Hóa chất để xử lý thạch anh

2025-03-27

Phần acid vô cơ

1. Acid clohidric và muối clorua

a. Acid clohidric

Là một trong những axit vô cơ cổ điển nhất, nó có khả năng hòa tan tốt đối với oxit sắt và khoáng chất đất sét. Nó được sử dụng rộng rãi nhờ vào giá thấp và hiệu quả rõ ràng, trực quan. Dù là tẩy gỉ để loại bỏ lớp da vàng trong tấm thạch anh, hay tẩy gỉ cát có độ tinh khiết cao, acid clohidric luôn được yêu thích.

Việc xử lý nước thải từ acid clohidric tương đối đơn giản. Trung hòa dung dịch bằng kiềm đến mức trung tính và tái kết tủa có thể đáp ứng tiêu chuẩn xả thải quốc gia. Tuy nhiên, trong các trường hợp bảo vệ môi trường liên quan đến ô nhiễm acid ở nhiều nơi, ô nhiễm nước thải chứa acid clohidric là phổ biến nhất.

Tại sao?

Việc trung hòa nước thải acid clohidric cần tiêu thụ kiềm. Lấy vôi sống, một trong những loại kiềm thường được sử dụng, làm ví dụ, theo cân bằng hóa học, chất thải lỏng được sản xuất từ một tấn acid clohidric công nghiệp 31% lý thuyết tiêu thụ khoảng 0.25 tấn vôi sống. Trên thực tế, vì vôi sống không hoàn toàn hòa tan, nếu 50% lượng vôi sống tham gia vào phản ứng, khoảng 0.5 tấn vôi sống sẽ được tiêu thụ cho chất thải lỏng sản xuất từ một tấn acid clohidric công nghiệp. Giá của một tấn acid clohidric công nghiệp là 100-400 nhân dân tệ, giá trung bình tham khảo là 300 nhân dân tệ; giá của một tấn vôi sống là 400-1000 nhân dân tệ, và giá trung bình tham khảo là 700 nhân dân tệ. Từ đó, chúng ta có thể biết rằng chi phí sử dụng một tấn acid clohidric là 300 nhân dân tệ, chi phí vôi cho việc xử lý nước thải là 350 nhân dân tệ, và chi phí xử lý nước thải đã vượt quá chi phí sử dụng acid clohidric. Một số doanh nghiệp không tiêu chuẩn, một mặt, không có cơ sở xử lý nước thải, mặt khác, không muốn gánh chịu chi phí cao hơn, dẫn đến các sự cố ô nhiễm do xả thải acid thường xuyên xảy ra.

Cuối cùng, Marx đã nói: “Để thu về 100% lợi nhuận, vốn dám giẫm đạp lên tất cả các luật lệ của con người”.

b. Muối clorua

Các muối clorua phổ biến, như natri clorua, kali clorua, lithium clorua, canxi clorua, magiê clorua, có thể được sử dụng để doping và tinh chế cát thạch anh, và cũng có thể được sử dụng cho quá trình rang clor hóa và tẩy trắng trong các khoáng sản phi kim loại như kaolin.

Một số tài liệu đề cập đến việc clor hóa và tinh chế cát thạch anh bằng amoni clorua, hydrogen clorua, clo hoặc carbon tetraclorua.

2. Acid sulfuric và sulfate

Axit vô cơ nhị phân với tính oxi hóa mạnh và điểm sôi cao. Điểm sôi của acid sulfuric cô đặc là 338°C, và nó không bay hơi dưới điều kiện bình thường, do đó không được sử dụng rộng rãi như acid clohidric trong các ứng dụng yêu cầu xử lý sương acid. Ưu điểm của điểm sôi cao là các khoáng chất có thể được chế biến trước khi đun nóng đến điểm sôi (như khoảng 300°C) mà không cần sử dụng các thiết bị chịu áp lực cao. Những điều kiện cực đoan như vậy có thể phân hủy một số khoáng chất không thể hòa tan bởi acid clohidric. Tất nhiên, tình huống này có yêu cầu cao về vật liệu và bảo vệ an toàn, điều này hiếm thấy trong sản xuất thực tế, nhưng nhiều hơn trong phòng thí nghiệm.

Một số tài liệu đề cập đến việc sử dụng muối của axit sulfuric và quá trình nung quặng cát thạch anh để giảm hàm lượng titan trong quặng cát thạch anh. Việc xử lý với muối amoniac của axit sulfuric giúp giảm hàm lượng sắt trong quặng cát thạch anh.

Việc xử lý nước thải axit của axit sulfuric và sulfate tương tự như nước thải axit clohidric, có thể được trung hòa bằng kiềm.

