Công nghệ Mạ điện

LỜI NĨI ĐẦU Cơng nghệ mạ điện kim loại đời phát triển từ lâu giới Ở Việt Nam ngành mạ điện phát triển mạnh Hà Nội, TP HCM, Bình Dương để đáp ứng nhu cầu tiêu dùng nước Tuy nhiên hầu hết sở mạ điện Việt Nam có đặc trưng mặt sản xuất chật hẹp, nằm xen kẽ khu dân cư, quy mô sản xuất nhỏ, sản xuất kiểu gia đình, cơng nghệ thiết bị lạc hậu xuống cấp Mạ không bảo vệ kim loại khỏi bị ăn mịn mà cịn có tác dụng trang trí Tùy theo mục đích sử dụng mà áp dụng nhiều kỹ thuật mạ phủ kim loại khác nhau, phổ biến ngành mạ tiểu thủ công nghiệp mạ phủ kim loại Đồng, Niken, Kẽm, Crôm, Vàng Bạc Trong tiểu luận chúng em xin tìm hiểu cơng nghệ mạ Crơm Lớp mà crơm với ưu điểm có độ bóng cao, màu sắc bắt mắt, dung để trang trí, bảo vệ tạo độ chịu mài mòn cho sản phẩm nên ứng dụng rộng rãi Kỹ thuật mạ crôm ngày có bước tiến nhảy vọt nhằm tạo lớp mạ có cấu trúc tinh thể, mịn, dẻo, độ bám tốt, không xốp, không bong Tuy nhiên, mạ điện nói chung mạ crơm nói riêng ngành có mức độ nhiễm mơi trường cao tác nhân hóa chất độc hại, nước thải có pH thay đổi lớn, chứa ion kim loại nặng dễ gây cho người bệnh hiểm nghèo Việc khắc phục tác nhân gây ô nhiễm nêu nhằm bảo đảm môi trường làm việc cho người trực tiếp sản xuất bảo vệ môi trường chung vấn đề kỹ thuật bắt buộc, cở sở sản xuất đặt khu công nghiệp tập trung hay sản xuất nhỏ lẻ Chính lẽ đó, tiểu luận chúng em đưa giải pháp, phương pháp khắc phục, giảm thiểu nhiễm quy trình mạ crơm CƠNG NGHỆ MẠ ĐIỆN Page Do hạn chế trình độ, kinh nghiệm, kiến thức thời gian, tiểu luận không tránh khỏi thiếu sót Rất mong nhận ý kiến đóng góp, phản hồi cô giáo bạn Chúng em xin chân thành cảm ơn! CÔNG NGHỆ MẠ ĐIỆN Page I ĐẶC ĐIỂM CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT MẠ CRÔM I.1 Ngun liệu dùng quy trình mạ crơm a) Phơi mạ: Các kim loại : Sắt, Đồng, Niken, Chì, Kẽm,… b) Dung dịch mạ: Gồm nhiều thành phần axit Cromic (H2CrO4), H2SO4, Cr3+, K2SiF6, NaOH, NH4F chủ yếu axit Cromic Axit Cromic khơng có tự nhiên, ta điều chế cách hòa tan Trioxit Crom (CrO3) nước tạo Axit Cromic : CrO3 + H2O => H2CrO4 Các dung dịch mạ Crom có thành phần chất tham gia nhau, nhiên tùy trường hợp mạ khác mà có nồng độ thành phần khác c) Vật liệu để gia công bề mặt kim loại trước mạ : - Vật liệu gia cơng học (mài, đánh bóng…): Gia cơng học trình giúp cho bề mặt vật mạ có độ đồng độ nhẵn cao, giúp cho lớp mạ bám đẹp Có thể thực gia công học nhiều cách : mài, đánh bóng (là q trình mài tinh), quay xóc vật nhỏ, chải, phun tia cát tia nước áp suất cao Q trình gia cơng học làm lớp kim loại bề mặt sản phẩm bị biến dạng, làm giảm độ gắn bám lớp mạ sau Vì trước mạ cần phải hoạt hóa bề mặt axit lỗng đem mạ - Vật liệu mài: Các loại bột mài nhôm ôxit (Al2O3), lơ đánh bóng - Vật liệu đánh bóng: Mùn cưa, bột mài, axit sunfuric (H2SO4) 5%, chất hoạt động bề mặt bột cây, trái bồ kết - Hóa chất sử dụng cho tẩy dầu mỡ : Bề mặt kim loại sau nhiều công đoạn sản xuất khí, thường dính dầu mỡ, dù