处理石英的化学品

2025年3月27日

无机酸部分

1.盐酸和氯化盐

a.盐酸

作为最经典的无机酸之一，对氧化铁和粘土矿物具有良好的溶解性。由于其低价格和明显直观的效果，广泛应用。无论是酸洗去除石英板上的黄皮，还是高纯度砂的酸洗，盐酸都受到青睐。

盐酸废水处理相对简单。用碱中和溶液至中性并重新沉淀可以达到国家排放标准。然而，在各地酸性污染的环保案例中，含盐酸的废水污染最为常见。

为什么？

盐酸废水的中和需要消耗碱。以最常用的生石灰为例，根据化学平衡，理论上1吨31%工业盐酸产生的废液需要消耗约0.25吨生石灰。实际上，由于生石灰没有完全溶解，如果50%的生石灰参与反应，1吨工业盐酸产生的废液就需要消耗约0.5吨生石灰。1吨工业盐酸的价格为100-400元，参考平均价为300元；1吨生石灰的价格为400-1000元，参考平均价为700元。那么我们可以知道，使用1吨盐酸的成本为300元，废水处理所需的石灰成本为350元，废水处理的成本已经超过了使用盐酸的成本。一些不规范的企业一方面没有废水处理设施，另一方面又不愿承担更高的成本，导致废酸直排污染事件频发。

毕竟，马克思说过：“为了100%的利润，资本敢于践踏一切人类法律。”

b.氯化盐

常见的氯化盐，如氯化钠、氯化钾、氯化锂、氯化钙、氯化镁，可以用于掺杂和净化石英砂，也可以用于高岭土等非金属矿石的氯化焙烧和增白。

一些文献提到用氯化铵、氯化氢、氯或四氯化碳对石英砂进行氯化和净化。

2.硫酸和硫酸盐

具有强氧化性和高沸点的二元无机酸。浓硫酸的沸点为338°C，在常温下不挥发，因此在需要酸雾处理的应用中，它的使用不如盐酸广泛。高沸点的优势在于可以在加热到沸点（如约300°C）之前加工矿物，而无需使用高压容器。这种极端条件可以分解一些不能被盐酸溶解的矿物。当然，这种情况对材料和安全防护要求很高，实际生产中很少见，而更多是在实验室中。

一些文献提到利用硫酸盐和石英砂的煅烧来降低石英砂的钛含量。用硫酸铵处理可降低石英砂的铁含量。

硫酸和硫酸盐的酸性废水处理与盐酸废水相同，可以用碱中和。

3.氟化氢和氟盐

氟化氢是一种单酸弱酸，凭借其超强的络合能力，成为了硅砂净化的大杀器。在特定条件下，氟化氢与大多数杂质矿物发生反应，包括硅砂。因此，当氟化氢的浓度过高时，需注意硅砂的损失。氟化氢与盐酸、硫酸或硝酸的混合酸是常用的混合酸体系。在油田领域，石墨、碳化硅等非金属矿物采用含氟化氢的混合酸系统。

氟盐在含酸体系中的作用与氟化氢相似，氟盐也用作掺杂剂。

人类工业文明产生的珍珠离不开氟化氢的存在。在半导体行业，氟化氢主要用于清洁晶圆表面，或在芯片加工中的清洗和蚀刻过程中。在太阳能行业，氟化氢用于芯片表面清洗和蚀刻等工艺。在面板行业，氟化氢用于清洁玻璃基板和蚀刻氮化硅及二氧化硅。然而，在高纯度硅砂行业中，有些人试图寻找一种“无氟”甚至“无酸”解决方案。这科学吗？

除了碱中和外，氟化氢废水处理的最重要一点是将氟离子浓度降低到国家标准允许的范围内。整体处理过程并不复杂，正规的企业有能力处理氟化氢废水。然而，一些小型散乱企业没有专业的废水处理设施，并且不愿意增加处理成本，直接排放废水导致环境污染。如果废水未经处理直接排放，容易导致某些水域的氟含量超标，这也是某些地方氟变色的主要原因。

