PHẦN I. CÔNG NGHỆ ĐIỆN HÓA Chương 1. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ KỸ THUẬT ĐIỆN HÓA I.1. Một số khái niệm : - Điện hóa là tên gọi một lĩnh vực trong hóa học nghiên cứu về mối liên hệ giữa các quá trình hóa học và dòng điện. Một phản ứng hóa học xảy ra khi có dòng điện chạy qua, hay qua phản ứng hóa học có một hiệu điện thế, đây là những quá trình điện hóa. Trong các quá trình này luôn tồn tại đồng thời hai hiện tượng: ôxi hóa và ôxi hóa khử (phản ứng ôxi hóa khử) - Điện hóa học là khoa học nghiên cứu sự chuyển hóa tương hỗ giữa hóa năng và điện năng, tức là nghiên cứu mối quan hệ qua lại giữa phản ứng hóa học và dòng điện. Việc nghiên cứu sự chuyển hóa tương hỗ giữa hai dạng năng lượng được phát triển từ lâu và ngày càng có nhiều ứng dụng rộng rãi, hữu ích trong đời sống và trong công nghiệp. - Khi nghiên cứu đến các quá trình điện hóa, thường hay gặp các đại lượng sau đây : * Điện thế : ( V, mV) - Điện thế điện cực, điện thế điểm không tích điện - Điện thế oxy hóa- khử - Điện thế thoát kim loại, điện thế phóng điện - Phân cực - Quá thế * Dòng điện, mật độ dòng điện : (A,mA ; a/m2, mA/cm2 A/lit ) - Dòng A nốt; dòng Ca tốt; - Mật độ dòng anôt ; mật độ dòng catốt - Mật độ dòng thể tích ( A/lit) * Chất điện ly : - Thành phần chất điện ly - Anolic – dung dich ở vùng anôt; Catolic- Dung dịch vùng catốt * Dung lượng, Hiệu suất dòng * Điện cực trong kỹ thuật điện hóa : - Điện cực anôt ; điện cực phụ, điện cực làm việc - Điện cực catôt - Điện cực so sánh ; Điện cực so sánh điều khiển * Quá thế Quá thế là hiện tượng khi đặt vào điện cực một hiệu điện thế bằng thế điện cực nhưng không xãy ra quá trình điện phân mà cần một hiệu điện thế cao hơn. * Phân cực * Điện trở phân cực * Thụ động, hoạt động. * Đương lượng điện hóa * Định luật Faraday Định luật 1 Khối lượng chất thoát ra tỉ lệ với điện lượng qua bình điện phân. m = k.Q Trong đó, k là đương lượng điện hóa; về giá trị của nó bằng khối lượng chất thoát ra ở điện cực khi có một đơn vị điện lượng đi qua bình điện phân. Q là điện lượng có thể tính bằng đơn vị Faraday (F), 1F = 96.500 C = 26,8 A.h Định luật 2 Những điện lượng như nhau đi qua bình điện phân làm thoát ra cùng một số đương lượng gam chất. Cứ 1F điện lượng đi qua bình điện phân thoát ra 1 đương lượng gam chất bất kỳ. Thay Q = I.t và Đ = A/n thì biểu thức toán học của định luật là m = (A.I.t)/(n.F) Trong đó, I cường độ dòng điện (Ampe); t là thời gian (giây), F = 96500 Coulomb
Tài liệu tham khảo PHẦN I. CÔNG NGHỆ ĐIỆN HÓA Chương 1. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ KỸ THUẬT ĐIỆN HÓA I.1. Một số khái niệm : - Điện hóa là tên gọi một lĩnh vực trong hóa học nghiên cứu về mối liên hệ giữa các quá trình hóa học và dòng điện. Một phản ứng hóa học xảy ra khi có dòng điện chạy qua, hay qua phản ứng hóa học có một hiệu điện thế, đây là những quá trình điện hóa. Trong các quá trình này luôn tồn tại đồng thời hai hiện tượng: ôxi hóa và ôxi hóa khử (phản ứng ôxi hóa khử) - Điện hóa học là khoa học nghiên cứu sự chuyển hóa tương hỗ giữa hóa năng và điện năng, tức là nghiên cứu mối quan hệ qua lại giữa phản ứng hóa học và dòng điện. Việc nghiên cứu sự chuyển hóa tương hỗ giữa hai dạng năng lượng được phát triển từ lâu và ngày càng có nhiều ứng dụng rộng rãi, hữu ích trong đời sống và trong công nghiệp. - Khi nghiên cứu đến các quá trình điện hóa, thường hay gặp các đại lượng sau đây : * Điện thế : ( V, mV) - Điện thế điện cực, điện thế điểm không tích điện - Điện thế oxy hóa- khử - Điện thế thoát kim loại, điện thế phóng điện - Phân cực - Quá thế * Dòng điện, mật độ dòng điện : (A,mA ; a/m 2 , mA/cm 2 A/lit ) - Dòng A nốt; dòng Ca tốt; - Mật độ dòng anôt ; mật độ dòng catốt - Mật độ dòng thể tích ( A/lit) * Chất điện ly : - Thành phần chất điện ly - Anolic – dung dich ở vùng anôt; Catolic- Dung dịch vùng catốt * Dung lượng, Hiệu suất dòng * Điện cực trong kỹ thuật điện hóa : - Điện cực anôt ; điện cực phụ, điện cực làm việc - Điện cực catôt - Điện cực so sánh ; Điện cực so sánh điều khiển * Quá thế Quá thế là hiện tượng khi đặt vào điện cực một hiệu điện thế bằng thế điện cực nhưng không xãy ra quá trình điện phân mà cần một hiệu điện thế cao hơn. * Phân cực * Điện trở phân cực * Thụ động, hoạt động. * Đương lượng điện hóa 1 * Định luật Faraday Định luật 1 Khối lượng chất thoát ra tỉ lệ với điện lượng qua bình điện phân. m = k.Q Trong đó, k là đương lượng điện hóa; về giá trị của nó bằng khối lượng chất thoát ra ở điện cực khi có một đơn vị điện lượng đi qua bình điện phân. Q là điện lượng có thể tính bằng đơn vị Faraday (F), 1F = 96.500 C = 26,8 A.h Định luật 2 Những điện lượng như nhau đi qua bình điện phân làm thoát ra cùng một số đương lượng gam chất. Cứ 1F điện lượng đi qua bình điện phân thoát ra 1 đương lượng gam chất bất kỳ. Thay Q = I.t và Đ = A/n thì biểu thức toán học của định luật là m = (A.I.t)/(n.F) Trong đó, I cường độ dòng điện (Ampe); t là thời gian (giây), F = 96500 Coulomb. I.2. Một số ứng dụng kỹ thuật điện hóa I.2.1. Tách và tinh luyện kim loại bằng điện phân Tinh luyện Zn, Tinh luyện Đồng Tinh luyện Zn bằng điện phân Luyện Zn thông dụng nhất là điện phân dung dịch ZnSO4. Sản phẩm Zn thu được có thể đạt 99,99%. Phản ứng ở cathode, kết tủa Zn: Zn 2+ + 2e → Zn Oxi thoát ra trên điện cực không tan: 2H 2 O → O 2 + 4H + + 4e - Do quá thế của H 2 trên Zn rất cao nên Zn có thể kết tủa trong môi trường acid với hiệu suất rất cao. Thế khử của Zn + âm hơn điện thế khử của H + . Có mặt các tạp chất khác, chúng sẽ kết tủa đồng thời với Zn. Trên cathode, có những vị trí có quá thế hiđro thấp. - Tinh luyện Zn bằng điện phân Quá trình thoát hiđro xảy ra mạnh, đồng thời với hòa tan Zn đã được kết tủa (theo cơ chế pin cục bộ). Các tạp chất như Cu, Bi, Ge và Sb không chỉ làm giảm hiệu suất dòng mà còn ngăn không cho Zn kết tủa. Vì vậy mục đích xử lý quặng Zn để tạo ra dung dịch kẽm sunfat không có tạp chất ảnh hưởng không tốt đến phản ứng cathode. - Tinh luyện Zn bằng điện phân. Tinh luyện Đồng Đồng sản xuất bằng các quá trình luyện kim chứa nhiều tạp chất, thường 0,5 – 2%. Tạp chất ảnh hưởng xấu đến tính chất cơ, điện của Cu. 0,15% P hoặc 0,5 % As sẽ giảm đáng kể độ dẫn điện. Vì vậy, cải thiện tính chất điện của Cu là lý do chính của điện phân tinh luyện. Lý do thứ hai của tính luyện điện hoá là tách các kim loại quý như Au, Ag, Pt, Pd Các phản ứng chính ở điện cực Cu – 2e → Cu 2+ (anode) Cu 2+ + 2e → Cu kết tủa (cathode) Các kim loại tạp chất có mặt ở anode đồng, như Fe, Zn cũng bị oxi hóa thành Fe 2+ và 2 Zn 2+ trong dung dịch song chúng không bị khử ở cathode tại thế khử đồng. Các kim loại có thế dương điện hơn như vàng, bạc không bị oxi hóa anode và đọng lại ở đáy bình điện phân khi anode đồng bị hòa tan. Bằng cách này đồng đạt độ ròng là 99,5%. I.2.2. Mạ kim loại * Lớp mạ bảo vệ Nhiệm vụ chủ yếu của lớp mạ này là bảo vệ kim loại bền khỏi bị ăn mòn trong môi trường sử dụng. - Lớp mạ bảo vệ không chỉ cách ly kim loại nền khỏi bị tác dụng va chạm của môi trường xung quanh mà còn có tác dụng bào vệ điện hóa kim loại nền. Căn cứ vào cơ chế ăn mòn điện hóa mà người ta chia lớp mạ thành lớp mạ anode và lớp mạ cathode: - Lớp mạ anode là lớp mạ mà kim loại có điện thế âm hơn điện thế kim loại nền trong môi trường ăn mòn - Lớp mạ anode phổ biến trong thực tế: lớp mạ kẽm, cadimi, thiếc trên thép. - Lớp mạ cathode là lớp mạ mà kim loại mạ có