mỏng đủ để làm cho bề mặt trở nên kị nước, không tiếp xúc với dung dịch tẩy, dung dịch mạ… Có thể tiến hành tẩy dầu mỡ cách sau: Tẩy dung môi hữu tricloetylen C2HCl3, tetracloetylen C2Cl4, cacbontetraclorua CCl4… chúng có đặc điểm hịa tan tốt nhiều loại chất béo, CÔNG NGHỆ MẠ ĐIỆN Page khơng ăn mịn kim loại, khơng bắt lửa Tuy nhiên, sau dung môi bay hơi, bề mặt kim loại cịn dính lại lớp màng dầu mỡ mỏng làm bề mặt không sạch, cẩn phải tẩy tiếp dung dịch kiềm Tẩy dung dịch kiềm nóng NaOH có bổ sung thêm số chất nhũ tương hóa Na2SiO3, Na3PO4… Với chất hữu có nguồn gốc động thực vật tham gia phản ứng xà phịng hóa với NaOH bị tách khỏi bề mặt Với loại dầu mỡ khoáng vật bị tách tác dụng nhũ tương hóa Na 2SiO3 Tẩy dung dịch kiềm phương pháp điện hóa, tác dụng dịng điện, oxy hidro có tác dụng theo hạt mỡ bám vào bề mặt Tấy phương pháp dung dịch kiềm cần pha loãng so với tẩy hóa học đạt hiệu Tẩy dầu mỡ siêu âm dùng sóng siêu âm với tần số dao động lớn tác dụng lên bề mặt kim loại, rung động mạnh giúp lớp dầu mỡ tách dễ dàng - Hóa chất tẩy gỉ: axit HCl, H 2SO4 10%, HNO3, muối FeSO4, Fe(NO3)2, chất ức chế ăn mòn (NH4)2CS, urotropin, gieelatin, phenol I.2 Quy trình cơng nghệ mạ crơm tổng qt CƠNG NGHỆ MẠ ĐIỆN Page Sơ đồ nguyên lý thiết bị mạ điện crôm - Mạ điện tiến hành bể mạ với dòng điện chiều - Vật cần mạ catot nối với cực âm nguồn điện chiều Kim loại dùng để mạ anot nối với cực dương - Quá trình điện cực xảy sau: + Ở catot xảy trình khử kim loại cần mạ : [Me(H2O)X]z+ + ze = Me + xH2O Me: kim loại tạo nên lớp mạ Đồng thời catot cịn có q trình phụ khử hydro: CƠNG NGHỆ MẠ ĐIỆN Page 2H+ + 2e = H2 ↑ + Ở anot xảy q trình hịa tan điện hóa (oxy hóa) kim loại cần dùng để mạ: Me + xH2O = [Me(H2O)x]z+ + ze OH- = O2↑ + 2H2O + 4e Me: kim loai cần mạ Mài thô, mài tinh Gia cơng bề mặt Bụi gỉ Nước thải chứa hố chất Đánh bóng, quay bóng Bụi kim loại Tẩy dầu mỡ Làm hoá học Nước thải kiềm Nước thải hữu Làm điện giải Quy trình mạ Nước thải acid Tẩy gỉ Mạ kẽm Mạ bạc Mạ Crom Mạ vàng CÔNG NGHỆ MẠ ĐIỆN Mạ Niken Page Sấy khô Thành phẩm Mạ đồng đen Mạ đồng  - Mơ tả quy trình cơng nghệ mạ điện Tẩy bề mặt nguyên liệu mạ: tẩy bề mặt cần mạ gia công khí mài thơ, mài tinh, đánh bóng nhằm làm chỗ lồi lõm, vết hàn, sản phẩm gỉ tích tụ bề mặt, làm cho bề mặt tương đối phẳng, nhẵn bóng Đối với chi tiết có hình phức tạp, nhỏ bé khơng thể dùng mơ tơ đánh bóng phải dùng thùng quay bóng - Tẩy dầu mỡ: dầu mỡ có nguồn gốc thực vật (dầu ) hay động vật (mỡ) dùng xà phịng để tẩy Đối với dầu mỡ có nguồn gốc dầu mỏ khơng thể xà phịng hóa dễ tẩy dung môi hữu cơ, dịch kiềm nhũ tương Hàm lượng NaOH CÔNG NGHỆ MẠ ĐIỆN Page thấp hiệu tẩy dầu thấp, cao tẩy dầu xà phịng tạo khó hồ tan, làm giảm hiệu tẩy dầu Để trì dung dịch có độ kiềm ổn định, khống chế thay đổi hàm lượng NaOH thường cho vào loại muối Na 2CO3, Na3PO4… Sự có mặt chất hoạt động bề mặt, chất nhũ hóa (natri silicat) để tăng khả tẩy chất khơng xà phịng hoá - Tẩy gỉ: tiến hành sau