D'on provenen els residus dels productes de carbur de silici
El carbur de silici és químicament robust, és per això que els residus a la seva superfície són tan molests. El material resisteix la majoria dels reactius, de manera que qualsevol fase estranya que roman unida durant la producció tendeix a mantenir-se adherida mitjançant la trituració, la conformació i la cocció. A la pràctica apareixen tres famílies de residus:
Ferro metàl·lic i òxids de ferrodes de mitjans de trituració, equips de fresat, cobertes de cribratge i sistemes de manipulació.
Silici lliure i sílice superficialdeixat del procés de reducció o format durant l'ús{0}}a alta temperatura, que canvia la química superficial del gra.
Pols d'adherència fina i aglutinant curatdes de les etapes de conformació, mecanitzat o processament previ.
Cada família respon a un reactiu diferent, de manera que un únic mètode de neteja poques vegades resol tots els casos. Identificar primer el residu és el pas més barat de tot el programa.
Tractament àcid per a residus de coixinets metàl·lics i de ferro{0}
El rentat àcid s'adreça al ferro metàl·lic, l'òxid de ferro i altres contaminacions solubles{0}}àcides. L'àcid clorhídric és el cavall de batalla habitual perquè dissol el ferro i els seus òxids fàcilment mentre deixa el carbur de silici essencialment intacte.
La seqüència pràctica és senzilla:
Carregueu el carbur de silici en un recipient resistent a la corrosió- amb la solució àcida diluïda, mantenint prou líquid per mullar completament i suspendre el gra.
Aplicar calor suau i agitació. La solució càlida penetra als porus i arriba a la contaminació que el remull estàtic no té; una forta agitació evita que el gra pesat s'assenti i protegeixi els residus.
Mantingueu el lot fins que s'aturi l'evolució del gas i el canvi de color, indicant que s'ha absorbit el ferro soluble.
Escorreu el licor gastat i esbandiu abans que el ferro dissolt pugui reprecipitar-se al gra a mesura que augmenta el pH.
Quan també s'ha de tractar la sílice superficial o el silici lliure, s'utilitza una mescla d'àcid que conté fluor{0}}. Aquestes mescles ataquen el silici i la sílice, però són agressives per al vidre, la pell i molts metalls, per la qual cosa requereixen un equip de plàstic o folrat dedicat, una protecció personal completa i una manipulació controlada de residus.
Tractament àlcali per a silici lliure i sílice superficial
El tractament alcali cobreix els residus que l'àcid deixa enrere. Una solució d'hidròxid de sodi reacciona amb el silici lliure i amb la sílice superficial, convertint-los en silicat de sodi soluble que es pot rentar, i també ajuda a dispersar la pols fina adherida.
càustic aquós:la ruta més suau. La solució calenta d'hidròxid de sodi afluixa el silici i la sílice dispersos de la superfície del gra i, amb agitació, neteja la porositat oberta sense un atac greu al material a granel.
Fons o càustic d'{0}}alta concentració:un atac molt més fort utilitzat quan s'ha d'eliminar una capa fina de silici lliure de la superfície. La reacció és ràpida i fortament exotèrmica, de manera que requereix addició controlada, refrigeració i una estricta protecció de l'operador.
Hora de contacte:L'atac alcalí no és perfectament selectiu. El contacte estès fa que la superfície del gra sigui rugosa i pot generar fines, de manera que el punt final s'hauria d'establir per anàlisi en lloc de per un rellotge fix.
Combinant passos àcids i àlcalis i alternatives mecàniques
Com que les famílies de residus difereixen químicament, és habitual una seqüència de dues-etapes: primer àcid per eliminar el ferro metàl·lic, esbandida entremig, després àlcali per eliminar silici i sílice lliures, seguit d'un esbandida neutralitzant final. Fer les etapes esquena contra esquena sense esbandir intermedi simplement augmenta el consum de reactius i pot reprecipitar el ferro dissolt.
Quan la contaminació és en gran mesura mecànica, els mètodes físics són més barats i s'han de provar primer:
Neteja ultrasònica en aigua o un reactiu suau, eficaç per a la pols subjectada a les escletxes i els forats cecs.
Desgast fregant o tombant amb el gra contra si mateix per trencar capes superficials fluixes febles.
Separació per gravetat, magnètica o flotació en el corrent de pols per eliminar partícules metàl·liques denses abans de qualsevol pas químic.
Tractament tèrmic controlat per cremar aglomerants orgànics o residus carbonisos, amb l'advertència que l'escalfament a l'aire pot oxidar la pròpia superfície de carbur de silici.