điện thế dương điện hơn điện thế kim loại nền trong môi trường ăn mòn. Lớp mạ cathode bảo vệ hiệu quả kim loại nền nếu là lớp mạ liên tục, không bong, tróc, nứt nẻ hoặc có lỗ xốp. * Lớp mạ trang trí Lớp mạ có màu sắc đẹp, bóng sáng, hấp dẫn thị hiếu và giữ được vẻ đẹp trong một thời gian dài cho các thiết bị, máy móc, dụng cụ, đồ trang sức, nữ trang,… Người ta còn tạo được lớp mạ trang trí bằng cách mạ áo một lớp mỏng kim loại quý hiếm như vàng, rodi, platin, paladi hoặc crom. Lớp mạ áo của các kim loại nói trên có màu sắc đẹp, bóng, sáng giữ được vẻ đẹp hấp dẫn trong nhiều môi trường. * Lớp mạ trang trí, bảo vệ Lớp mạ vừa có tính bảo vệ có hiệu quả kim loại nền vừa có tính trang trí cao. Chỉ có lớp mạ cathode mới thỏa mãn được các đặc tính trên của lớp mạ trang trí bảo vệ. Các lớp mạ sau đây thường đóng vai trò lớp mạ trang trí bảo vệ: - Lớp mạ niken – crom. - Lớp mạ đồng – crom hay đồng thau – crom. - Lớp mạ đồng – niken – crom. - mạ lên nhựa Trong các lớp mạ trang trí bảo vệ, lớp mạ trung gian đóng vai trò lớp mạ bảo vệ. * Lớp mạ kỹ thuật Lớp mạ điện được sử dụng rộng rãi với mục đích kỹ thuật, ví dụ: - Lớp mạ làm tăng độ bền chống ma sát ổ trục. - Lớp mạ làm phục hồi các trục, các chi tiết bị mài mòn. - Trong công nghiệp bán dẫn (transitor, diot,…) người ta dùng lớp mạ vàng để mạ các tiếp điện, các linh kiện điện tử,… - Tạo lớp mạ crom vi rãnh trong pittong, xylanh để thấm dầu, chống ma sát. I.2.3. Đánh bóng điện hóa Nhiều kim loại khó đánh bóng đặc biệt là nhôm và các loại thép không gỉ, có thể đánh bóng bằng phương pháp điện hóa một cách dễ dàng, hiệu quả cao, giá thành hạ. Có ba nhóm kim loại thường được đánh bóng điện hóa: 3 - Nhôm và các hợp kim của nó. - Đồng và các loại hợp kim của nó. - Các loại thép. Chỉ các hợp kim một pha (dung dịch rắn) và kim loại nguyên chất mới có thể đánh bóng điện hóa. I.2.4. Tẩy dầu mỡ điện hóa Trong kỹ thuật mạ kim loại người ta cần phải làm sạch dầu mỡ trên bề mặt các chi tiết. Phương pháp điện hóa làm sạch bề mặt có tác dụng tốt nhất, có thể tiến hành tẩy dầu mỡ anode, cathode và tẩy dầu hỗn hợp. Các phương pháp tẩy dầu mỡ điện hóa: tẩy dầu mỡ cathode; tẩy dầu mỡ anode; tẩy dầu mỡ hỗn hợp. I.3. Điện phân sản xuất háa chất I.3.1. sản xuất Xut-Clo I.3.2. sản xuất MnO 2… I.3.3.Tổng hợp các chất hữu cơ bằng phương pháp điện hóa I.4. Nguồn điện hóa học : Pin, Ắc Quy I.5. Xử lý môi trường bằng phương pháp điện hóa I.6. Ăn mòn - chống ăn mòn kim loại . Ăn mòn kim loại . Chống ăn mòn kim loại Phương pháp bảo vệ điện hóa: gồm phương pháp bảo vệ cathode bằng điện cực anôt “hy sinh” và phương pháp bảo vệ cathode bằng dòng điện ngoài. Chương 2. MẠ ĐIỆN II.1. Cơ sở lý thuyết: Kỹ thuật mạ điện là của quá trình điện hóa phủ lớp kim loại lên một vật. Trong quá trình mạ điện, vật cần mạ được gắn với cực âm catôt, kim loại mạ gắn với cực dương anôt của nguồn điện trong dung dịch điện môi. Cực dương của nguồn điện sẽ hút các electron e - trong quá trình ôxi hóa và giải phóng các ion kim loại dương, dưới tác dụng lực tĩnh điện các ion dương này sẽ di chuyển về cực âm, tại đây chúng nhận lại e - trong quá trình ôxi hóa khử hình thành lớp kim loại bám trên bề mặt của vật được mạ. Độ dày của lớp mạ tỉ lệ thuận với cường độ dòng điện của nguồn và thời gian mạ. Ví dụ: mạ đồng trong dung dịch điện môi SO 4 2- , tại cực dương: Cu → Cu 2+ + 2e - Cu 2+ + SO 4 2- → CuSO 4 CuSO 4 dễ tan trong dung dịch, tại cực âm CuSO 4 → Cu 2+ + SO 4 2- Cu 2+ + 2e - → Cu 4 Hình II.1. Sơ đồ nguyên tắc bể mạ đồng Kim loại mạ thường là vàng, bạc, đồng, niken và được dùng trong việc sản xuất đồ trang sức, linh kiện điện tử, tế bào nhiên liệu, đồ gia dụng không gỉ, Hình II.2. Sơ đồ nguyên tắc