Химикаты для обработки кварца

2025-03-27

Часть неорганической кислоты

1. Хлороводородная кислота и хлористые соли

a. Хлороводородная кислота

Одна из самых классических неорганических кислот, она обладает хорошей растворимостью для оксидов железа и глинистых минералов. Широко используется благодаря своей низкой цене и очевидному и интуитивному эффекту. Будь то травление для удаления желтой оболочки в кварцевой пластине или высокопурифицированное травление песка, хлороводородная кислота пользуется популярностью.

Обработка сточных вод, содержащих соляную кислоту, относительно проста. Нейтрализация раствора щелочью до нейтрального состояния и повторное осаждение могут соответствовать национальному стандарту сброса. Однако среди случаев загрязнения окружающей среды кислотами в различных местах загрязнение сточных вод, содержащих соляную кислоту, является наиболее распространенным.

Почему?

Нейтрализация сточных вод, содержащих соляную кислоту, требует потребления щелочи. Например, принимая наиболее распространенную негашеную известь, согласно химическому балансу, отходы, образующиеся от одной тонны 31% промышленной соляной кислоты, теоретически потребляют около 0,25 тонны негашеной извести. На практике, поскольку негашеная известь не полностью растворяется, если 50% негашеной извести участвует в реакции, то для отходов, образующихся от одной тонны промышленной соляной кислоты, потребляется примерно 0,5 тонны негашеной извести. Цена одной тонны промышленной соляной кислоты составляет 100-400 юаней, средняя цена составляет 300 юаней; цена одной тонны негашеной извести составляет 400-1000 юаней, средняя цена составляет 700 юаней. Таким образом, мы можем узнать, что стоимость использования одной тонны соляной кислоты составляет 300 юаней, стоимость извести для обработки сточных вод составляет 350 юаней, и стоимость обработки сточных вод превышает стоимость использования соляной кислоты. Некоторые нестандартные предприятия, с одной стороны, не имеют установок для обработки сточных вод, а с другой стороны, не желают нести более высокие затраты, что приводит к частым случаям загрязнения при прямом сбросе отходов кислоты.

В конце концов, Маркс сказал: «Для 100% прибыли капитал осмеливается топтать все человеческие законы».

b.Хлористые соли

Общие хлористые соли, такие как хлористый натрий, хлористый калий, хлористый литий, хлористый кальций, хлористый магний, могут использоваться для легирования и очистки кварцевого песка, а также могут быть использованы для хлорного обжига и отбеливания в неметаллических минералах, таких как каолин.

Некоторые литературные источники упоминают хлорирование и очистку кварцевого песка аммонийным хлоридом, хлороводородом, хлором или углеродом тетрахлоридом.

2.Cерная кислота и сульфаты

Двойная неорганическая кислота с сильными окислительными свойствами и высокой температурой кипения. Температура кипения концентрированной серной кислоты составляет 338 °C, и она не летучая при нормальных условиях, поэтому не используется так широко, как соляная кислота, в приложениях, требующих обработки кислотным туманом. Преимущество высокой температуры кипения заключается в том, что минералы могут обрабатываться до достижения температуры кипения (например, около 300 °C) без использования высоконапорного сосуда. Такие экстремальные условия могут разлагать некоторые минералы, которые не могут быть растворены соляной кислотой. Конечно, эта ситуация предъявляет высокие требования к материалам и безопасности, что редко встречается в реальном производстве, но чаще - в лаборатории.

Некоторые литературные источники упоминают использование солей серной кислоты и обжиг кварцевого песка для снижения содержания титана в кварцевом песке. Обработка аммонийными солями серной кислоты снижает содержание железа в кварцевом песке.

Очистка кислых сточных вод серной кислоты и сульфатов аналогична очистке сточных вод хлороводородной кислоты, которую можно нейтрализовать щелочью.

3. Фтороводородная кислота и фторидные соли

Моноосновная слабокислая фтороводородная кислота, обладая суперкомплексной способностью, стала мощным средством для очистки кварцевого песка. При определенных условиях фтороводородная кислота реагирует с большинством минеральных примесей, включая кварцевый песок. Поэтому, когда концентрация фтороводородной кислоты слишком высока, необходимо обратить внимание на потерю кварцевого песка. Смесь фтороводородной кислоты с хлороводородной, серной или азотной кислотой являются общепринятыми системами смешанных кислот. В нефтяной отрасли графит, карбид кремния и другие неметаллические минералы используют системы смешанных кислот, содержащие фтороводородную кислоту.

Роль фторидных солей в кислото-содержащих системах аналогична роли фтороводородной кислоты. Фторидные соли также используются в качестве добавок.

Жемчуг, производимый человеческой индустриальной цивилизацией, неотъемлемо связан с существованием фтороводородной кислоты. В полупроводниковой промышленности фтороводородная кислота в основном используется для очистки поверхности пластины или в процессе очистки и травления при обработке чипов. В солнечной индустрии фтороводородная кислота используется в таких процессах, как очистка и травление поверхности чипов. В панели промышленности фтороводородная кислота используется для очистки стеклянных подложек и травления кремнийнитрида и диоксида кремния. Однако в индустрии высокочистого кварцевого песка некоторые люди пытаются найти «фторсодержащее» или даже «кислото-свободное» решение. Это научно обосновано?

Помимо щелочной нейтрализации, самый важный момент в очистке сточных вод фтороводородной кислоты - это снизить концентрацию фторидов до диапазона, допустимого национальным стандартом. Общий процесс очистки не сложен, и обычные предприятия способны обрабатывать сточные воды фтороводородной кислоты. Однако некоторые мелкие и разрозненные предприятия не имеют профессиональных сооружений для обработки сточных вод и не хотят увеличивать затраты на очистку, и прямой сброс сточных вод вызывает загрязнение окружающей среды. Если сточные воды сбрасываются напрямую без обработки, это легко приводит к превышению содержания фтора в водоеме, что также является основной причиной обесцвечивания фтора в некоторых местах.

