สารเคมีในการแปรรูปควอตซ์

2025-03-27

ส่วนกรดอนินทรีย์

1.กรดไฮโดรคลอริกและเกลือคลอไรด์

a.กรดไฮโดรคลอริก

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.

การบำบัดน้ำเสียจากกรดไฮโดรคลอริกนั้นค่อนข้างง่าย การทำให้สารละลายเป็นกลางด้วยด่างจนถึงระดับความเป็นกลางและการตกตะกอนใหม่สามารถทำให้เป็นไปตามมาตรฐานการปล่อยของประเทศ อย่างไรก็ตาม ในกรณีการป้องกันสิ่งแวดล้อมจากมลพิษกรดในสถานที่ต่างๆ มลพิษจากน้ำเสียที่มีกรดไฮโดรคลอริกเป็นสิ่งที่พบได้บ่อยที่สุด

ทำไม

การทำให้กรดไฮโดรคลอริกในน้ำเสียเป็นกลางต้องใช้ด่าง โดยใช้ปูนขาวซึ่งเป็นที่นิยมเป็นตัวอย่าง ตามสมดุลทางเคมี ของเหลวที่เกิดจากกรดไฮโดรคลอริกอุตสาหกรรม 31% หนึ่งตัน จะใช้ปูนขาวประมาณ 0.25 ตันในทางทฤษฎี ในความเป็นจริง เนื่องจากปูนขาวไม่ละลายทั้งหมด หากปูนขาว 50% มีส่วนร่วมในปฏิกิริยา จะใช้ปูนขาวประมาณ 0.5 ตันสำหรับของเหลวที่เกิดจากกรดไฮโดรคลอริกอุตสาหกรรมหนึ่งตัน ราคาของกรดไฮโดรคลอริกอุตสาหกรรมหนึ่งตันอยู่ที่ 100-400 หยวน ราคากลางอ้างอิงอยู่ที่ 300 หยวน ราคาของปูนขาวหนึ่งตันอยู่ที่ 400-1000 หยวน และราคากลางอ้างอิงอยู่ที่ 700 หยวน ดังนั้นเราจึงสามารถทราบได้ว่าต้นทุนการใช้กรดไฮโดรคลอริกหนึ่งตันอยู่ที่ 300 หยวน ต้นทุนปูนสำหรับการบำบัดน้ำเสียอยู่ที่ 350 หยวน และต้นทุนการบำบัดน้ำเสียได้เกินต้นทุนการใช้กรดไฮโดรคลอริกไปแล้ว บางบริษัทที่ไม่เป็นมาตรฐาน ในด้านหนึ่งไม่มีสิ่งอำนวยความสะดวกในการบำบัดน้ำเสีย และในอีกด้านหนึ่งไม่ต้องการแบกรับต้นทุนที่สูงขึ้น ส่งผลให้เกิดเหตุการณ์การปล่อยกรดเสียโดยตรงบ่อยครั้ง

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

b.เกลือคลอไรด์

เกลือคลอไรด์ทั่วไป เช่น โซเดียมคลอไรด์, โพแทสเซียมคลอไรด์, ลิเทียมคลอไรด์, แคลเซียมคลอไรด์, แมกนีเซียมคลอไรด์ สามารถใช้ในการดัดแปลงและการทำให้บริสุทธิ์ของทรายควอตซ์ และยังสามารถใช้ในการคอรีนเนชั่นและการฟอกสีในแร่ธาตุที่ไม่ใช่โลหะ เช่น ไคโอลิน

เอกสารบางฉบับกล่าวถึงการคอรีนเนชั่นและการทำให้บริสุทธิ์ของทรายควอตซ์ด้วยแอมโมเนียมคลอไรด์, ไฮโดรเจนคลอไรด์, คลอรีน หรือคาร์บอนเตตระคลอไรด์