bể mạ đồng II.2. Điều kiện tạo thành lớp mạ điện Mạ điện là một công nghệ điện phân. Quá trình tổng quát là: - Trên anot xảy ra quá trình hòa tan kim loại anot : M – ne → M n+ -Trên catot xảy ra quá trình cation phóng điện trở thành kim loại mạ : M n+ + ne → M Thực ra quá trình trên xảy ra theo nhiều bước liên tiếp nhau, bao nhiều giai đoạn nối tiếp nhau như: quá trình cation hidrat hóa di chuyển từ dung dịch vào bề mặt catot (quá trình khuếch tán) ; cation mất lớp vỏ hidrat, vào tiếp xúc trực tiếp với bề mặt catot (quá trình hấp phụ) ; điện tử chuyển từ catot điền vào vành hóa trị của cation, biến nó thành nguyên tử kim loại trung hòa (quá trình phóng điện) ; các nguyên tử kim loại này sẽ tạo thành mầm tinh thể mới, hoặc tham gia nuôi lớn mầm tinh thể đã hình thành trước đó. Mọi trở lực của các quá trình trên đều gây nên một độ phân cực catot, (quá thế catot ), tức là điện thế catot dịch về phía âm hơn một lượng so với cân bằng : 5 η c = φ cb - φ = η nđ + η đh + η kt Trong đó : η c : quá thế tổng cộng ở catot φ cb : điện thế cân bằng của catot φ: điện thế phân cực catot (đã có dòng i) η nđ : quá thế nồng độ (phụ thuộc vào quá trình khuếch tán) η đh : quá thế chuyển điện tích η kt : quá thế kết tinh Do đó, điện kết tủa kim loại trên catot sẽ chỉ diễn ra khi nào điện thế catot dịch chuyển khỏi vị trí cân bằng về phía âm một lượng đủ để khắc phục các trở lực nói trên. • Điều kiện xuất hiện tinh thể Trong điều kiện điện kết tủa kim loại trong dung dịch, yếu tố quyết định tốc độ tạo mầm tinh thể là tỷ số giữa mật độ dòng điện catot Dc và mật độ dòng trao đổi i 0 : β = D c / i 0 Mặt khác, theo phương trình Tafel : η = a + b.log D c Suy rộng ra, mọi yếu tố làm tăng phân cực catot đều cho lớp mạ có tinh thể nhỏ mịn, và ngược lại. Các mầm tinh thể ban đầu mới xuất hiện được ưu tiên tham gia vào mạng lưới tinh thể của kim loại nền ở vị trí có lợi nhất về mặt năng lượng. Đó là những chỗ tập trung nhiều nguyên tử láng giềng nhất, vì ở đó năng lượng dư bề mặt lớn nhất, các mối liên kết chưa được sử dụng là nhiều nhất. Nếu kim loại nền và kim loại kết tủa có cấu trúc mạng khá giống nhau về hình thái, kích thước thì cấu trúc của kim loại nền được bảo tồn và kim loại kết tủa sẽ phát triển theo cấu trúc đó (cấu trúc lai ghép (epitaxy)), xảy ra ở những lớp nguyên tử đầu tiên. Sau đó sẽ dần chuyển về cấu trúc vốn có của nó ở những lớp kết tủa tiếp theo. Trường hợp này cho lớp kim loại mạ có độ gắn bám rất tốt, xấp xỉ với độ bền liên kết của kim loại nền. Nếu thông số mạng của chúng khác khá xa nhau, hoặc bề mặt chúng có tạp chất hay chất hấp phụ, thì sự lai ghép sẽ không xảy ra. Đấy là một trong những nguyên nhân gây nên ứng suất nội và làm lớp mạ dễ bong. • Thành phần chất điện giải Chất điện giải dùng trong mạ điện thường là dung dịch nước của muối đơn hay muối phức. Dung dịch muối đơn còn gọi là dung dịch axit. Cấu tử chính của dung dịch này là muối của các axit vô cơ hòa tan nhiều trong nước và phân ly hoàn toàn trong dung dịch thành các ion tự do. Ở dung dịch này, phân cực nồng độ và phân cực hóa học không lớn lắm nên lớp mạ thu được thô, to, dày mỏng không đều, rất dễ bị lỏi. Mặt khác dung dịch muối đơn cho hiệu suất dòng điện cao, và càng cao khi mật độ dòng lớn. Thường được dùng để mạ những chi tiết có hình thù đơn giản như dạng tấm, dạng hộp… Dung dịch muối phức dược tạo thành khi pha chế dung dịch từ các cấu tử ban đầu. ion kim loại mạ sẽ tạo phức với các ligan thành ion phức. hoạt độ của ion 6 kim loại tự do giảm đi rất nhiều. do đó điện thế tiêu chuẩn dịch về phía âm rất nhiều. điều này giúp cho lớp mạ mịn, phủ kín, dày đều… được dùng để mạ các chi tiết có hình thù phức tạp… Để tăng độ dẫn