Хімікати для обробки кварцу

2025-03-27

Неорганічна кислота

1. Соляна кислота та хлоридні солі

a. Соляна кислота

Одна з найкласичніших неорганічних кислот, вона має хорошу розчинність для оксидів заліза та глиняних мінералів. Широко використовується через свою низьку ціну та очевидний і інтуїтивно зрозумілий ефект. Чи то для вимочування, щоб видалити жовту шкіру з кварцової пластини, чи для вимочування високочистого піску, соляна кислота користується популярністю.

Обробка стічних вод соляної кислоти відносно проста. Нейтралізація розчину лугом до нейтральності та повторне осадження можуть відповідати національному стандарту скидання. Однак серед випадків забруднення навколишнього середовища кислотами в різних місцях, забруднення стічних вод, що містять соляну кислоту, є найпоширенішим.

Чому?

Нейтралізація стічних вод соляної кислоти вимагає споживання лугу. Взяти, наприклад, найбільш поширений вапняк, відповідно до хімічного балансу, відходи, що виробляються з одного тонни 31% промислової соляної кислоти, теоретично споживають близько 0,25 тонни вапняку. Насправді, оскільки вапняк не повністю розчиняється, якщо 50% вапняку бере участь у реакції, для відходів, що виробляються з однієї тонни промислової соляної кислоти, споживається близько 0,5 тонни вапняку. Ціна однієї тонни промислової соляної кислоти становить 100-400 юанів, середня референтна ціна – 300 юанів; ціна однієї тонни вапняку становить 400-1000 юанів, а середня референтна ціна – 700 юанів. Тоді ми можемо дізнатися, що вартість використання однієї тонни соляної кислоти становить 300 юанів, вартість вапна для обробки стічних вод – 350 юанів, а вартість обробки стічних вод перевищила вартість використання соляної кислоти. Деякі нестандартні підприємства, з одного боку, не мають установок для обробки стічних вод, а з іншого боку, не бажають нести вищі витрати, що призводить до частих випадків забруднення через скидання відходів.

Адже Маркс сказав: “Заради 100% прибутку капітал наважується топтати всі людські закони”.

b. Хлоридні солі

Звичайні хлоридні солі, такі як хлорид натрію, хлорид калію, хлорид літію, хлорид кальцію, хлорид магнію, можуть використовуватися для легування та очищення кварцового піску, а також можуть використовуватися для хлорування, обжарювання та відбілювання в неметалічних мінералах, таких як каолін.

Деякі літератури згадують про хлорування та очищення кварцового піску з хлоридом амонію, хлороводнем, хлором або тетрахлорметаном.

2. Сірчана кислота та сульфати

Бінарна неорганічна кислота з сильною окислювальною властивістю та високою температурою кипіння. Температура кипіння концентрованої сірчаної кислоти становить 338 °C, і вона не є летючою за нормальних умов, тому не використовується так широко, як соляна кислота в застосуваннях, що вимагають обробки кислотним туманом. Перевага високої температури кипіння полягає в тому, що мінерали можна обробляти перед нагріванням до температури кипіння (наприклад, близько 300°C) без використання високого тиску. Такі екстремальні умови можуть розкладати деякі мінерали, які не можуть бути розчинені соляною кислотою. Звичайно, ця ситуація має високі вимоги до матеріалів та безпеки, що рідко зустрічається в реальному виробництві, але більше в лабораторії.

Деякі літератури згадують про використання солей сірчаної кислоти та кальцинацію кварцового піску для зменшення вмісту титану в кварцовому піску. Обробка амонійними солями сірчаної кислоти зменшує вміст заліза в кварцовому піску.

Обробка кислотних стічних вод сірчаної кислоти та сульфатів така ж, як і у стічних вод соляної кислоти, які можна нейтралізувати лугом.

