규사를 가공하기 위한 화학물질

2025-03-27

무기산 부분

1.염산 및 염화염

a.염산

가장 고전적인 무기산 중 하나로, 철 산화물 및 점토 광물에 대한 용해도가 좋습니다. 저렴한 가격과 뚜렷하고 직관적인 효과 덕분에 널리 사용됩니다. 석영판의 노란 껍질을 제거하기 위한 피킹 또는 고순도 모래 피킹에 염산이 선호됩니다.

염산의 폐수 처리 과정은 비교적 간단합니다. 용액을 알카리로 중화하여 중성으로 만들고 재침전하여 국가 배출 기준을 충족할 수 있습니다. 그러나 각지의 산성 오염 방지 사례 중에서 염산이 포함된 폐수 오염이 가장 흔합니다.

왜일까요?

염산 폐수의 중화는 알카리를 소비하는데 필요합니다. 가장 일반적으로 사용되는 소석회를 예로 들면, 화학적 균형에 따르면 31% 산업용 염산 1톤에서 생성되는 폐액은 이론적으로 약 0.25톤의 소석회를 소비합니다. 사실, 소석회가 완전히 용해되지 않기 때문에, 소석회의 50%가 반응에 참여하면, 1톤의 산업용 염산에서 생성된 폐액에 대해 약 0.5톤의 소석회가 소비됩니다. 산업용 염산 1톤의 가격은 100-400위안이며, 참고 평균 가격은 300위안; 소석회 1톤의 가격은 400-1000위안이며, 참고 평균 가격은 700위안입니다. 따라서 염산 1톤을 사용하는 비용이 300위안이고, 폐수 처리에 소석회의 비용이 350위안이며, 폐수 처리 비용이 염산 사용 비용을 초과했다고 알 수 있습니다. 일부 비표준 기업은 한편으로는 폐수 처리 시설이 없고, 다른 한편으로는 높은 비용을 감당하고 싶지 않아 폐산 직접 배출 오염 사건이 자주 발생하고 있습니다.

결국 마르크스는 "100% 이익을 위해서는 자본이 모든 인류의 법을 짓밟을 용기가 있다"고 말했습니다.

b.염화물 염

나트륨 염화물, 칼륨 염화물, 리튬 염화물, 칼슘 염화물, 마그네슘 염화물 등 일반적인 염화물 염은 석영 모래의 도핑 및 정제에 사용할 수 있으며, 또한 카올린과 같은 비금속 광물에서 염소화 로스팅 및 화이트닝에 사용할 수 있습니다.

일부 문헌에서는 염화 암모늄, 염산, 염소 또는 탄소 테트라클로라이드를 사용하여 석영 모래의 염소화 및 정제를 언급합니다.

2.황산 및 황산염

강한 산화성 및 높은 끓는점을 가진 이원 무기산입니다. 농축 황산의 끓는점은 338°C이며, 정상 조건에서 휘발성이 없기 때문에 산 안개의 처리가 필요한 응용 분야에서는 염산만큼 널리 사용되지 않습니다. 높은 끓는점의 장점은 고압 용기를 사용하지 않고도 끓는점(약 300°C)에 도달하기 전에 광물을 가공할 수 있다는 것입니다. 이러한 극단적인 조건은 염산으로 용해되지 않는 일부 광물을 분해할 수 있습니다. 물론 이 상황은 재료와 안전 보호에 대한 높은 요구 사항이 있으며, 실제 생산에서는 드물게 나타나고 주로 실험실에서 발생합니다.

일부 문헌에서는 황산염의 염을 사용하고 석영 모래를 회화 시켜 석영 모래의 티타늄 함량을 줄이는 방법을 언급합니다. 황산의 암모늄 염으로 처리하면 석영 모래의 철 함량이 감소합니다.

황산 및 황산염의 산성 폐수 처리 방법은 염산 폐수와 동일하며 알카리로 중화할 수 있습니다.

