Produtos químicos para processar o quartzo

2025-03-27

Parte de ácido inorgânico

1. Ácido clorídrico e sais de cloreto

a. Ácido clorídrico

Um dos ácidos inorgânicos mais clássicos, possui boa solubilidade para óxidos de ferro e minerais argilosos. É amplamente utilizado devido ao seu baixo preço e efeito óbvio e intuitivo. Seja na decapagem para remover a pele amarela em placas de quartzo, ou na decapagem de areia de alta pureza, o ácido clorídrico é preferido.

O tratamento de águas residuais do ácido clorídrico é relativamente simples. A neutralização da solução com álcalis até a neutralidade e a reprecipitação podem atender ao padrão nacional de descarga. No entanto, entre os casos de proteção ambiental de poluição ácida em vários locais, a poluição de águas residuais contendo ácido clorídrico é a mais comum.

Por quê?

A neutralização de águas residuais de ácido clorídrico requer o consumo de álcalis. Tomando a cal viva como exemplo, segundo o balanço químico, o líquido residual gerado por uma tonelada de ácido clorídrico industrial a 31% consome teoricamente cerca de 0,25 toneladas de cal viva. Na verdade, como a cal viva não se dissolve completamente, se 50% da cal viva participar da reação, cerca de 0,5 toneladas de cal viva são consumidas para o líquido residual produzido por uma tonelada de ácido clorídrico industrial. O preço de uma tonelada de ácido clorídrico industrial varia de 100 a 400 yuan, sendo o preço médio de referência 300 yuan; o preço de uma tonelada de cal viva vai de 400 a 1000 yuan, com um preço médio de referência de 700 yuan. Assim, podemos saber que o custo de usar uma tonelada de ácido clorídrico é de 300 yuan, o custo da cal para o tratamento de águas residuais é de 350 yuan, e o custo de tratamento de águas residuais ultrapassou o custo de uso do ácido clorídrico. Algumas empresas não padronizadas, por um lado, não possuem instalações de tratamento de águas residuais, e por outro lado, não estão dispostas a arcar com custos mais altos, resultando em frequentes ocorrências de poluição por descarte direto de ácido residual.

Depois de tudo, Marx disse: “Para 100% de lucro, o capital se atreve a pisotear todas as leis humanas”.

b. Sais de cloreto

Sais de cloreto comuns, como cloreto de sódio, cloreto de potássio, cloreto de lítio, cloreto de cálcio, cloreto de magnésio, podem ser usados para dopagem e purificação de areia de quartzo, e também podem ser usados para torrefação de cloração e branqueamento em minerais não metálicos, como a caulinita.

Algumas literaturas mencionam a cloração e purificação da areia de quartzo com cloreto de amônio, ácido clorídrico, cloro ou tetracloreto de carbono.

2. Ácido sulfúrico e sulfato

Ácido inorgânico binário com forte propriedade oxidante e alto ponto de ebulição. O ponto de ebulição do ácido sulfúrico concentrado é 338 °C, e ele é não volátil em condições normais, portanto, não é tão amplamente utilizado quanto o ácido clorídrico em aplicações que requerem tratamento de névoa ácida. A vantagem do alto ponto de ebulição é que os minerais podem ser processados antes de serem aquecidos ao ponto de ebulição (como em torno de 300°C), sem a necessidade de usar um recipiente de alta pressão. Essas condições extremas podem decompor alguns minerais que não podem ser dissolvidos pelo ácido clorídrico. Claro que essa situação tem altas exigências sobre materiais e proteção de segurança, o que é raramente visto na produção real, mas mais em laboratório.

Algumas literaturas mencionam o uso de sais de ácido sulfúrico e calcinação de areia de quartzo para reduzir o teor de titânio da areia de quartzo. O tratamento com sais de amônio de ácido sulfúrico reduz o teor de ferro da areia de quartzo.

O tratamento de águas residuais ácidas de ácido sulfúrico e sulfato é o mesmo que o de águas residuais de ácido clorídrico, que pode ser neutralizado com álcalis.

