تتطلب معالجة رمال الكوارتز عالية النقاء عملية التخليل. وهذا إجراء دقيق في ظل ظروف معالجة المعادن الحالية. للتخليل تأثيرات ووظائف متعددة يصعب استبدالها بالغسل بالماء أو التعويم أو غيرها من الطرق. فهو يزيل الشوائب الموجودة على سطح جزيئات رمال الكوارتز، والتي تتشكل كشوائب داخلية أو مضمنة داخل الجزيئات. تُعد هذه خطوة حاسمة في معالجة الكوارتز عالي النقاء.
في عملية الإنتاج، تؤثر الحموضة والوقت ودرجة الحرارة على التخليل. كما أن غسل الأحماض والمعالجة والمعدات عوامل رئيسية أيضاً.
حموضة
تسمح عملية التخليل في الواقع بتفاعل الشوائب كيميائياً مع الأحماض. وفي ظل ظروف معينة، قد يختلف تركيز الأحماض وتركيبها، كما تختلف آثار تفاعلها مع الشوائب. لذا، يختلف مستوى تأثيرها على جودة الكوارتز عالي النقاء.
يحتوي خام الكوارتز على شوائب مثل الإيبيدوت والروتيل والميكا. تحتوي معظم هذه المعادن على أكاسيد وأملاح معدنية ملتصقة بسطح خام الكوارتز. يتفاعل الكوارتز مع مجموعة متنوعة من أكاسيد وأملاح المعادن، مُكَوِّنًا كلورات قابلة للذوبان. إلا أنه لا يستطيع إذابة معظم السيليكات.
تحتوي العديد من المعادن الموجودة في الكوارتز على السيليكون. لذلك، يلزم استخدام بعض حمض الهيدروفلوريك لإذابتها.
تُظهر التجارب أنه عند درجة حرارة معينة، تزداد الحموضة. فزيادة عدد الجزيئات المتفاعلة في وحدة الحجم تؤدي إلى زيادة عدد الجزيئات النشطة. وهذا بدوره يُحسّن معدل التفاعل ويقلل من تأثير التخليل.
درجة حرارة
تلعب درجة الحرارة دورًا حاسمًا في جودة تخليل الكوارتز. يتفاعل الإيبيدوت والروتيل بشكل طفيف مع الأحماض في درجة حرارة الغرفة، بينما يؤدي تسخينهما في الحمض إلى زيادة التفاعل. وكلما ارتفعت درجة الحرارة، ازداد التفاعل قوة. ويختلف تأثير المعالجة اختلافًا كبيرًا بين فصلي الشتاء والصيف، وهذا ينطبق على مدار العام، ويعود السبب الرئيسي إلى اختلاف درجات الحرارة الخارجية.
تؤدي درجات الحرارة المرتفعة إلى تسريع حركة الجزيئات، مما يزيد من التصادمات ويبطئ معدل التفاعل. كما أن التسخين يحوّل الجزيئات غير النشطة في المحلول إلى جزيئات نشطة، مما يعزز معدل التفاعل ويزيد من فعالية العلاج.
مع ذلك، كلما ارتفعت درجة الحرارة كان ذلك أفضل. عند 60 درجة مئوية، يصبح الحمض أكثر تطايرًا. لذا، ينبغي الحفاظ على درجة حرارة التخليل عند حوالي 50 درجة مئوية. بالطبع، إذا كانت معدات التخليل محكمة الإغلاق، فسيكون المعالجة بدرجة حرارة عالية أفضل.
وقت
عندما تتساوى الحموضة ودرجة الحرارة، يؤثر وقت الغمر بشكل مباشر على إزالة الشوائب. يجب أن يكون الوقت كافيًا. في فصل الشتاء، تكون درجة الحرارة منخفضة، فيتفاعل الحمض ببطء مع الشوائب الموجودة في الكوارتز. لذا، يتطلب الأمر وقتًا مناسبًا لتحقيق النتيجة المرجوة.
بالإضافة إلى ذلك، يرتبط وقت معالجة الحمض بحجم جزيئات الكوارتز. فالجزيئات الأصغر حجماً أكثر عرضة للتلامس مع الحمض، وبالتالي يكون التفاعل أسرع. أما الجزيئات الأكبر حجماً فتؤدي إلى تدهور عملية التخليل في الفترات الزمنية القصيرة، وذلك لأن الشوائب الموجودة في الجزيئات لا تستطيع التلامس مع الحمض بسرعة.