3.불화수소산 및 불화물 염

모노산성 약산인 불화수소산은 그 초복합체 능력 덕분에 석영 모래 정제를 위한 강력한 도구가 되었습니다. 특정 조건 하에서 불화수소산은 석영 모래를 포함한 대부분의 불순물 광물과 반응합니다. 따라서 불화수소산의 농도가 너무 높으면 석영 모래의 손실에 주의해야 합니다. 불화수소산과 염산, 황산, 또는 질산의 혼합산은 일반적으로 사용되는 혼합산 시스템입니다. 석유 분야에서는 불화수소산을 포함한 혼합산 시스템이 흑연, 실리콘 카바이드 및 기타 비금속 광물에 사용됩니다.

산성이 포함된 시스템에서 불화물 염의 역할은 불화수소산과 유사합니다. 불화물 염은 도펀트로도 사용됩니다.

인간 산업 문명이 생산하는 진주는 불화수소산의 존재와 떨어질 수 없습니다. 반도체 산업에서는 주로 웨이퍼 표면 청소에 불화수소산이 사용되며, 칩 가공 중의 청소 및 식각 과정에서도 사용됩니다. 태양광 산업에서는 칩 표면 청소 및 식각과 같은 과정에서 불화수소산이 사용됩니다. 패널 산업에서는 유리 기판 세척 및 실리콘 나이트라이드와 실리콘 이산화물의 식각에 불화수소산이 사용됩니다. 그러나 고순도 석영 모래 산업에서는 일부 사람들이 '플루오르 없음' 또는 심지어 '산 없음' 솔루션을 찾으려 합니다. 이것이 과학적일까요?

알칼리 중화 외에도 불산 폐수 처리에서 가장 중요한 점은 불화물 이온 농도를 국가 기준에서 허용되는 범위로 줄이는 것입니다. 전체 처리 과정은 복잡하지 않으며, 일반 기업들은 불산 폐수를 처리할 수 있습니다. 그러나 일부 소규모 및 분산된 기업들은 전문적인 폐수 처리 시설을 갖추고 있지 않으며 처리 비용을 증가시키기를 꺼려하여 직접 폐수를 배출함으로써 환경 오염을 초래합니다. 폐수가 처리 없이 직접 배출될 경우 수역의 불소 농도가 기준을 초과하기 쉽고, 이는 일부 지역에서 불소의 변색이 발생하는 주된 이유이기도 합니다.

4. 인산염과 인산염

3원 강산, 끓는점 261℃(분해). 농축 열 인산은 크롬석, 루타일, 일멘나이트 등의 대부분의 광물을 분해할 수 있으며, 실리카와 반응하여 헤테로폴리산을 형성할 수도 있다. 인산은 수소플루오르산 외에 석영과 반응할 수 있는 유일한 산이다.

인산의 보통 염과 산성 염은 석영 재료의 부식 실험에서도 관찰할 수 있다.

인산 및 인산염의 폐수 처리에는 먼저 알칼리로 중화해야 하며, 이후 인산염 농도를 국가 기준에서 허용하는 범위로 줄여야 한다.

5. 질산과 질산염

질산은 강한 산화성 물질을 가진 무기 강산이다. 일부 환원 광물 불순물에 대해 기존의 산 시스템의 효과는 제한적이며, 일부 반응은 발생하지 않거나 화학적으로 열역학적으로 가능한 일부 반응이 운동학적으로 저해된다. 이때 강한 산화제가 개입하면 반응이 진행될 수 있으며 반응 속도가 크게 가속될 수 있다. 그리고 질산염은 일반적으로 더 높은 용해도를 가지므로, 질산을 추가하면 반응 생성물의 침전을 방지할 수 있다. 질산과 다른 산 시스템의 혼합 사용은 환원 광물을 포함하는 석영 모래 처리에 적합하다.

산을 함유한 시스템에서 질산염의 역할은 질산과 유사하다. 질산염은 도펀트로도 사용된다.