2.กรดซัลฟูริกและซัลเฟต

กรดอนินทรีย์แบบไบนารีที่มีคุณสมบัติออกซิไดซ์สูงและจุดเดือดสูง จุดเดือดของกรดซัลฟูริกเข้มข้นอยู่ที่ 338 °C และไม่ระเหยภายใต้สภาวะปกติ ดังนั้นจึงไม่ถูกใช้แพร่หลายเท่ากับกรดไฮโดรคลอริกในแอปพลิเคชันที่ต้องการการบำบัดหมอกกรด ข้อดีของจุดเดือดสูงคือแร่ธาตุสามารถถูกประมวลผลก่อนที่จะทำให้ร้อนถึงจุดเดือด (เช่น ประมาณ 300°C) โดยไม่ต้องใช้ภาชนะความดันสูง สภาวะสุดขีดเช่นนี้สามารถทำให้แร่ธาตุบางชนิดที่ไม่สามารถละลายได้ด้วยกรดไฮโดรคลอริกถูกย่อยสลายได้ แน่นอนว่าสถานการณ์นี้มีความต้องการสูงในด้านวัสดุและการป้องกันความปลอดภัย ซึ่งพบเห็นได้ไม่บ่อยในกระบวนการผลิตจริง แต่จะพบมากกว่าในห้องปฏิบัติการ

เอกสารบางฉบับกล่าวถึงการใช้เกลือของกรดซัลฟูริกและการเผาไหม้ทรายควอตซ์เพื่อลดปริมาณไทเทเนียมในทรายควอตซ์ การบำบัดด้วยเกลือแอมโมเนียมของกรดซัลฟูริกช่วยลดปริมาณเหล็กในทรายควอตซ์

การบำบัดน้ำเสียกรดของกรดซัลฟูริกและซัลเฟตเหมือนกับน้ำเสียกรดไฮโดรคลอริก ซึ่งสามารถทำให้เป็นกลางด้วยด่าง

3.กรดไฮโดรฟลูออริกและเกลือฟลูออไรด์

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.

บทบาทของเกลือฟลูออไรด์ในระบบที่มีกรดคล้ายกับกรดไฮโดรฟลูออริก เกลือฟลูออไรด์ยังถูกใช้เป็นสารเติมแต่ง

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?

นอกจากการทำให้เป็นกลางด้วยด่างแล้ว จุดที่สำคัญที่สุดในการบำบัดน้ำเสียกรดไฮโดรฟลูออริกคือการลดความเข้มข้นของไอออนฟลูออไรด์ให้อยู่ในช่วงที่กฎหมายกำหนด กระบวนการบำบัดโดยรวมไม่ซับซ้อน และบริษัททั่วไปสามารถจัดการน้ำเสียกรดไฮโดรฟลูออริกได้ อย่างไรก็ตาม บางบริษัทขนาดเล็กและกระจายตัวไม่มีสิ่งอำนวยความสะดวกในการบำบัดน้ำเสียอย่างมืออาชีพและไม่ต้องการเพิ่มค่าใช้จ่ายในการบำบัด การปล่อยน้ำเสียโดยตรงทำให้เกิดมลพิษต่อสิ่งแวดล้อม หากน้ำเสียถูกปล่อยออกมาโดยไม่ผ่านการบำบัด จะทำให้เนื้อหาฟลูออรีนในพื้นที่น้ำเกินมาตรฐาน ซึ่งเป็นสาเหตุหลักที่ทำให้ฟลูออรีนมีการเปลี่ยนสีในบางพื้นที่

4.ฟอสเฟตและฟอสเฟต

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.