điện cho dung dịch, thường pha thêm các chất điện giải trơ. Các chất này không tham gia vào quá trình catot và anot mà chỉ đóng vai trò chuyển điện trong dung dịch, làm giảm điện thế bể mạ. Các chất dẫn điện thường dùng là Na 2 SO 4 , H 2 SO 4 , Na 2 CO 3 … Để ổn định pH cho dung dịch mạ, cần phải thêm vào dung dịch chất đệm pH thích hợp để tạo môi trườngthích hợp nhất cho phản ứng điện kết tủa xảy ra. Các chất hoạt động bề mặt bao gồm các chất bóng loại I, loại II, các chất thấm ướt, chất chống thụ động anot thường là những hợp chất hữu cơ, có tác dụng hấp phụ lên bề mặt phân chia pha, tham gia vào một số quá trình mong muốn, làm cho lớp mạ thu được có chất lượng tốt hơn. II.3. Gia công bề mặt trước khi mạ • Gia công cơ học Gia công cơ học là quá trình giúp cho bề mặt vật mạ có độ đồng đều và độ nhẵn cao, giúp cho lớp mạ bám chắc và đẹp. có thể thực hiện gia công cơ học bằng nhiều cách : mài, đánh bóng (là quá trình mài tinh), quay xóc đối với các vật nhỏ, chải, phun tia cát hoặc tia nước dưới áp suất cao Quá trình gia công cơ học làm lớp kim loại bề mặt sản phẩm bị biến dạng, làm giảm độ gắn bám của lớp mạ sau này. Vì vậy trước khi mạ cần phải hoạt hóa bề mặt trong axit loãng rồi đem mạ ngay. • Tẩy dầu mỡ Bề mặt kim loại sau nhiều công đoạn sản xuất cơ khí, thường dính dầu mỡ, dù rất mỏng cũng đủ để làm cho bề mặt trở nên kị nước, không tiếp xúc được với dung dịch tẩy, dung dịch mạ… Có thể tiến hành tẩy dầu mỡ bằng các cách sau: Tẩy trong dung môi hữu cơ như tricloetylen C 2 HCl 3 , tetracloetylen C 2 C 14 , cacbontetraclorua CCl 4 … chúng có đặc điểm là hòa tan tốt nhiều loại chất béo, không ăn mòn kim loại, không bắt lửa. Tuy nhiên, sau khi dung môi bay hơi, trên bề mặt kim loại vẫn còn dính lại lớp màng dầu mỡ rất mỏng => không sạch, cẩn phải tẩy tiếp trong dung dịch kiềm. Tẩy trong dung dịch kiềm nóng NaOH có bổ sung thêm một số chất nhũ tương hóa như Na 2 SiO 3 , Na 3 PO 4 … Với các chất hữu cơ có nguồn gốc động thực vật sẽ tham gia phản ứng xà phòng hóa với NaOH và bị tách ra khỏi bề mặt. Với những loại dầu mỡ khoáng vật thì sẽ bị tách ra dưới tác dụng nhũ tương hóa của Na 2 SiO 3 . Tẩy trong dung dịch kiềm bằng phương pháp điện hóa, dưới tác dụng của dòng điện, oxy và hidro thoát ra có tác dụng cuốn theo các hạt mỡ bám vào bề mặt. tấy bằng phương pháp này dung dịch kiềm chỉ cần pha loãng hơn so với tẩy hóa học đã đạt hiệu quả. Tẩy dầu mỡ siêu âm là dùng sóng siêu âm với tần số dao động lớn tác dụng lên bề mặt kim loại, những rung động mạnh sẽ giúp lớp dầu mỡ tách ra dễ dàng hơn. • Tẩy gỉ Bề mặt kim loại nền thường phủ một lớp oxit dày, gọi là gỉ. tẩy gỉ hóa học cho kim loại đen thường dùng axit loãng H 2 SO 4 hay HCl hoặc hỗn hợp của chúng. Khi tẩy thường diễn ra đồng thời 2 quá trình: hòa tan oxit và kim loại nền. Tẩy gỉ điện hóa là tẩy gỉ 7 hóa học đồng thời có sự tham gia của dòng điện. Có thể tiến hành tẩy gỉ catot hoặc tẩy gỉ anot. Tẩy gỉ anot lớp bề mặt sẽ rất sạch và hơi nhám nên lớp mạ sẽ gắn bám rất tốt. Tẩy gỉ catot sẽ sinh ra H mới sinh, có tác dụng khử một phần oxit. Hidro sinh ra còn góp phần làm tơi cơ học màng oxit và nó sẽ bị bong ra. Tẩy gỉ bằng catot chỉ áp dụng cho vật mạ bằng thép cacbon, còn với vật mạ Ni, Cr thì không hiệu quả lắm. • Tẩy bóng điện hóa và hóa học Tẩy bóng điện hóa cho độ bóng cao hơn gia công cơ học. lớp mạ trên nó gắn bám tốt, tinh thể nhỏ, ít lỗ thủng và tạo ra tính chất quang học đặc biệt. Khi tẩy bóng điện hóa thường mắc vật tẩy với anot đặt trong một dung dịch đặc biệt. Do tốc độ hòa tan của phần lồi lớn hơn của phần lõm nên bề mặt được san bằng và trở nên nhẵn bóng. Cơ chế tẩy bóng hóa học cũng giống tẩy bóng điện hóa. Khi tẩy bóng hóa