3. Ácido fluortântico e sais de fluorido

O ácido fluortântico, um ácido fraco monobásico, com sua capacidade supercomplexa, tornou-se um grande vilão na purificação da areia de quartzo. Sob certas condições, o ácido fluortântico reage com a maioria dos minerais de impurezas, incluindo areia de quartzo. Portanto, quando a concentração de ácido fluortântico é muito alta, é necessário prestar atenção à perda de areia de quartzo. Ácidos mistos de ácido fluortântico e ácido clorídrico, ácido sulfúrico ou ácido nítrico são comumente usados em sistemas de ácidos mistos. No campo de petróleo, grafite, carbeto de silício e outros minerais não metálicos adotam um sistema de ácido misto contendo ácido fluortântico.

O papel dos sais de fluorido em sistemas contendo ácido é semelhante ao do ácido fluortântico. Os sais de fluorido também são utilizados como dopantes.

As pérolas produzidas pela civilização industrial humana são inseparáveis da existência do ácido fluortântico. Na indústria de semicondutores, o ácido fluortântico é usado principalmente para limpar a superfície do wafer, ou no processo de limpeza e gravação durante o processamento de chips. Na indústria solar, o ácido fluortântico é utilizado em processos como limpeza de superfície de chips e gravação. Na indústria de painéis, o ácido fluortântico é usado para limpar substratos de vidro e gravar nitreto de silício e dióxido de silício. No entanto, na indústria de areia de quartzo de alta pureza, algumas pessoas tentam encontrar uma solução "livre de flúor" ou até mesmo "livre de ácido". Isso é científico?

Além da neutralização alcalina, o ponto mais importante do tratamento de águas residuais de ácido fluortântico é reduzir a concentração do íon fluorido para a faixa permitida pela norma nacional. O processo geral de tratamento não é complicado, e empresas regulares são capazes de lidar com águas residuais de ácido fluortântico. No entanto, algumas pequenas empresas dispersas não possuem instalações profissionais de tratamento de águas residuais e estão relutantes em aumentar o custo de tratamento, e o descarte direto de águas residuais causa poluição ambiental. Se as águas residuais forem descarregadas diretamente sem tratamento, é fácil provocar a superação do teor de flúor na área aquática, o que também é a principal razão para a descoloração do flúor em alguns lugares.

4. Fosfato e Fosfato

Ácido ternário de média força, ponto de ebulição 261℃ (decomposição). O ácido fosfórico quente e concentrado pode decompor a maioria dos minerais, como cromita, rutilo, ilmenita, etc., e também pode reagir com sílica para formar heteropoliácidos. O ácido fosfórico é o único ácido, além do ácido fluortântico, que pode reagir com quartzo.

O sal normal e o sal ácido do ácido fosfórico também podem ser observados nos experimentos de corrosão de materiais de quartzo.

O tratamento de águas residuais de ácido fosfórico e fosfatos precisa ser neutralizado com álcali primeiro, e em seguida, a concentração de fosfatos deve ser reduzida para a faixa permitida pela norma nacional.

5. Ácido nítrico e nitratos

O ácido nítrico é um ácido inorgânico forte com fortes propriedades oxidantes. Para algumas impurezas minerais redutoras, o efeito dos sistemas ácidos convencionais é limitado, algumas reações não ocorrem, e algumas reações que são quimicamente termodinamicamente viáveis estão cineticamente dificultadas. Nessa situação, se um oxidante forte for envolvido, a reação pode ser realizada e a velocidade da reação pode ser grandemente acelerada. E porque os nitratos geralmente têm maior solubilidade, a adição de ácido nítrico previne a precipitação dos produtos de reação. O uso misto de ácido nítrico e outros sistemas ácidos é adequado para o tratamento de areia de quartzo contendo minerais redutores.

O papel do nitrato em sistemas contendo ácido é similar ao do ácido nítrico. O nitrato também é usado como dopante.