เกลือปกติและเกลือกรดของกรดฟอสฟอริกยังสามารถเห็นได้ในการทดลองการกัดกร่อนของวัสดุควอตซ์

การบำบัดน้ำเสียของกรดฟอสฟอริกและฟอสเฟตจำเป็นต้องทำการเป็นกลางด้วยด่างก่อน และจากนั้นความเข้มข้นของฟอสเฟตต้องลดลงให้อยู่ในช่วงที่กฎหมายกำหนด

5. กรดไนตริกและไนเตรต

กรดไนตริกเป็นกรดอนินทรีย์ที่มีความเข้มข้นสูงและมีคุณสมบัติในการออกซิไดซ์ที่แข็งแกร่ง สำหรับสิ่งเจือปนแร่ธาตุที่ลดลงบางชนิด ผลของระบบกรดทั่วไปมีข้อจำกัด ปฏิกิริยาบางอย่างไม่เกิดขึ้น และปฏิกิริยาบางอย่างที่เป็นไปได้ทางเคมีและเทอร์โมไดนามิกถูกขัดขวางทางจลนศาสตร์ ในขณะนี้ หากมีสารออกซิแดนต์ที่แข็งแกร่งเข้ามาเกี่ยวข้อง ปฏิกิริยาสามารถดำเนินการได้และความเร็วของปฏิกิริยาสามารถเร่งได้อย่างมาก และเนื่องจากไนเตรตโดยทั่วไปมีความสามารถในการละลายสูงกว่า การเติมกรดไนตริกจะช่วยป้องกันการตกตะกอนของผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยา การใช้กรดไนตริกและระบบกรดอื่น ๆ ร่วมกันเหมาะสำหรับการบำบัดทรายควอตซ์ที่มีแร่ธาตุที่ลดลง

บทบาทของไนเตรตในระบบที่มีกรดคล้ายกับกรดไนตริก ไนเตรตยังใช้เป็นสารเติมแต่ง

ในการบำบัดน้ำเสียของกรดไนตริกและไนเตรต นอกจากการเป็นกลางด้วยด่างแล้ว ยังต้องมีการดำเนินการเพื่อลดปริมาณไนโตรเจนแอมโมเนียในน้ำเสีย

สารประกอบอินทรีย์

1. กรดออกซาลิก

ออร์แกนิกไบนารีมีความเข้มข้นสูง และความเป็นกรดของมันเป็นกรดปานกลางซึ่งเป็นกรดที่แข็งแกร่งในกรดอินทรีย์ ออกซาเลตมีผลการประสานที่แข็งแกร่งและเป็นสารเคลือบโลหะที่มีประสิทธิภาพ ในการทดลองการกำจัดเหล็กจากทรายควอตซ์ การใช้กรดออกซาลิกเพียงอย่างเดียว หรือการรวมกันของกรดออกซาลิกและคลื่นอัลตราโซนิก หรือการรวมกันของกรดออกซาลิกและระบบกรดอื่น ๆ สามารถบรรลุผลที่ดีกว่าในการกำจัดเหล็กและการฟอกสี นอกจากนี้ยังมีรายงานมากมายที่กล่าวถึงการใช้กรดออกซาลิกในการทำให้บริสุทธิ์และฟอกสีแร่ธาตุที่ไม่ใช่โลหะ เช่น ไคโอลิน นอกจากนี้ ปริมาณกรดออกซาลิกไม่จำเป็นต้องมากเท่ากับกรดอนินทรีย์แบบดั้งเดิม เช่น กรดไฮโดรคลอริก และต้องไม่เกิน 5% เพื่อให้ได้ผลการดองสูงสุด ออกซาเลตจะรวมตัวกับไอออนแคลเซียมและแมกนีเซียมเพื่อสร้างตะกอนที่มีความสามารถในการละลายน้อย ดังนั้นกรดออกซาลิกจึงมีข้อจำกัดบางประการเมื่อจัดการกับแร่ธาตุที่มีเนื้อหาของโลหะอัลคาไลน์สูง

ในการบำบัดน้ำเสียกรดออกซาลิก นอกจากผลกระทบของกรดแล้ว การมีอยู่ของออกซาเลตในฐานะสารอินทรีย์ยังจะเพิ่มความต้องการออกซิเจนทางเคมีของน้ำอย่างมาก ดังนั้นการบำบัดด้วยปูนขาวจึงเป็นทางออกที่ดีที่สุด นอกจากการเป็นกลางความเป็นกรดแล้ว กรดออกซาลิกยังสามารถตกตะกอนได้เพื่อลดปริมาณออกซาเลตที่เหลืออยู่ได้อย่างมาก