3. Гідрофлуоридна кислота та флуоридні солі

Монобазова слаба кислота фтороводнева кислота, завдяки своїй надскладній здатності, стала великим вбивцею для очищення кварцового піску. За певних умов фтороводнева кислота реагує з більшістю мінералів- домішок, включаючи кварцовий пісок. Тому, коли концентрація фтороводневої кислоти занадто висока, необхідно звертати увагу на втрати кварцового піску. Змішані кислоти фтороводневої кислоти з соляною кислотою, сульфатною кислотою або нітратною кислотою зазвичай використовуються в змішаних кислотних системах. У сфері нафтовидобутку графіт, карбід кремнію та інші неметалічні мінерали використовують змішану кислотну систему, що містить фтороводневу кислоту.

Роль фторидних солей в системах, що містять кислоту, подібна до ролі фтороводневої кислоти. Фторидні солі також використовуються як домішки.

Перли, вироблені людською індустріальною цивілізацією, нерозривно пов'язані з існуванням фтороводневої кислоти. У напівпровідниковій промисловості фтороводнева кислота в основному використовується для очищення поверхні пластини або в процесі очищення та травлення під час обробки чіпів. У сонячній промисловості фтороводнева кислота використовується в таких процесах, як очищення поверхні чіпів і травлення. У панельній промисловості фтороводнева кислота використовується для очищення скляних підкладок і травлення кремнієвого нітриду та кремнієвого діоксиду. Однак у промисловості високочистого кварцового піску деякі люди намагаються знайти "безфтористе" або навіть "безкислотне" рішення. Чи є це науковим?

Окрім нейтралізації лугом, найважливішим аспектом обробки стічних вод, що містять фтороводневу кислоту, є зменшення концентрації фторид-іонів до межі, дозволеної національним стандартом. Загальний процес обробки не є складним, і звичайні підприємства здатні впоратися з обробкою стічних вод, що містять фтороводневу кислоту. Однак деякі малі та розрізнені підприємства не мають професійних установок для обробки стічних вод і не бажають збільшувати витрати на обробку, а прямий скидання стічних вод викликає забруднення навколишнього середовища. Якщо стічні води скидаються без обробки, це може призвести до перевищення вмісту фтору у воді, що також є основною причиною зміни кольору фтору в деяких місцях.

4. Фосфат і фосфат

Тринарна середньо-сильна кислота, температура кипіння 261℃ (розклад). Концентрована гаряча фосфорна кислота може розкладати більшість мінералів, таких як хроміт, рутил, ільменіт тощо, а також може реагувати з кремнеземом, утворюючи гетерополіксиди. Фосфорна кислота є єдиною кислотою, окрім фтороводневої, яка може реагувати з кварцом.

Звичайна сіль і кислотна сіль фосфорної кислоти також можна побачити в експериментах з корозії кварцових матеріалів.

Очищення стічних вод фосфорної кислоти та фосфатів потребує спочатку нейтралізації лугом, а потім концентрацію фосфатів потрібно зменшити до межі, дозволеної національним стандартом.

5. Азотна кислота та нітрати

Азотна кислота є неорганічною сильною кислотою з сильними окислювальними властивостями. Для деяких відновлювальних мінеральних домішок ефект звичайних кислотних систем обмежений, деякі реакції не відбуваються, а деякі реакції, які є хімічно термодинамічно можливими, кінетично заважаються. У цей час, якщо залучити сильний окислювач, реакцію можна провести, і швидкість реакції можна значно прискорити. І оскільки нітрати зазвичай мають вищу розчинність, додавання азотної кислоти запобігає випадінню продуктів реакції. Змішане використання азотної кислоти та інших кислотних систем підходить для обробки кварцового піску, що містить відновлювальні мінерали.

Роль нітрату в системах, що містять кислоту, подібна до ролі азотної кислоти. Нітрат також використовується як домішка.

У очищенні стічних вод азотної кислоти та нітрату, окрім нейтралізації лугом, також слід вжити заходів для зменшення вмісту амонійного азоту у стічних водах.