غسيل حمضي
تتفاعل الشوائب الموجودة في الكوارتز مع الأحماض، مُنتجةً أملاحًا مختلفةً قابلةً للذوبان أو غير قابلةٍ للذوبان. وإذا لم تتم عملية غسل الكوارتز بالأحماض بشكلٍ صحيح، فقد يؤدي ذلك إلى تلف جودة المنتج المُخلّل.
على سبيل المثال، عند غسل رمل الكوارتز المعالج بالحمض بماء عالي النقاوة، تقل الحموضة. يتفاعل عنصر الكالسيوم الموجود في الشوائب مع حمض الهيدروفلوريك لإنتاج فلوريد الكالسيوم (CaF2). يلتصق فلوريد الكالسيوم بسطح جزيئات الكوارتز، ويتغير لونه عند سحب أنابيب زجاج الكوارتز.
تشير الأبحاث إلى أن مبدأ التوازن يُمكنه إيقاف تكوين فلوريد الكالسيوم (CaF2). نستخدمه لغسل الكوارتز بالحمض. يتحكم الرقم الهيدروجيني (pH) في تكوين وانصهار فلوريد الكالسيوم. آلية عمله كالتالي:
يتأين فلوريد الكالسيوم (CaF2)، مطلقا أيونات الكالسيوم (Ca2+) والفلوريد (F-) في المحلول. وعند تصادمها، يشكل الكالسيوم والفلوريد فلوريد الكالسيوم، مما يخلق حالة توازن قابلة للانعكاس.
إليكم الناتج بعد إعادة كتابته:
يؤدي ارتفاع تركيز أيونات الهيدروجين إلى تكوين فلوريد الهيدروجين مع أيونات الفلوريد. وهذا يقلل من تركيز أيونات الفلوريد، مما يعزز ذوبان فلوريد الكالسيوم.
لذا، عند الغسل بالحمض، يجب أن يكون الرقم الهيدروجيني بين 0.5 و1. قلّب لمدة 3-5 دقائق. ثم، أزل سائل التنظيف من 3 إلى 5 مرات. هذا يفصل أيونات الكالسيوم (Ca2+)، والمغنيسيوم (Mg2+)، والحديد (Fe2+)، والألومنيوم (Al3+)، والصوديوم (Na+)، والبوتاسيوم (K+) عن سائل التنظيف ومسحوق الكوارتز. بعد ذلك، اشطف بكمية كبيرة من الماء منزوع الأيونات حتى يصبح المحلول متعادلًا. بهذه الطريقة، حتى لو بقيت بعض جزيئات فلوريد الكالسيوم (CaF2) على الجزيئات، طالما بقيت دون حد ذوبانها، فلن تتشكل أي مادة صلبة. وبالتالي، لن يتسبب رمل الكوارتز عالي النقاء المعالج في تلون أنابيب زجاج الكوارتز. فلوريد الكالسيوم (CaF2) هو سبب تغير اللون.
بالطبع، ستؤدي العناصر المعدنية الأخرى أيضاً إلى تغير اللون. لذلك، يجب تشغيل رمال الكوارتز عالية النقاء في ظل ظروف صارمة أثناء غسلها بالحمض.
كيفية منع اصفرار الجلد؟
يدّعي بعض المصنّعين أن رمل الكوارتز المُخلّل سيتحول إلى اللون الأصفر. يحدث هذا بعد تركه لفترة من الزمن. والأسباب الرئيسية هي كالتالي:
(1) لا توجد عملية فصل مغناطيسي قبل تخليل رمل الكوارتز. بعد التخليل، يبقى بعض الحديد الميكانيكي في رمل الكوارتز. يتأكسد الحديد الميكانيكي بسرعة، مما يتسبب في تحول رمل الكوارتز إلى اللون الأصفر مباشرة؛;
عملية الغسل بالحمض غير كافية، إذ يبقى الحمض على سطح جزيئات الكوارتز، مما قد يتسبب في اصفرارها.
يلامس الرمل أدوات المعالجة قبل أن يجف، مما يؤدي إلى التلوث (الأكسدة بالحديد) والاصفرار.
لمنع اصفرار الرمل، يُنصح بإعداد عملية فصل مغناطيسي مسبقًا. استخدم حاويات بلاستيكية مقاومة للأحماض والقلويات لمعدات غسل الأحماض. جفف الرمل فور تنظيفه. احمِ جميع المعدات جيدًا لمنع ملامسة الرمل للحديد.
علاوة على ذلك، تؤثر البيئة الخارجية أيضاً على فعالية التخليل. لذا، يجب علينا منع تلوث الهواء بالغبار، والتحكم في جودة الهواء أثناء الإنتاج والتعبئة والتخزين، وغيرها.