No tratamento de águas residuais de ácido nítrico e nitrato, além da neutralização com álcali, também devem ser tomadas medidas para reduzir o conteúdo de nitrogênio amoniacal nas águas residuais.

Compostos orgânicos

1. Ácido oxálico

O composto orgânico binário é forte, e sua acidez é de ácido médio forte, sendo um ácido forte entre os ácidos orgânicos. O oxalato tem um forte efeito de coordenação e é um quelante metálico eficaz. No experimento de remoção de ferro da areia de quartzo, o uso de ácido oxálico isoladamente, ou a combinação de ácido oxálico e ondas ultrassônicas, ou a combinação de ácido oxálico e outros sistemas ácidos, pode alcançar um efeito melhor de remoção de ferro e branqueamento. Há também muitos relatos mencionando que o ácido oxálico é utilizado na purificação e branqueamento de minerais não metálicos, como o caulim. Além disso, a quantidade de ácido oxálico não precisa ser tão grande quanto a dos ácidos inorgânicos tradicionais, como o ácido clorídrico, e somente precisa ser não superior a 5% para alcançar o máximo efeito de decapagem. O oxalato se combina com íons de cálcio e magnésio para formar precipitados com baixa solubilidade, portanto o ácido oxálico tem certas limitações ao lidar com minerais com alto teor de metais alcalino-terrosos.

Em águas residuais de ácido oxálico, além da influência do ácido, a presença de oxalato como matéria orgânica também aumenta consideravelmente a demanda química de oxigênio do corpo hídrico. Portanto, o tratamento com cal é a solução preferencial. Além de neutralizar a acidez, o ácido oxálico também pode ser precipitado para reduzir drasticamente o conteúdo residual de oxalato.

2. Ácido cítrico e citrato de sódio

O ácido cítrico é um composto ácido tricarboxílico e é um ácido orgânico importante. O ácido cítrico é mais fraco que o ácido oxálico, mas é um ácido forte entre os ácidos orgânicos. O ácido cítrico e seus sais têm forte capacidade de quelar na faixa ácida, e podem quelar a maioria dos íons metálicos trivalentes e divalentes. A faixa de uso adequada é pH=4～8. O quelato formado pelo ácido cítrico e o íon de ferro tem baixa solubilidade e formará um precipitado em água. Para aumentar sua solubilidade, uma quantidade apropriada de sal de amônio é adicionada para formar um composto com solubilidade mais alta.

A maior dificuldade no tratamento de águas residuais de ácido cítrico e outros compostos orgânicos é a redução da demanda química de oxigênio. Uma grande quantidade de matéria orgânica entra nas águas residuais, o que fará com que a demanda química de oxigênio dispare. A redução da demanda química de oxigênio requer equipamentos e locais profissionais, como piscinas de oxidação química e piscinas de oxidação biológica, cujo investimento de capital e dificuldade de processamento são bem maiores do que os de instalações de neutralização ácido-base.

3.EDTA (ácido etilenodiaminotetraacético) e seu sal de sódio

EDTA e seu sal de sódio são importantes agentes quelantes, que possuem uma ampla gama de propriedades de coordenação e podem formar quelatos estáveis com quase todos os íons metálicos. É utilizado em um ambiente neutro e levemente alcalino, e tem baixa capacidade corrosiva. É adequado para a remoção de minerais de argila e impurezas de óxido de ferro de película fina.

4.Outros agentes quelantes

Como ácido acético, ácido salicílico, ácido polifosfônico orgânico, etc., a acidez é relativamente fraca, mas a capacidade de complexação é excepcional, podendo ser utilizado como agente quelante.

Se há uma solução melhor para o tratamento químico da areia de quartzo ainda é desconhecido. E cada substância tem suas respectivas vantagens e desvantagens, geralmente várias substâncias são misturadas para alcançar o melhor efeito. O efeito de uso combinado de várias substâncias e se o regime medicamentoso corresponde ao propósito do tratamento são todos fatores que precisamos considerar ao lidar com areia de quartzo. Espero que todos possam se adaptar às condições locais e utilizar o regime medicamentoso mais adequado.