질산과 질산염의 폐수 처리에서는 알칼리로 중화하는 것 외에도 폐수의 암모니아 질소 함량을 줄이기 위한 조치를 취해야 한다.

유기 화합물

1. 옥살산

이원 유기물은 강하며, 산도는 중간 강산으로 유기산 중 강한 산이다. 옥살레이트는 강한 배위 효과를 가지며 효과적인 금속 킬레이터이다. 석영 모래의 철 제거 실험에서 옥살산을 단독으로 사용하거나 옥살산과 초음파를 결합하거나 옥살산과 다른 산 시스템을 결합하면 철 제거 및 표백 효과를 더 잘 달성할 수 있다. 비금속 광물인 카올린의 정제 및 표백에 옥살산이 사용된 많은 보고서도 있다. 게다가 옥살산의 양은 염산과 같은 전통적인 무기산만큼 많을 필요가 없으며 최대 식각 효과를 얻기 위해 5%를 넘지 않아야 한다. 옥살레이트는 칼슘 및 마그네슘 이온과 결합하여 낮은 용해도를 가진 침전물을 형성하므로, 옥살산은 높은 알칼리토금속 함량의 광물을 처리할 때 일정한 한계를 가진다.

옥살산 폐수에서는 산의 영향 외에도 유기물로서의 옥살레이트의 존재가 수체의 화학적 산소 요구량을 크게 증가시킬 것이다. 따라서 석회 처리가 선호되는 해결책이다. 산도를 중화하는 것 외에도 옥살산은 침전되어 남아 있는 옥살레이트 함량을 크게 줄일 수 있다.

2. 구연산과 시트르산 나트륨

구연산은 트리카복실산 화합물로 중요한 유기산이다. 구연산은 옥살산보다 약하지만 유기산 중에서는 강한 산이다. 구연산과 그 염은 산성 범위에서 강한 킬레이팅 능력을 가지고 있으며, 대부분의 삼가와 이가 금속 이온과 킬레이트를 형성할 수 있다. 적절한 사용 범위는 pH=4～8이다. 구연산과 철 이온이 형성하는 킬레이트는 용해도가 낮아 물에서 침전물을 형성한다. 용해도를 높이기 위해 적절한 양의 암모늄 염을 추가하여 더 높은 용해도를 가진 화합물을 형성한다.

구연산 및 기타 유기 화합물의 폐수 처리에서 가장 큰 어려움은 화학적 산소 요구량의 감소이다. 많은 양의 유기물이 폐수로 유입되어 화학적 산소 요구량이 급증할 것이다. 화학적 산소 요구량의 감소는 화학 산화 풀 및 생물학적 산화 풀과 같은 전문 장비와 장소가 필요하며, 그 자본 투자 및 처리 난이도는 산-염기 중화 시설보다 훨씬 크다.

3. EDTA(에틸렌디아민테트라아세틱산) 및 그 나트륨 염

EDTA와 그 나트륨 염은 중요한 복합화제로, 넓은 범위의 배위 특성을 가지고 있으며 거의 모든 금속 이온과 안정적인 킬레이트를 형성할 수 있다. 이는 중성 및 약알칼리성 환경에서 사용되며, 부식 능력이 좋지 않다. 이는 점토 광물과 얇은 필름 산화철 불순물 제거에 적합하다.

4. 기타 복합화제

아세트산, 살리실산, 유기 폴리포스포닉산 등과 같이 산도는 상대적으로 약하지만 복합화 능력이 뛰어나 복합화제로 사용될 수 있다.

석영 모래의 화학적 처리를 위한 더 나은 해결책이 있는지는 여전히 알 수 없다. 각 물질은 상응하는 장단점이 있으며, 보통 몇 가지 물질이 혼합되어 최상의 효과를 달성한다. 다양한 물질의 조합 사용 효과와 약물 요법이 치료 목적에 적합한지는 석영 모래를 처리할 때 고려해야 할 요소들이다. 모두가 지역 여건에 맞추어 가장 적합한 약물 요법을 사용할 수 있기를 바란다.