Органічні сполуки

1. Щавлева кислота

Бінарна органічна кислота є сильною, а її кислотність є середньо-сильною кислотою, що є сильною кислотою серед органічних кислот. Щавлева кислота має сильний координаційний ефект і є ефективним металевим хелатором. У експерименті з видалення заліза з кварцового піску використання щавлевої кислоти окремо, або в комбінації з ультразвуком, або в комбінації з іншими кислотними системами може досягти кращого ефекту видалення заліза та відбілювання. Також є багато повідомлень, що згадують про використання щавлевої кислоти в очищенні та відбілюванні неметалічних мінералів, таких як каолін. Більше того, кількість щавлевої кислоти не повинна бути такою великою, як у традиційних неорганічних кислот, таких як соляна кислота, і повинна становити не більше 5%, щоб досягти максимального ефекту маринування. Щавлева кислота буде поєднуватися з іонами кальцію та магнію, утворюючи осади з низькою розчинністю, тому щавлева кислота має певні обмеження при обробці мінералів з високим вмістом лужноземельних металів.

У стічних водах щавлевої кислоти, окрім впливу кислоти, наявність щавлевої кислоти як органічної речовини також значно збільшує хімічний попит на кисень водного середовища. Тому обробка вапном є переважним рішенням. Окрім нейтралізації кислотності, щавлева кислота також може бути осаджена, щоб значно зменшити залишковий вміст щавлевої кислоти.

2. Лимонна кислота та натрію цитрат

Цитратна кислота є трікарбоновою кислотою і є важливою органічною кислотою. Цитратна кислота слабша за щавлеву кислоту, але є сильною кислотою серед органічних кислот. Цитратна кислота та її солі мають сильну хелатуючу здатність в кислому діапазоні і можуть хелатувати більшість тривалентних і двовалентних металевих іонів. Підходящий діапазон використання - pH=4～8. Хелат, утворений цитратною кислотою та іоном заліза, має низьку розчинність і утворює осад у воді. Щоб збільшити його розчинність, додається відповідна кількість амонійної солі для утворення сполуки з вищою розчинністю.

Найбільша складність у очищенні стічних вод від лимонної кислоти та інших органічних сполук полягає в зменшенні хімічного споживання кисню. Велика кількість органічних речовин потрапляє в стічні води, що призводить до різкого зростання хімічного споживання кисню. Зменшення хімічного споживання кисню вимагає професійного обладнання та майданчиків, таких як хімічні окислювальні басейни та біологічні окислювальні басейни, капітальні інвестиції та складність обробки яких значно перевищують такі у закладах нейтралізації кислот і лугів.

3. ЕДТА (етилендіамінтетраоцтова кислота) та її натрієва сіль

ЕДТА та її натрієва сіль є важливими комплексоутворюючими агентами, які мають широкий спектр координаційних властивостей і можуть утворювати стабільні хелати з майже всіма металевими іонами. Вона використовується в нейтральному та слабко лужному середовищі і має погану корозійну здатність. Вона підходить для видалення глиняних мінералів та домішок тонкоплівкового оксиду заліза.

4. Інші комплексоутворюючі агенти

Такі як оцтова кислота, саліцилова кислота, органічна поліфосфорна кислота тощо, кислотність відносно слабка, але комплексоутворююча здатність видатна, і її можна використовувати як комплексоутворюючий агент.

Чи існує краще рішення для хімічної обробки кварцового піску, поки що невідомо. І кожна речовина має відповідні переваги та недоліки, зазвичай кілька речовин змішуються для досягнення найкращого ефекту. Комбінований ефект використання різних речовин та відповідність лікувальної схеми меті лікування - це всі фактори, які ми повинні враховувати при обробці кварцового піску. Сподіваюся, що всі зможуть адаптуватися до місцевих умов і використовувати найбільш підходящу лікувальну схему.