4.磷酸和磷酸盐

三元中强酸，沸点261℃（分解）。浓磷酸在高温下可以分解大多数矿物，如铬铁矿、钛铁矿、钛矿等，也可以与二氧化硅反应形成杂多酸。磷酸是唯一与硅砂反应的酸，除了氟化氢。

磷酸的正常盐和酸盐也会出现在硅材料的腐蚀实验中。

磷酸和磷酸盐的废水处理需要先用碱中和，然后降低磷酸盐的浓度到国家标准允许的范围。

5. 硝酸和硝酸盐

硝酸是一种无机强酸，具有强氧化性。对于某些还原性矿物杂质，常规酸系统的效果有限，有些反应无法发生，而一些在化学热力学上可行的反应则受到动力学的阻碍。这时，如果参与一个强氧化剂，反应可以进行，并且反应速度可以大大加快。而且由于硝酸盐通常具有更高的溶解度，加入硝酸可防止反应产物的沉淀。硝酸与其他酸系的混合使用适合处理含有还原矿物的石英砂。

在含酸系统中，硝酸盐的作用类似于硝酸。硝酸盐也可作为掺杂剂。

在硝酸和硝酸盐的废水处理过程中，除了用碱中和外，还应采取措施降低废水中的氨氮含量。

有机化合物

1. 草酸

草酸是一种双官能有机酸，酸性中等偏强，是有机酸中的强酸。草酸盐具有很强的配位效应，是有效的金属螯合剂。在石英砂的除铁实验中，单独使用草酸，或与超声波结合，或与其他酸系结合，都可以达到更好的除铁和漂白效果。许多报告提到，草酸用于高岭土等非金属矿物的净化和漂白。此外，草酸的用量不需要像传统无机酸（如盐酸）那么大，仅需不超过5%即可达到最佳腌制效果。草酸盐会与钙和镁离子结合形成低溶解度的沉淀，因此草酸在处理高碱土金属含量矿物时存在一定的局限性。

在草酸废水中，除了酸的影响外，草酸盐作为有机物的存在也会大大增加水体的化学需氧量。因此，石灰处理是首选解决方案。除了中和酸性外，草酸还可以沉淀，极大降低残留的草酸盐含量。

2. 柠檬酸和柠檬酸钠

柠檬酸是一种三羧酸化合物，是一种重要有机酸。柠檬酸的强度弱于草酸，但在有机酸中仍然是强酸。柠檬酸及其盐在酸性范围内具有很强的螯合能力，可以螯合大多数三价和二价金属离子。适用范围为pH=4～8。柠檬酸与铁离子形成的螯合物溶解度低，会在水中形成沉淀。为了增加其溶解度，可添加适量的铵盐，以形成更高溶解度的化合物。

废水处理中柠檬酸和其他有机化合物的最大难点是化学需氧量的减少。大量有机物进入废水，将导致化学需氧量飙升。减少化学需氧量需要专业的设备和场地，如化学氧化池和生物氧化池，其资本投资和处理难度远大于酸碱中和设施。

3. EDTA（乙二胺四乙酸）及其钠盐

EDTA及其钠盐是重要的络合剂，具有广泛的协调性能，能够与几乎所有金属离子形成稳定的螯合物。它在中性和弱碱性环境中使用，腐蚀能力差。适合去除黏土矿物和薄膜氧化铁杂质。

4. 其他络合剂

如乙酸、水杨酸、有机聚磷酸等，其酸度相对较弱，但络合能力突出，可以用作络合剂。

目前，是否有更好的解决方案用于石英砂的化学处理仍然未知。每种物质都有相应的优缺点，通常会混合几种物质以达到最佳效果。各种物质的联合使用效果以及药物方案是否与处理目的相匹配，都是我们在处理石英砂时需要考虑的因素。希望大家能够因地制宜，使用最合适的药物方案。