học cũng xuất hiện lớp màng mỏng cản trở hoặc kìm hãm tác dụng xâm thực của dung dịch với kim loại tại chỗ lõm. • Tẩy nhẹ Tẩy nhẹ hay còn gọi là hoạt hóa bề mặt, nhằm lấy đi lớp oxit rất mỏng, không nhìn thấy được, được hình thành trong quá trình gia công ngay trước khi mạ. khi tẩy nhẹxong, cấu trúc tinh thể của nền bị lộ ra, độ gắn bám sẽ tăng lên. Hình II.3. Sơ đồ nguyên lý bể mạ bạc II.4. Ứng dụng xử lý , đánh bóng bề mặt bằng điện hoá, gia công cắt gọt bằng phương pháp điện hóa Đánh bóng , xử lý bề mặt vật thể kim loại được ứng dụng phổ biến để gia công các chi tiết cần có độ bóng cao, bề mặt đẹp, có thể tạo bón trên vật thể phức tạp, không cho phép gia công. Trong gia công cơ khí chính xác, có thể dùng để cắt gọt kim loại, hợp kim cứng với độ chính xác cao mà phương pháp gia công cơ học bị hạn chế. * Nguyên lý: - Vật thể cần xử lý đánh bóng được nối vào cực (+) của hệ thống đánh bóng, - Dung dịch đánh bóng có thành phần thích hợp cho từng loại vật liệu 8 - Chọn mật độ dòng điện, điện thế , thời gian xử lý thích hợp cho vật liệu đánh bóng, - Khi có dòng điện trong mạch qua vật cần đánh bóng thì sẽ có hòa tan những chỗ gồ ghề làm cho bề mặt phẳng. Có thể dùng dòng điện có biến đổi để hòa tan chỗ lồi, san phẳng bề mặt, đánh bóng bề mặt vật thể. - Đối với việc đánh bóng kim loại bằng chất điện phân, người ta cố gắng đạt được bề mặt có độ phẳng cao và có khả năng phản chiếu lớn. Để tiến hành đánh bóng, người ta nhúng sản phẩm cần đánh bóng vào bên cạnh một điện cực trong bể chất điện phân và nối vào nguồn điện 1 chiều, trong đó sản phẩm cần đánh bóng là cực anốt. Các thử nghiệm cho thấy, nhiệt độ chất điện phân vào khoảng -30oC sẽ cho hiệu quả đánh bóng cao nhất. Nhiệt độ càng cao, hiệu quả đánh bóng càng phụ thuộc vào sự ổn định của điện thế. Do đó cần duy trì ổn định nhiệt độ chất điện phân ở nhiệt độ thấp là rất cần thiết. Tốc độ đánh bóng phụ thuộc không những nhiệt độ của bể mà còn phụ thuộc vào loại chất điện phân sử dụng. Chất điện phân trên cơ sở cồn mêtyl cho tốc độ đánh bóng cao nhất. * Anốt hóa nhôm Anôt hóa nhôm là phương pháp được ứng dụng khá nhiều trong công nghệ nhiệt luyện, chế tạo chi tiết có yêu cầu độ bền bề mặt cao. Phương pháp này tạo ra màng sản phẩm trên bề mặt nhôm bền, có tính chất cơ lý tốt, độ bền cao. Khi anôt hóa (anodizing- điện phân các anôt) nhôm trở nên cứng và bền hơn. Anodizing bao gồm nhúng nhôm tấm vào bể Anodized, hóa chất aceton, tấm nhôm sẽ trở thành tập hợp các ca nốt cực dương và bề mặt hóa chât là tập hợp của các anode cực dương. Dòng điện chạy qua bể anoot hóa làm cho bề mặt nhôm bị oxy hóa. Nó tạo thành lớp vỏ bọc cứng thay cho lớp oxit nhôm. Hnhf thành một lớp sản phẩm có kiên kết cực mạnh gọi là nhôm anốt hóa. Nhôm anôt hóa có độ cứng rất cao, có thể gần bằng kim cương. Nhôm được sử dụng rộng rãi trong thực tế, có độ dẫn tốt. có thể kết hợp anôt hóa để tạo màu cho bề mặt nhôm theo yêu cầu: màu đen, đồng thiếc và các màu kim loại khác. Anôt hóa thường được thực hiện ở nhiệt độ rất thấp, có thể đến -40 0 C. Nhờ tính liên kết mạnh và bền mà nhôm anot có thể sử dụng cho nhiều lĩnh vực khác nhau. Các linh kiện trong vệ tinh nhân tao, vỏ xe,đồ gia dụng, máy tính , điện thoại cao cấp, các kết cấu khung cho công trình lộ thiên, ngành điện chiếu sáng, vật trang trí. Lớp màng anot hóa Al ( gỉ nhôm) là một phần cấu trúc của nhôm nền nguyên bản. Nó rất bền, không dẽ dàng mất đị khi có tác động cơ học Anốt hóa cứng đã được biết đến như là một qui trình hiệu quả để tạo ra lớp phủ cứng và chịu mài mòn trên Al và hợp kim của nó. Lớp phủ này có bề dày khoảng (75-100 m) lớn hơn các lớp phủ anốt hóa thông thường. Tuy nhiên qui trình anốt hóa cứng lại đòi hỏi một số điều kiện riêng biệt như nhiệt độ rất thấp, mật độ dòng cao và dung dịch điện phân đặc biệt. Các đòi hỏi này gây khó khăn cho việc thiết kế và vận hành qui trình. II.