4. Фосфат и фосфаты

Тройная средне-сильная кислота, температура кипения 261℃ (разложение). Концентрированная горячая фосфорная кислота может разложить большинство минералов, таких как хромит, рутил, ильменит и др., а также может реагировать с диоксидом кремния, образуя гетерополикислоты. Фосфорная кислота - единственная кислота, кроме фтороводородной кислоты, которая может реагировать с кварцем.

Обычная соль и кислотная соль фосфорной кислоты также могут быть замечены в коррозионных экспериментах с кварцевыми материалами.

Очистка сточных вод фосфорной кислоты и фосфатов требует предварительной нейтрализации щелочью, а затем снижение концентрации фосфатов до диапазона, допустимого национальным стандартом.

5. Азотная кислота и нитраты

Азотная кислота — это неорганическая сильная кислота с высокими окислительными свойствами. Для некоторых восстанавливающих минеральных примесей действие обычных кислотных систем ограничено, некоторые реакции не происходят, а некоторые реакции, которые термодинамически возможны, кинетически затруднены. В это время, если активно участвует сильный окислитель, реакцию можно осуществить, и скорость реакции может быть значительно ускорена. А поскольку нитраты, как правило, имеют более высокую растворимость, добавление азотной кислоты предотвращает осаждение продуктов реакции. Смешанное использование азотной кислоты и других кислотных систем подходит для обработки кварцевого песка, содержащего восстанавливающие минералы.

Роль нитрата в кислото содержащих системах аналогична роли азотной кислоты. Нитрат также используется в качестве легирующего элемента.

В процессе очистки сточных вод с азотной кислотой и нитратом, помимо нейтрализации щелочью, также должны быть предприняты меры для снижения содержания аммиачного азота в сточных водах.

Органические соединения

1. Щавелевая кислота

Бинарная органическая кислота сильная, и ее кислотность является средней сильной кислотой, что делает ее сильной кислотой среди органических кислот. Оксалат имеет сильный координационный эффект и является эффективным металлохелатором. В эксперименте по удалению железа из кварцевого песка использование щавелевой кислоты в одиночку, комбинирование щавелевой кислоты с ультразвуком или комбинирование щавелевой кислоты с другими кислотными системами может достичь лучшего эффекта удаления железа и отбеливания. Также есть много сообщений о том, что щавелевая кислота используется в очистке и отбеливании неметаллических минералов, таких как каолин. Кроме того, количество щавелевой кислоты не должно быть таким большим, как у традиционных неорганических кислот, таких как соляная кислота, и должно составлять не более 5%, чтобы достичь максимального эффекта выщелачивания. Оксалат будет соединяться с ионами кальция и магния, образуя осадки с низкой растворимостью, поэтому щавелевая кислота имеет определенные ограничения при обработке минералов с высоким содержанием щелочных землей.

В сточных водах с щавелевой кислотой, помимо влияния кислоты, присутствие оксалата как органического вещества также значительно увеличит химическую потребность в кислороде водоема. Поэтому обработка известью является предпочтительным решением. Помимо нейтрализации кислотности, щавелевая кислота также может быть осаждена, чтобы значительно уменьшить остаточное содержание оксалата.

2. Лимонная кислота и натриевая соль лимонной кислоты

Лимонная кислота является соединением трикарбоновой кислоты и важной органической кислотой. Лимонная кислота слабее щавелевой кислоты, но является сильной кислотой среди органических кислот. Лимонная кислота и ее соли имеют сильную хелатирующую способность в кислой среде и могут хелатировать большинство трехвалентных и двувалентных металлических ионов. Подходящий диапазон применения pH=4～8. Хелат, образованный лимонной кислотой и ионом железа, имеет низкую растворимость и будет образовывать осадок в воде. Чтобы увеличить его растворимость, добавляется небольшое количество аммонийной соли, чтобы образовать соединение с более высокой растворимостью.

Наибольшая трудность в очистке сточных вод лимонной кислоты и других органических соединений заключается в снижении химического потребления кислорода. В сточные воды попадает большое количество органического вещества, что приводит к резкому увеличению химического потребления кислорода. Снижение химического потребления кислорода требует профессионального оборудования и мест, таких как резервуары для химической окислительной обработки и резервуары для биологической окислительной обработки, капитальные вложения и сложность обработки которых значительно превышают таковые для объектов нейтрализации кислот и щелочей.

3. ЭДТА (этилендиаминтетрауксусная кислота) и его натриевая соль

ЭДТА и его натриевая соль являются важными комплексообразующими агентами, которые обладают широким спектром координационных свойств и могут образовывать стабильные хелаты практически со всеми металлическими ионами. Он используется в нейтральной и слабо щелочной среде и имеет плохую коррозионную способность. Подходит для удаления глинистых минералов и примесей тонкой пленки оксида железа.

4. Другие комплексообразующие агенты

Такие как уксусная кислота, салициловая кислота, органическая полиактидная кислота и др., кислотность которых относительно слаба, но комплексообразующая способность выдающаяся, и их можно использовать в качестве комплексообразующих агентов.

Неизвестно, существует ли лучшее решение для химической обработки кварцевого песка. И каждое вещество имеет соответствующие преимущества и недостатки, обычно несколько веществ смешиваются для достижения наилучшего эффекта. Суммарный эффект сочетанного использования различных веществ и соответствие схемы лечения целям терапии — все это факторы, которые нам нужно учитывать при обработке кварцевого песка. Я надеюсь, что все смогут адаптироваться к местным условиям и использовать наиболее подходящую схему лечения.