làm dầu mỡ bề mặt, chi tiết cần mạ thường có lớp oxít phủ bên ngồi Lớp ơxít sinh đánh bóng khơng bơi dầu để lâu ngồi khơng khí bị ơxi hố chi tiết có phần khơng cần đánh bóng Nếu trước mạ khơng tẩy lớp oxít lớp mạ không bám chắc, sử dụng hay va chạm bị bong Vì vậy, cần phải tẩy lớp oxít trước mạ - Mạ phủ kim loại: Phôi mạ sau tẩy bề mặt rửa nước đưa vào bể mạ - Sấy khơ hồn thành sản phẩm : Các chi tiết sấy khô sau công đoạn mạ Sau chúng kiểm tra đưa vào kho lưu trữ I.3 Sản phẩm q trình mạ crơm - Đặc điểm: Lớp mạ Crom có độ bóng cao, màu trắng sang, có ánh xanh Crom mạ để trang trí bảo vệ vật mạ, chịu mài mịn, tăng tính phản xạ ánh sang sản phẩm - Sản phẩm mạ thường gặp: Phụ tùng xe hơi, xe gắn máy, đồ gia dụng, làm gương phản chiếu, mạ khn, xi lanh, vịng găng động đốt trong,… I.4 Nhu cầu lượng, nước tài nguyên Về lượng Điện loại nượng sử dụng nhiều sở mạ điện, cung cấp lượng cho hầu hết loại máy móc, thiết bị động nhà máy CÔNG NGHỆ MẠ ĐIỆN Page thiết bị quay cơng đoạn quay bóng, máy mài, cơng đoạn phủ mạ, ngồi điện cịn sử dụng cho chiếu sáng, loại quạt thơng gió, quạt mát, cơng trình phụ trợ… Về nước sử dụng Trong công nghệ mạ điện, nước sử dụng chủ yếu công đoạn như: quay bóng ướt, tẩy dầu mỡ, tẩy gỉ, rửa sau mạ, nước cung cấp cho lị có phần dung dịch mạ Về tài nguyên khoáng sản: Nguyên liệu đầu vào yếu ngành mạ Crom kim loại Sắt, Đồng, Niken, Chì, Kẽm…, loại tài nguyên quý giá quốc gia, có vai trị to lớn q trình phát triên kinh tế Ngồi ra, cơng nghệ mạ điện cịn sử dụng số lượng lớn nhiên liệu khác than đá, dầu DO, FO, loại tài nguyên không tái tạo nên việc sử dụng tài nguyên cần có q trình đánh giá phân bố hợp lý  Nhận xét Đối với công nghệ mạ điện nói chung crom nói riêng vấn đề tiêu thụ tài nguyên cần quan tâm tiêu thụ tài nguyên khoáng sản lượng điện Đầu vào ngành mạ điện chủ yếu kim loại, nhiên liệu đốt, mỏ đại khai loại tài nguyên không tái tạo được, việc sử dụng khai thác loại tài nguyên áp lực lớn cho nhà quản lý Yêu cầu biện pháp khai thác hợp lý vật liệu thay cần thiết Điện sử dụng cho hầu hết thiết bị, máy móc xưởng mạ, cho mục đích sản xuất tiêu dùng Vấn đề cần quan tâm loại tài nguyên tiết kiệm lượng Thiết kế hệ thống chiếu sáng, quạt thơng gió, chương trình vận hành phù hợp để tiết kiệm tối đa lượng điện tiêu thụ Nâng cao ý thức sử dụng điện đối tượng công ty Vấn đề tiêu thụ nước ngành mạ điện không đáng kể lượng nước cung cấp cho công đoạn sản xuất không nhiều, chủ yếu cho khâu tẩy rửa sinh hoạt Nhưng cần có biện pháp nhằm tiết kiệm lượng CÔNG NGHỆ MẠ ĐIỆN Page nước sử dụng, vừa tiết kiệm chi phí vừa giảm tác động đến tài nguyên mơi trường I.5 Tính chất cơng nghệ Crơm (Cr) điện giải kim loại bạc có ánh xanh; có độ cứng cao chịu mài mòn rấttốt Nhiệt độ nóng chảy 1750 – 1800 oC Theo điện tiêu chuẩn (Cr/Cr3+ = -0,7V) thuộc kim loại hoạt động Nhưng khí bề mặt Crơm sinh lớp màng mỏng oxit kín, chắc, chống ăn mịn tốt, làm cho Crơm giữ màu dắc độ bóng cao.Crơm bền khí ẩm, khơng