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng lớp mạ 1. Bề mặt vật mạ, xử lý bề mặt trước khi mạ, công nghệ mạ 2. Thành phần dung dịch mạ, tạp chất có trong dung dịch 3. Phụ gia dung dịch mạ 4. Mật độ dòng điện D a , 9 5. Nhiệt độ, độ pH, độ nhớt, chế độ khuất trộn 5. Thời gian mạ 6. Phân bố điện cực, khoảng cách giữa các điện cực II.6. Xử lý , đánh bóng bề mặt bằng điện hoá, gia công cắt gọt bằng phương pháp điện hóa Đánh bóng , xử lý bề mặt vật thể kim loại được ứng dụng phổ biến để gia công các chi tiết cần có độ bóng cao, bề mặt đẹp, có thể tạo. Trong gia công cơ khí chính xác, có thể dùng để cắt gọt kim loại, hợp kim cứng với độ chính xác cao mà phương pháp gia công cơ học bị hạn chế. * Cơ sở hóa lý: - Vật thể cần xử lý đánh bóng được nối vào cực (+) của hệ thống đánh bóng, - Dung dịch đánh bóng có thành phần thích hợp cho từng loại vật liệu - Chọn mật độ dòng điện, điện thế thích hợp cho vật liệu đánh bóng, - Khi có dòng điện trong mạch qua vật cần đánh bóng thì sẽ có hòa tan những chỗ gồ ghề làm cho bề mặt phẳng. Có thể dùng dòng điện có biến đổi để hòa tan chỗ lồi, san phẳng bề mặt, đánh bóng bề mặt vật thể. Chương 3. ĐIỆN PHÂN SẢN XUẤT KIM LOẠI III.1. Điện phân trong dung dịch: Điện phân thu hồi kim loại trên điện cực catốt là phương pháp ứng dụng từ lâu. Phương pháp này cho phép thu được kim loại có độ tinh khiết cao, là công nghệ luyện kim loại sạch. Cơ chế như sau: Me n+ + ne Me. Ion kim loại dương chuyển đến cức âm, kết tủa trên bề mặt điện cực âm. Vì với mỗi kim loại có điện thế phóng điện nhất định, trong dung dịch ở điều kiện đã chọn nên sẽ thu được kim loại tinh khiết. trong thực tế đã ứng dụng nguyên lý này để sản xuất kim loại bột. * Sản xuất đồng, bột đồng: Dung dịch CuSO 4 , Điện cực anốt: Cu kim loại; Điện cực Catốt: Cu kim loại; sản phẩm thu được là bột Cu trên catốt * Tinh chế đồng từ quặng, phế thải bằng phương pháp điện hóa. - Hòa tan trích ly quặng đồng trong dung dịch axit - Làm sạch, tinh chế dung dịch trích ly Cu - Điều chỉnh nồng độ, độ pH, nhiệt độ để đạt theo yêu cầu điện phân - Điện phân đồng từ dung dịch CuSO 4 - Sản phẩm thu được là Cu kim loại có độ sạch cao ** Tinh luyện Zn bằng điện phân - Do quá thế của H 2 trên Zn rất cao nên Zn có thể kết tủa trong môi trường acid với hiệu suất rất cao. Thế khử của Zn2+ âm hơn điện thế khử của H+. Có mặt các tạp chất khác, chúng sẽ kết tủa đồng thời với Zn. Trên cathode, có những vị trí có quá thế hiđro thấp. 10 [...]... ăn mòn phụ thuộc vào điện thế điện cực, mơi trường chất điện ly Ăn mòn kim loại gồm 3 q trình cơ bản: q trình anơt, q trình catốt, và q trình dẫn điện Q trình anơt: là q trình oxy hóa điện hóa, kim loại chuyển vào dung dịch dưới dạng ion và giải phóng điện tử kim loại bị ăn mòn theo phản ứng: Me Men+ + ne Q trình catốt là q trình khử điện hóa, trong đó các chất oxy hóa (Ox) nhận điện tử do kim loại... ra một năng lượng hóa học 27 Hệ thống điện hóa là một thiết bị điện hóa hồn chỉnh, nhờ các phản ứng trao đổi điện tử qua lại giữa các điện cực hoặc giữa điện cực và các chất tham gia phản ứng, hệ thống điện hóa có thể sản ra một nguồn điện hoặc tạo ra những sản phẩm định trước theo mục đích sử dụng hệ điện hóa VI.3 Vật liệu điện cực Vật liệu được sử dụng làm điện cực trong xử lý điện hóa có nhiều loại... thống điện hóa xử lý nước thải 1- Thiết bị cấp dòng một chiều 3- Biến trở 2- Đồng hồ đo dòng điện (U,I) 4- Điện cực Anot 5- Điện cực Catot 6- Dung dịch nước thải 7- Bình điện phân VI.2.2 Các q trình điện cực xảy ra