2.กรดซิตริกและโซเดียมซิเตรต

กรดซิตริกเป็นสารประกอบกรดไตรคาร์บอกซิลิกและเป็นกรดอินทรีย์ที่สำคัญ กรดซิตริกมีความอ่อนแอกว่ากรดออกซาลิก แต่เป็นกรดที่แข็งแกร่งในหมู่กรดอินทรีย์ กรดซิตริกและเกลือของมันมีความสามารถในการเชลติงที่แข็งแกร่งในช่วงกรด และสามารถเชลติงไอออนโลหะที่มีประจุสามและประจุสองได้ ส่วนที่เหมาะสมในการใช้งานคือ pH=4～8 เชลเลตที่เกิดจากกรดซิตริกและไอออนเหล็กมีความละลายต่ำและจะเกิดตะกอนในน้ำ เพื่อเพิ่มความสามารถในการละลาย จะมีการเติมเกลแอมโมเนียมในปริมาณที่เหมาะสมเพื่อสร้างสารประกอบที่มีความสามารถในการละลายสูงกว่า

ความยากลำบากที่ใหญ่ที่สุดในการบำบัดน้ำเสียของกรดซิตริกและสารประกอบอินทรีย์อื่น ๆ คือการลดความต้องการออกซิเจนทางเคมี ปริมาณสารอินทรีย์จำนวนมากเข้าสู่น้ำเสีย ซึ่งจะทำให้ความต้องการออกซิเจนทางเคมีพุ่งสูงขึ้น การลดความต้องการออกซิเจนทางเคมีต้องการอุปกรณ์และสถานที่เฉพาะทาง เช่น สระออกซิเดชันทางเคมีและสระออกซิเดชันทางชีวภาพ ซึ่งการลงทุนทางการเงินและความยากลำบากในการประมวลผลนั้นสูงกว่าการทำให้เป็นกลางของกรด-เบสอย่างมาก

3. EDTA (กรดเอทิลีนไดอามีนเททราอะซิติก) และเกลือโซเดียมของมัน

EDTA และเกลือโซเดียมของมันเป็นสารประกอบที่สำคัญ ซึ่งมีคุณสมบัติการประสานที่หลากหลายและสามารถสร้างเชลตกับไอออนโลหะเกือบทั้งหมดได้ มันถูกใช้ในสภาพแวดล้อมที่เป็นกลางและอัลคาไลน์อ่อน และมีความสามารถในการกัดกร่อนต่ำ มันเหมาะสำหรับการกำจัดแร่ดินเหนียวและสิ่งเจือปนออกไซด์เหล็กฟิล์มบาง

4. สารประกอบอื่น ๆ

เช่น กรดอะซิติก, กรดซาลิไซลิก, กรดโพลีฟอสฟอริกอินทรีย์ เป็นต้น ความเป็นกรดค่อนข้างอ่อน แต่ความสามารถในการประกอบนั้นโดดเด่น และสามารถใช้เป็นสารประกอบได้

ยังไม่ทราบว่ามีวิธีการที่ดีกว่าสำหรับการบำบัดเคมีของทรายควอตซ์หรือไม่ และแต่ละสารมีข้อดีและข้อเสียที่เกี่ยวข้อง โดยปกติแล้วจะมีการผสมสารหลายชนิดเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ดีที่สุด ผลของการใช้สารต่าง ๆ ร่วมกันและการที่แผนการใช้ยาตรงตามวัตถุประสงค์ของการรักษาล้วนเป็นปัจจัยที่เราต้องพิจารณาเมื่อจัดการกับทรายควอตซ์ หวังว่าทุกคนจะสามารถปรับตัวให้เข้ากับสภาพท้องถิ่นและใช้แผนการใช้ยาที่เหมาะสมที่สุด