Esbandida, neutralització i assecat
La majoria de fallades de neteja es produeixen després de la química, no durant aquesta. Les sals solubles que queden a l'estructura del porus cristal·litzen en assecar-se i reapareixen com a residu, i l'àcid o àlcali residual reacciona amb el gra al llarg del temps.
Comptador de rentat-actualment, utilitzant aigua dolça a l'última etapa, de manera que cada esbandida redueixi la càrrega de sal dissolta en lloc de moure-la.
Neutralitzeu els lots rentats-àcids amb un rentat àlcali suau i els lots rentats-àcids amb un rentat àcid suau i, a continuació, torneu a esbandir fins a neutre.
Superviseu l'aigua de rentat en lloc d'endevinar: el pH gairebé neutre i una lectura de baixa conductivitat a l'aigua de sortida són criteris pràctics.
Assecar ràpidament en un forn net i filtrat. L'assecat lent a l'aire en un taller amb pols desfer una part de l'esforç de neteja.
Visió general i verificació del procés
| Etapa | Mitjà típic | Propòsit | Precaució clau |
|---|---|---|---|
| Pre{0}}detecció | Aigua, ultrasons o desgast | Traieu la pols solta i les capes poc adherides | No reutilitzeu l'aigua bruta entre lots |
| Rentat àcid | Solució d'àcid clorhídric | Dissol el ferro metàl·lic i l'òxid de ferro | Esbandiu ràpidament per evitar la reprecipitació del ferro |
| Rentat alcalí | Solució d'hidròxid de sodi | Traieu el silici lliure i la sílice superficial | Limiteu el temps de contacte per controlar la rugositat de la superfície |
| Esbandida neutralitzant | Aigua dolça, contra{0}}corrent | Eliminar les sals solubles i el reactiu residual | Comproveu el pH i la conductivitat de sortida |
| Assecat | Netejar el forn filtrat | Evitar la cristal·lització de la sal al gra | Eviteu l'aire assecat amb pols o contaminat |
| Verificació | Anàlisi i control visual | Confirmeu que el lot compleix les especificacions | Conserveu una mostra retinguda per lot |
La verificació ha de combinar un control quantitatiu amb un de visual senzill. La pèrdua de massa al llarg de la seqüència de neteja mostra la quantitat de material eliminat; una anàlisi química de ferro, silici lliure i sílice confirma quina fracció era; i una comprovació del pH i la conductivitat de l'aigua d'esbandida confirma que no queda res soluble. L'aspecte de la superfície amb un augment baix captura el cas en què els residus queden atrapats físicament en gra porós tot i que l'anàlisi a granel sembla acceptable.
Preguntes freqüents
P: Quin tractament elimina els residus del carbur de silici de manera més eficaç, àcid o àlcali?
Treuen diferents residus. El tractament àcid dissol el ferro metàl·lic i l'òxid de ferro, mentre que el tractament àlcali elimina el silici lliure i la sílice superficial. La identificació de residus ha de decidir la ruta i, en molts casos, es necessita una seqüència de dues etapes.
P: Per què el material s'embruta de nou després d'haver estat netejat?
En general, perquè les sals solubles van romandre als porus i es van cristal·litzar durant l'assecat, o perquè el reactiu residual va reaccionar amb la superfície del gra. Un esbandida més a fons, la neutralització i un assecat net ràpid ho eviten.
P: El tractament àlcali pot danyar el gra de carbur de silici?
El contacte estès o massa calent amb l'àlcali concentrat ataca la superfície així com el residu, aspres el gra i creant fins. El temps de contacte i la temperatura s'han d'ajustar de manera que el residu s'elimini sense pèrdua mesurable de gra sonor.
P: La neteja química sempre és necessària?
No. Quan la contaminació és pols solt o matèria feblement unida, els mètodes d'ultrasons, desgast o separació són més senzills i econòmics, i no deixen cap reactiu gastat per manejar.
P: Com es confirma la neteja del lot?
En combinar la pèrdua de massa al llarg del procés, l'anàlisi del contingut de ferro, silici lliure i sílice, el pH i la conductivitat de l'aigua d'esbandida i una comprovació visual de la superfície del producte assecat.
P: Quin és el principal risc de seguretat en aquests processos?
Reactius corrosius, mescles{0}}que contenen fluor i solucions càustiques calentes. Els equips folrats o de plàstic, la roba de protecció completa i el tractament controlat del licor gastat són essencials per a cada lot.