khi điện phân xử lý nước thải: - Q trình xảy ra trên cực dương (Anot): là q trình cho điện tử nghĩa là phản ứng oxy hóa điện hóa xảy ra 2OH- - 4e → O2 + 2H+ Me - ne → Men+ Q trình anot làm điện. .. pháp hóa lý, hóa học cũng hay được áp dụng Phương pháp oxy hóa điện hóa để xử lý nước thải chứa các chất ơ nhiễm hữu cơ khó xử lý sinh học ngày càng được nhiều người chú ý đến vì: dễ điều khiển, có thể tăng hiệu suất khi sử dụng các vật liệu làm điện cực khác nhau, thiết bị phản ứng có thể ghép nối tiếp nhiều điện cực Có thể thấy rõ cơ chế oxy hóa điện hóa phenol như sau: Cơ chế oxy hóa điện hóa [3]... khoảng cách giữa hai điện cực anot và catot q lớn, điện trở của lớp dung dịch giữa hai điện cực tăng, khả năng vận chuyển các chất đến bề mặt điện cực để thực hiện q trình oxy hóa khử điện cực giảm, hiệu quả khử màu giảm Khi khoảng cách giữa hai điện cực q nhỏ, phân bố điện trường khơng đều, mật độ ion tập trung trong khoảng khơng gian hẹp q lớn, ngăn cản q trình oxy hóa khử trên bề mặt điện cực Mặt khác,... trên điện cực - Hệ thống thiết bị xử lý nước thải gọn nhẹ, giá thành khơng cao, khơng tiêu tốn nhiều hóa chất xử lý Nhược điểm: - Tiêu tốn năng lượng điện để thực hiện q trình điện phân - Cần có theo dõi kiểm sốt chặt chẽ hệ thống cơng nghệ điện phân xử lý nước VI.2 Cơ sở lý thuyết qúa trình xử lý nước thải bằng điện hóa VI.2.1 Sơ đồ ngun lý xử lý nước thải bằng phương pháp điện hố Phương pháp điện hóa. .. Các yếu tố ảnh hưởng đến q trình điện hóa xử lý nước thải Một số yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý nước thải bằng phương pháp điện hóa: - Bản chất của nước thải: pH, độ dẫn điện - Bản chất vật liệu điện cực anốt, catốt, tỷ lệ diện tích SA/SK - Mật độ dòng điện, các phụ gia - Khoảng cách điện cực, tỷ lệ diện tích SA/SK - Điện thế của hệ thống, thời gian điện phân, nhiệt độ điện phân - Một số yếu tố... trong q trình này, accu cần được nạp điện lại bằng máy phát Bằng dòng điện ngược đi qua accu, q trình hố học được phục hồi, vì vậy nạp cho bình accu Chu trình phóng nạp được lặp lại liên tục và được gọi là chu trình của accu Mỗi một ngăn có điện áp xấp xỉ 2.1V khơng xét đến kích cỡ và số lượng các bản cực Accu trên ơ tơ có 6 ngăn nối tiếp với nhau, sinh ra điện áp 12.6 V - Các q trình điện hóa trong... điều kiện, bể điện phân có thể có màng ngăn hoặc khơng có màng ngăn Trong hệ thống điện phân thì vật liệu điện cực và mơi trường điện phân là yếu tố quan trọng cần phải được lưu ý Các q trình điện hóa bao gồm các phản ứng oxy hóa khử nơi các điện tử di chuyển tới hoặc tách ra từ một phân tử hoặc ion làm thay đổi trạng thái oxy hóa của nó Phản ứng này có thể xảy ra thơng qua việc đặt một điện thế ngồi... hay khơng bảo vệ Chương 10 ĂN MỊN ĐIỆN HĨA 10.1 Cơ chế ăn mòn điện hóa 35 Ăn mòn điện hóa kim loại xảy ra trong mơi trường có chất điện ly - trong đó kim loại bị ion hố chuyển sang dạng sản phẩm khác trên bề mặt kim loại hoặc trong dung dịch Q trình ăn mòn điện hố xẩy ra là q trình Oxy hố- Khử để chuyển kim loại thành dạng Men+ trong mơi trường chất điện ly Sự ion hóa kim loại khơng chỉ xẩy ra ở một . các quá trình điện hóa, thường hay gặp các đại lượng sau đây : * Điện thế : ( V, mV) - Điện thế điện cực, điện thế điểm không tích điện - Điện thế oxy hóa- khử - Điện thế thoát kim loại, điện thế. trình hóa học và dòng điện. Một phản ứng hóa học xảy ra khi có dòng điện chạy qua, hay qua phản ứng hóa học có một hiệu điện thế, đây là những quá trình điện hóa. Trong các quá trình này luôn tồn. ôxi hóa và ôxi hóa khử (phản ứng ôxi hóa khử) - Điện hóa học là khoa học nghiên cứu sự chuyển hóa tương hỗ giữa hóa năng và điện năng, tức là nghiên cứu mối quan hệ qua lại giữa phản ứng hóa