3. Axit hydrofluoric và muối fluoride

Axit yếu đơn trị hydrofluoric, với khả năng tạo phức siêu mạnh, trở thành công cụ mạnh mẽ trong việc tinh chế quặng cát thạch anh. Dưới các điều kiện nhất định, axit hydrofluoric phản ứng với hầu hết các khoáng chất tạp chất, bao gồm cả quặng cát thạch anh. Do đó, khi nồng độ axit hydrofluoric quá cao, cần chú ý đến việc mất mát quặng cát thạch anh. Hệ thống axit hỗn hợp giữa axit hydrofluoric và axit clohidric, axit sulfuric hoặc axit nitric thường được sử dụng. Trong lĩnh vực dầu khí, các khoáng sản không kim loại như than chì, carbide silic và những loại khác áp dụng hệ thống axit hỗn hợp có chứa axit hydrofluoric.

Vai trò của các muối fluoride trong các hệ thống chứa axit tương tự như vai trò của axit hydrofluoric. Các muối fluoride cũng được sử dụng làm chất pha tạp.

Các viên ngọc được sản xuất bởi nền văn minh công nghiệp của con người không thể tách rời sự tồn tại của axit hydrofluoric. Trong ngành công nghiệp bán dẫn, axit hydrofluoric chủ yếu được sử dụng để làm sạch bề mặt wafers, hoặc trong quá trình làm sạch và khắc trong quá trình chế biến vi mạch. Trong ngành công nghiệp năng lượng mặt trời, axit hydrofluoric được sử dụng trong các quy trình như làm sạch và khắc bề mặt chip. Trong ngành công nghiệp panel, axit hydrofluoric được sử dụng để làm sạch các cơ sở kính và khắc nitrua silic và silicon dioxide. Tuy nhiên, trong ngành công nghiệp cát thạch anh siêu tinh khiết, một số người cố gắng tìm kiếm giải pháp “không fluor” hoặc thậm chí “không axit”. Liệu điều này có khoa học không?

Ngoài việc trung hòa bằng kiềm, điểm quan trọng nhất trong xử lý nước thải axit hydrofluoric là giảm nồng độ ion fluoride về phạm vi cho phép theo tiêu chuẩn quốc gia. Quy trình xử lý tổng thể không phức tạp, và các doanh nghiệp thông thường có khả năng xử lý nước thải axit hydrofluoric. Tuy nhiên, một số doanh nghiệp nhỏ và phân tán không có cơ sở xử lý nước thải chuyên nghiệp và không muốn tăng chi phí xử lý, dẫn đến việc xả thải nước thải trực tiếp gây ô nhiễm môi trường. Nếu nước thải được xả thải trực tiếp mà không qua xử lý, dễ dàng gây ra hàm lượng fluor trong khu vực nước vượt quá tiêu chuẩn, đây cũng là lý do chính cho sự biến đổi màu sắc của fluor ở một số nơi.

4. Phosphate và Phosphate

Axit trung bình mạnh ba trị, có điểm sôi 261℃ (phân hủy). Axit phosphoric nóng đặc có thể phân hủy hầu hết các khoáng chất, như cromit, rutil, ilmenite, v.v., và cũng có thể phản ứng với silica để tạo thành axit heteropoly. Axit phosphoric là axit duy nhất ngoài axit hydrofluoric có thể phản ứng với thạch anh.

Muối bình thường và muối axit của axit phosphoric cũng có thể được thấy trong các thí nghiệm ăn mòn các vật liệu thạch anh.

Xử lý nước thải của axit phosphoric và phosphates cần được trung hòa với kiềm trước, và sau đó nồng độ của phosphates cần được giảm xuống mức được phép theo tiêu chuẩn quốc gia.

5. Axit nitric và nitrats

Axit nitric là một axit vô cơ mạnh với tính oxi hóa mạnh mẽ. Đối với một số tạp chất khoáng vật giảm, hiệu quả của các hệ thống axit thông thường là hạn chế, một số phản ứng không xảy ra, và một số phản ứng mà về mặt hóa học là khả thi thermodynamically lại bị cản trở kinetically. Vào lúc này, nếu có sự tham gia của một chất oxi hóa mạnh, phản ứng có thể được tiến hành và tốc độ phản ứng có thể được tăng cường đáng kể. Và vì nitrates thường có độ hòa tan cao hơn, việc bổ sung axit nitric ngăn chặn sự kết tủa của các sản phẩm phản ứng. Việc sử dụng hỗn hợp axit nitric và các hệ thống axit khác là phù hợp cho việc xử lý cát thạch anh chứa khoáng vật giảm.

Vai trò của nitrate trong các hệ thống chứa axit tương tự như axit nitric. Nitrate cũng được sử dụng như một chất dopant.