khí chứa H2S SO2; dung dịch axit sunfuric, nitric, photphoric, axit hữu dung dịch kiểm Nhưng dung dịch axit HCl H2SO4 đặc nóng Crơm bị hồ tan màng oxyt bị phá huỷ.Trong hợp chất, Crơm thường có hố trị +3 +6 Hợp chất Crơm hố tri +6 chấtoxy hố mạnh CrO3 hồ tan nước tạo thành hỗn hợp axit Cromic Mạ crôm trang sức mỏng hệ lớp mạ bảo vệ trang sức, mạ Crơm bảo vệ chống ăn mịn Mạ điện Crôm khác cách so với trình mạ điện khác kết tủa kim loại Crôm từ dung dịch axit Cromic (H 2CrO4), từ dung dịch muối hoà tan kim loại Sự kết tủa Crôm từ dung dịch axit Crômic (Crôm chứa anion CrO 42-) thường diễn với có mặt axit H2SO4, axit floboric HBF4, axitflosilicic H2SiF6 Những axit thêm vào tác dụng chất xúc tác, dung dịch mạ Crôm nhạy với chất bẩn.Lý thuyết trình mạ điện Crơm cịn chưa xác định hồn tồn Một lý thuyết cho rằng, trình diễn catốt, từ Crơm có oxy hố + (CrO3) chuyển thành Crơm có số Oxy hố +3 (trong Cr 2O3) Crôm +2 (CrO) cuối thành Crôm kim loại 2CrO3 + 6H + 6e → Cr2O3 + 3H2O 2Cr2O3 + 4H+ + 4e → 4CrO + 2H2O CrO + 2H+ + 2e → Cr ↓+ H2O 2H+ + 2e→ H2↑ Thuyết Muller cho khoảng không gian Catốt có hình thành hợp chất Cr(OH)CrO4 bị khử theo q trình: CƠNG NGHỆ MẠ ĐIỆN Page 10 Tiêu hao nhiều điện, nhiều ga: - Động xuống cấp: Bảo dưỡng thiết bị động theo định kì - Nhiều thiết bị sử dụng khơng hết cơng suất: + Thay động phù hợp + Lập kế hoạch sản xuất phù hợp - Một số vị trí buồng sấy hỏng , bảo ôn nhiệt: tăng cường bảo ơn vị trí mát nhiệt cao - Chọn tối ưu sử dụng điện chiếu sáng:Lắp tôn trắng trần nhà xưởng, tận dụng ánh sáng mặt trời để sản xuất( không tiêu tốn điện vào ban ngày tăng tuổi thọ bóng đèn) - Khống chế thơng số q trình chưa tốt: +Đào tạo công nhân vận hành buồng sấy theo quy định +Khống chế q trình cháy lị sấy tối ưu Xử lý nước thải cho công đoạn Tùy cơng đoạn mà nước thải có thành phần tính chất khác Vì có quy trình xử lý khác cho cơng đoạn để giảm chi phí xử lý.Ví dụ nước rửa trước mạ ô nhiễm chủ yếu pH thấp, hàm lượng dầu mỡ cao, kim loại nặng sắt Để trung hịa nước thải ta dùng xút NaOH Ca(OH)2 Ngồi tác dụng trung hịa axit Ca(OH) cịn có tác dụng kết tủa số kim loại Fe, Cu Đây phương án đơn giản Xây dựng hệ thống thơng gió Trong nhà máy xi mạ có chứa nhiều hóa chất xi mạ độc hại có mùi axit H2SO4, HCl,…Vì cần thiết phải xây dựng hệ thống thơng gió để bảo vệ sức khoẻ cho người lao động Tuần hồn axit CƠNG NGHỆ MẠ ĐIỆN Page 23 Trong cơng đoạn tẩy rửa hay tẩy axit có pH thấp.Chúng ta tuần hồn lượng axit để rửa kim loại cần mạ Như tiết kiệm lượng axit đáng kể 10.Thay thiết bị Chúng ta thay đổi thiết bị để đem lại suất cao han chế sử dụng nhiên liệu hạn chế việc ô nhiễm môi trường Cụ thể thay kiểu rửa sản phẩm thông thường nhà máy thiết bị máy phun nước áp lực cao Với thiết bị công suất cao lượng nước sử dụng giảm nhiều, dẫn đến lựợng nước thải 11 Xây dựng quy trình xử lý nước thải tập trung Nước thải thu gom trạm xử lý nước thải Việc xử lý phức tạp nước thải có PH thấp, chất dầu mỡ, đặc