Le traitement du sable de quartz de haute pureté nécessite un décapage. Cette étape est essentielle dans les conditions actuelles de traitement des minéraux. Le décapage remplit diverses fonctions et effets, difficiles à remplacer par le lavage à l'eau, la flottation ou d'autres méthodes. Il permet d'éliminer les impuretés présentes à la surface des particules de sable de quartz, sous forme d'inclusions ou incorporées à l'intérieur de celles-ci. Il s'agit d'une étape cruciale du traitement du quartz de haute pureté.
En production, l'acidité, la durée et la température influent sur le décapage. Le lavage à l'acide, le traitement et l'équipement sont également des facteurs importants.
Acidité
Le décapage permet aux impuretés de réagir chimiquement avec les acides. La concentration et la composition de ces acides peuvent varier selon les conditions, tout comme les effets de la réaction avec les impuretés. Par conséquent, l'influence sur la qualité du quartz de haute pureté est variable.
Le minerai de quartz contient des impuretés telles que l'épidote, le rutile et le mica. La plupart de ces minéraux contiennent des oxydes et des sels métalliques fixés à la surface du minerai de quartz. Ce dernier peut réagir avec divers oxydes et sels métalliques, formant ainsi des chlorates solubles. En revanche, il ne dissout pas la plupart des silicates.
De nombreux minéraux présents dans le quartz contiennent du silicium. C'est pourquoi il faut utiliser de l'acide fluorhydrique pour les dissoudre.
L'expérimentation montre qu'à une certaine température, l'acidité augmente. Un plus grand nombre de molécules réactives par unité de volume conduit à un plus grand nombre de molécules activées. Ceci accélère la réaction et atténue l'effet de décapage.
Température
La température joue un rôle crucial dans la qualité du décapage du quartz. L'épidote et le rutile réagissent très peu avec l'acide à température ambiante. Le chauffage dans l'acide renforce cette réaction. Plus la température est élevée, plus l'effet est marqué. L'efficacité du traitement varie considérablement entre l'hiver et l'été, et ce, tout au long de l'année. La principale raison réside dans les différences de température extérieure.
Des températures plus élevées accélèrent le mouvement des molécules, ce qui entraîne une augmentation des collisions et ralentit la vitesse de réaction. Le chauffage peut transformer les molécules inactives en solution en molécules actives, ce qui accélère la réaction et renforce l'efficacité du traitement.
Cependant, plus la température est élevée, mieux c'est. À 60 °C, l'acide devient plus volatil. Il convient donc de maintenir la température de décapage aux alentours de 50 °C, à condition bien sûr que l'équipement soit parfaitement étanche. Un traitement à haute température sera alors optimal.
Temps
Lorsque l'acidité et la température sont identiques, la durée d'immersion influe directement sur l'élimination des impuretés. Cette durée doit être suffisante. En hiver, les températures étant basses, l'acide réagit plus lentement avec les impuretés du quartz. Il est donc nécessaire de respecter un temps d'immersion adéquat pour obtenir le résultat souhaité.
De plus, la durée du décapage acide dépend également de la taille des particules de quartz. Les particules de quartz plus petites entrent plus rapidement en contact avec l'acide, ce qui accélère la réaction. À l'inverse, les particules de quartz plus grosses ralentissent le processus de décapage, car les impuretés qu'elles contiennent ne peuvent pas entrer en contact aussi rapidement avec l'acide.
lavage à l'acide
Les impuretés présentes dans le quartz réagissent avec l'acide. Elles produisent divers sels, solubles ou non. Un décapage acide mal réalisé peut altérer la qualité du produit.
Par exemple, lors du lavage à l'eau ultrapure de sable de quartz traité à l'acide, l'acidité diminue. L'élément calcium (Ca), présent par impuretés, réagit avec l'acide fluorhydrique (HF) pour former du fluorure de calcium (CaF₂). Ce dernier se fixe à la surface des particules de quartz et provoque une décoloration lors du traçage de tubes en verre de quartz.
Des recherches montrent que le principe d'équilibre peut stopper la formation de CaF2. On l'utilise pour laver le quartz à l'acide. Le pH contrôle la formation et la fusion de CaF2. Son mécanisme est le suivant :
Le CaF2 s'ionise, libérant des ions Ca2+ et F- dans la solution. Lors de leurs collisions, les ions Ca2+ et F- forment du CaF2, créant un équilibre réversible.
Voici le résultat réécrit :
Une forte concentration en H+ conduit à la formation de HF avec F-. Ceci réduit la concentration en F-, favorisant la dissolution de CaF2.
Ainsi, lors du lavage à l'acide, le pH doit être compris entre 0,5 et 1. Agiter pendant 3 à 5 minutes. Ensuite, rincer abondamment à l'eau déminéralisée jusqu'à neutralité. De cette façon, même si des traces de CaF₂ subsistent sur les particules, tant que leur concentration reste inférieure à leur limite de solubilité, aucun solide ne se formera. Ainsi, le sable de quartz de haute pureté traité ne décolorera pas les tubes en verre de quartz. La décoloration est due au CaF₂.
Bien entendu, d'autres éléments minéraux peuvent également provoquer une décoloration. C'est pourquoi le sable de quartz de haute pureté doit être manipulé dans des conditions rigoureuses lors du lavage à l'acide.
Comment prévenir le jaunissement ?
Certains fabricants affirment que le sable de quartz décapé jaunit après un certain temps. Les principales raisons sont les suivantes :
(1) Il n'y a pas de processus de séparation magnétique avant le décapage du sable de quartz. Après le décapage, du fer mécanique reste dans le sable de quartz. Le fer mécanique s'oxyde rapidement, ce qui fait jaunir directement le sable de quartz ;
Le lavage à l'acide n'est pas complet. De l'acide reste en surface des particules de quartz, ce qui provoque également un jaunissement.
Le sable entre en contact avec les outils de manutention avant de sécher. Cela entraîne une pollution (oxydation par le fer) et un jaunissement.
Pour éviter le jaunissement, mettez en place un processus de séparation magnétique préalable. Utilisez des récipients en plastique résistants aux acides et aux alcalis pour le matériel de lixiviation acide. Séchez le sable immédiatement après le nettoyage. Protégez soigneusement tout le matériel afin d'éviter tout contact entre le sable et le fer.
De plus, l'environnement extérieur influe également sur l'efficacité du décapage. Il est impératif de prévenir la pollution de l'air par les poussières et de contrôler la qualité de l'air lors de la production, du conditionnement, du stockage, etc.