Trong xử lý nước thải của axit nitric và nitrate, ngoài việc trung hòa với kiềm, cũng cần thực hiện các biện pháp để giảm hàm lượng nitơ amonia trong nước thải.

Hợp chất hữu cơ

1. Axit oxalic

Hợp chất hữu cơ nhị phân mạnh, và độ axit của nó là axit vừa mạnh, nó là một axit mạnh trong các axit hữu cơ. Oxalate có hiệu ứng phối hợp mạnh mẽ và là một chất chelat kim loại hiệu quả. Trong thí nghiệm loại bỏ sắt từ cát thạch anh, việc sử dụng axit oxalic một mình, hoặc kết hợp axit oxalic và sóng siêu âm, hoặc kết hợp axit oxalic và các hệ thống axit khác, có thể đạt được hiệu quả tốt hơn trong việc loại bỏ sắt và làm trắng. Cũng có rất nhiều báo cáo đề cập đến việc axit oxalic được sử dụng trong việc tinh chế và tẩy trắng các khoáng sản phi kim loại như kaolin. Hơn nữa, lượng axit oxalic không cần lớn như các axit vô cơ truyền thống như axit clohidric, và chỉ cần không quá 5% để đạt được hiệu quả dưa tối đa. Oxalate sẽ kết hợp với canxi và magie ion để tạo thành kết tủa có độ hòa tan thấp, vì vậy axit oxalic có những hạn chế nhất định khi xử lý các khoáng sản có hàm lượng kim loại kiềm thổ cao.

Trong nước thải axit oxalic, ngoài ảnh hưởng của axit, sự hiện diện của oxalate như một chất hữu cơ cũng sẽ làm tăng đáng kể nhu cầu oxy hóa học của nước. Do đó, việc xử lý bằng vôi là giải pháp ưu tiên. Ngoài việc trung hòa độ axit, axit oxalic cũng có thể được kết tủa để giảm đáng kể hàm lượng oxalate còn lại.

2. Axit citric và natri citrate

Axit citric là một hợp chất axit tricarboxylic và là một axit hữu cơ quan trọng. Axit citric yếu hơn axit oxalic, nhưng là một axit mạnh trong các axit hữu cơ. Axit citric và muối của nó có khả năng chelat mạnh trong phạm vi axit, và có thể chelat hầu hết các ion kim loại hóa trị ba. Phạm vi sử dụng phù hợp là pH=4～8. Chelat được hình thành bởi axit citric và ion sắt có độ hòa tan thấp và sẽ hình thành kết tủa trong nước. Để tăng cường độ hòa tan của nó, một lượng muối amoni phù hợp được bổ sung để tạo thành một hợp chất có độ hòa tan cao hơn.

Khó khăn lớn nhất trong việc xử lý nước thải của axit citric và các hợp chất hữu cơ khác là giảm nhu cầu oxy hóa học. Một lượng lớn chất hữu cơ xâm nhập vào nước thải, điều này sẽ làm cho nhu cầu oxy hóa học tăng vọt. Việc giảm nhu cầu oxy hóa học cần thiết phải có thiết bị và địa điểm chuyên nghiệp, chẳng hạn như bể oxy hóa hóa học và bể oxy hóa sinh học, trong khi đó, vốn đầu tư và độ khó xử lý của các thiết bị này lớn hơn rất nhiều so với các cơ sở trung hòa axit-bazơ.

3. EDTA (axit ethylenediaminetetraacetic) và muối natri của nó

EDTA và muối natri của nó là những tác nhân tạo phức quan trọng, có phạm vi tính chất phối trí rộng và có thể tạo thành các chelat ổn định với hầu hết các ion kim loại. Nó được sử dụng trong môi trường trung tính và kiềm yếu, và có khả năng ăn mòn kém. Nó phù hợp để loại bỏ khoáng sét và tạp chất oxit sắt dạng màng mỏng.

4. Các tác nhân tạo phức khác

Như axit axetic, axit salicylic, axit polyphosphonic hữu cơ, v.v., tính axit tương đối yếu, nhưng khả năng tạo phức nổi bật, và nó có thể được sử dụng như một tác nhân tạo phức.

Có một giải pháp tốt hơn cho việc xử lý hóa học cát thạch anh hay không vẫn chưa rõ ràng. Và mỗi chất đều có những ưu điểm và nhược điểm tương ứng, thường thì một số chất được trộn lẫn để đạt được hiệu quả tốt nhất. Hiệu quả kết hợp của các chất khác nhau và việc phác đồ thuốc có phù hợp với mục đích điều trị hay không đều là những yếu tố mà chúng ta cần xem xét khi xử lý cát thạch anh. Tôi hy vọng mọi người có thể thích ứng với điều kiện địa phương và sử dụng phác đồ thuốc phù hợp nhất.