biệt hàm lượng kim loại nặng Người ta thường nâng PH, sau giai đoạn oxy hóa để chuyển hóa Cr 6+ thành Cr 3+ sau cho kết tủa lắng, lọc cát- than hoạt tính để hấp thụ kim loại nặng Trong quy trình xi mạ có nhiều cơng đoạn, cơng đoạn thải nước thải có thành phần, tính chất khác Vì việc thu gom tập trung để xử lý làm tăng chi phí xử lý thay xử lý riêng cơng đoạn 12 Thay đổi quy trình cơng nghệ: Việc thay đổi quy trình cơng nghệ giải pháp tốt mặt kỹ thuật Việc thay đổi quy trình cơng nghệ làm giảm lượng thải lượng thất ngồi, giảm thiểu tình trạng nhiễm mơi trường Nhưng tính khả thi khơng có việc thay đổi quy trình tốn nhiều kinh phí cho việc thay đổi thiết bị, xây dựng lại sở vật chất cho phù hợp với quy trình 13 Thu hồi kim loại nặng: Việc thu hồi kim loại nước thải thực mang lại lợi ích lớn kim loai Ni, Cu đắt Nhưng làm để thu hồi kim loại nặng vấn đề khó thưc Hiện nhà máy xi mạ có tiến hành cơng đoạn thu hồi kim loại nặng hiệu suất không cao 14 Tái chế tái sử dụng CÔNG NGHỆ MẠ ĐIỆN Page 24 Đây giải pháp lựa chọn theo sau giải pháp giảm thiểu chất thải số lý do: tiết kiệm tài nguyên thiên nhiên, giảm chi phí nguyên vật liệu, giảm chi phí xử lý - Tái sử dụng thùng chứa hóa chất (diễn bên khu vực nhà máy) - Thu gom tái chế kim lọai mạ dư thừa, sản phẩm khơng đạt tiêu chuẩn mạ (tái chế ngồi khu vực nhà máy khu vực nhà máy) - Tái sử dụng nước công đọan tẩy rửa sau xử lý - Tái sử dụng nhựa trao đổi ion sau sử dụng biện pháp phục hồi IV.CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ CHẤT THẢI IV.1 Xử lý nước thải Mạ điện ngành sử dụng nhiều hóa chất, cơng đoạn từ khâu làm phơi đến khâu mạ, sử dụng nước hố chất để tẩy rửa vật mạ trước cho vào mạ hay sau lấy để thực công đoạn khác hoàn thành sản phẩm Thành phần nước thải xi mạ phụ thuộc vào phương pháp mạ khác mạ Crôm, mạ Niken , mạ Thiếc….Điểm giống nước thải xi mạ chứa nhiều muối kim loại hồ tan, có độ pH thay đổi rộng từ axit mạnh đến kiềm mạnh hàm lượng BOD COD nước thài ngành xi mạ khơng đáng kể có mục tiêu xứ lý nước thải đạt TCVN 5945 -2005 (loại B hay loại C tùy theo quy định nguồn tiếp nhận) Do đặc tính nước thải nên công nghệ xử lý áp dụng số phương pháp dựa sở tính chất muối kim loại Nhiệm vụ loại bỏ ion kim loại nặng, độc tính gây hại, chất hoạt động bề mặt chất phụ gia nước thải CÔNG NGHỆ MẠ ĐIỆN Page 25 ... hữu Làm điện giải Quy trình mạ Nước thải acid Tẩy gỉ Mạ kẽm Mạ bạc Mạ Crom Mạ vàng CÔNG NGHỆ MẠ ĐIỆN Mạ Niken Page Sấy khô Thành phẩm Mạ đồng đen Mạ đồng  - Mô tả quy trình cơng nghệ mạ điện Tẩy... tổng quát CÔNG NGHỆ MẠ ĐIỆN Page Sơ đồ nguyên lý thiết bị mạ điện crôm - Mạ điện tiến hành bể mạ với dòng điện chiều - Vật cần mạ catot nối với cực âm nguồn điện chiều Kim loại dùng để mạ anot... thành cảm ơn! CÔNG NGHỆ MẠ ĐIỆN Page I ĐẶC ĐIỂM CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT MẠ CRƠM I.1 Ngun liệu dùng quy trình mạ crơm a) Phôi mạ: Các kim loại : Sắt, Đồng, Niken, Chì, Kẽm,… b) Dung dịch mạ: Gồm nhiều