できるため、高圧容器を使用せずに済むことです。このような極端な条件では、塩酸で溶解できないいくつかの鉱物を分解することができます。もちろん、この状況には材料や安全保護に高い要求があり、実際の生産では稀であり、主に実験室で見られます。

いくつかの文献では、硫酸の塩と石英砂の calcination を使用して石英砂のチタン含有量を減少させることが言及されています。硫酸アンモニウム塩で処理することで、石英砂の鉄含有量が減少します。

硫酸および硫酸塩の酸性廃水処理は、塩酸廃水と同様であり、アルカリで中和することができます。

3. フッ化水素酸およびフッ化物塩

一価弱酸のフッ化水素酸は、その超複雑化能力によって、石英砂の精製に大きな効果を発揮します。特定の条件下で、フッ化水素酸はほとんどの不純物鉱物と反応し、石英砂も含まれます。したがって、フッ化水素酸の濃度が高すぎる場合、石英砂の損失に注意する必要があります。フッ化水素酸と塩酸、硫酸または硝酸の混合酸は、一般的に使用される混合酸システムです。油田分野では、グラファイト、炭化ケイ素などの非金属鉱物がフッ化水素酸を含む混合酸システムを採用しています。

酸を含むシステムにおけるフッ化物塩の役割は、フッ化水素酸と似ています。フッ化物塩もドーパントとして使用されます。

人間の産業文明によって生み出された真珠は、フッ化水素酸の存在と切り離せません。半導体産業では、フッ化水素酸は主にウエハー表面を清掃するために使用され、チップ加工の際の清掃やエッチングプロセスでも使用されます。太陽光発電産業では、チップの表面清掃やエッチングなどのプロセスでフッ化水素酸が使用されます。パネル産業では、ガラス基板の清掃や窒化シリコン、二酸化シリコンのエッチングにフッ化水素酸が使用されます。しかし、高純度石英砂産業では、一部の人々は「フッ素フリー」または「酸フリー」のソリューションを探そうとしています。これは科学的なのでしょうか？

アルカリ中和の他に、フッ化水素酸廃水処理の最も重要なポイントは、フッ化物イオン濃度を国の基準で許可された範囲に下げることです。全体の処理プロセスは複雑ではなく、一般的な企業はフッ化水素酸廃水を処理する能力があります。しかし、一部の小規模で分散した企業は専門の廃水処理施設を持たず、処理コストを増やしたがらないため、廃水の直接排出が環境汚染を引き起こします。廃水が処理されずに直接排出されると、水域のフッ素濃度が基準を超えることが容易であり、これは一部の場所でフッ素の変色の主な原因でもあります。

4. リン酸とリン酸塩

三元中強酸、沸点261℃（分解）。濃厚な温熱リン酸は、クロム鉱石、ルチル、イルメナイトなどのほとんどの鉱物を分解し、シリカと反応して異種ポリ酸を形成することもできます。リン酸は、石英と反応できるフッ化水素酸以外の唯一の酸です。

リン酸の通常塩と酸塩も、石英材料の腐食実験で見ることができます。

リン酸とリン酸塩の廃水処理は、まずアルカリで中和する必要があり、その後、リン酸塩の濃度を国家基準で許可された範囲まで低下させる必要があります。

5. 硝酸と硝酸塩

硝酸は無機の強酸であり、強い酸化特性を持っています。一部の還元鉱物不純物に対して、従来の酸系の効果は限られており、いくつかの反応が起こらず、化学的に熱力学的に可能であるいくつかの反応が運動論的に妨げられています。この時、強い酸化剤が関与すれば、反応を実施でき、反応速度を大幅に加速できます。また、硝酸塩は一般的に高い溶解度を持つため、硝酸を添加することで反応生成物の沈殿を防ぎます。硝酸と他の酸系の混合使用は、還元鉱物を含む石英砂の処理に適しています。

酸を含む系における硝酸塩の役割は硝酸のそれに似ています。硝酸塩はドーピング剤としても使用されます。

硝酸と硝酸塩の廃水処理においては、アルカリで中和することに加え、廃水中のアンモニア窒素含量を減少させるための措置も講じるべきです。

有機化合物

1.シュウ酸

二元有機物は強く、その酸性は中程度の強酸であり、有機酸の中では強酸にあたります。シュウ酸塩は強い配位効果を持ち、効果的な金属キレート剤です。石英砂の鉄除去実験では、シュウ酸のみの使用やシュウ酸と超音波の組み合わせ、またはシュウ酸と他の酸系の組み合わせが、鉄除去と美白の良好な効果を達成できます。また、シュウ酸がカオリンなどの非金属鉱物の精製や漂白に使用されているという報告も多くあります。さらに、シュウ酸の量は塩酸などの伝統的な無機酸ほど多くなくてもよく、最大の漬け込み効果を得るためには5%を超えない程度で十分です。シュウ酸塩はカルシウムおよびマグネシウムイオンと結合し、低溶解度の沈殿物を形成するため、アルカリ土類金属含量の高い鉱物の処理には一定の制限があります。

シュウ酸廃水においては、酸の影響に加え、有機物としてのシュウ酸塩の存在が水体の化学的酸素要求量を大幅に増加させるため、石灰処理が好ましい解決策です。酸性を中和するだけでなく、シュウ酸は沈殿させて残留シュウ酸塩含量を大幅に減少させることができます。

2.クエン酸とクエン酸ナトリウム

クエン酸はトリカルボン酸化合物であり、重要な有機酸です。クエン酸はシュウ酸よりも弱いですが、有機酸の中では強酸です。クエン酸とその塩は酸性範囲で強いキレート能力を持ち、ほとんどの三価および二価金属イオンをキレートできます。適切な使用範囲はpH=4〜8です。クエン酸と鉄イオンが形成するキレートは低溶解度であり、水中で沈殿を形成します。その溶解度を高めるために、適量のアンモニウム塩を追加して、より高い溶解度を持つ化合物を形成します。

廃水処理におけるクエン酸およびその他の有機化合物の最大の難しさは、化学的酸素要求量を減少させることです。大量の有機物が廃水に入り込むため、化学的酸素要求量が急増します。化学的酸素要求量を減少させるためには、化学酸化池や生物酸化池などの専門的な設備や場所が必要であり、その資本投資と処理の難易度は、酸塩基中和施設のそれをはるかに上回ります。

3.EDTA（エチレンジアミン四酢酸）およびそのナトリウム塩

EDTAおよびそのナトリウム塩は重要な錯体形成剤であり、幅広い配位特性を持ち、ほぼすべての金属イオンと安定したキレートを形成できます。中性および弱アルカリ性の環境で使用され、腐食性は低いです。粘土鉱物や薄膜酸化鉄の不純物を除去するのに適しています。

4.他の錯体形成剤

酢酸、サリチル酸、有機ポリリン酸など、酸性は比較的弱いですが、錯体形成能力は優れており、錯体形成剤として使用できます。

クォーツ砂の化学処理に対するより良い解決策があるかどうかは依然として不明です。また、各物質にはそれぞれ対応する利点と欠点があり、通常は数種類の物質を混合して最良の効果を達成します。さまざまな物質の併用効果や、薬剤の投与が治療目的に合致しているかどうかは、クォーツ砂を処理する際に考慮すべき要素です。皆さんが地域の条件に適応し、最も適した薬剤を使用できることを願っています。