Tài liệu Tìm hiểu công nghệ mạ kim loại dòng thải và các chất thải quan trọng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG -------------------------- CHUYÊN ĐỀ MÔN HỌC CÁC QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT CƠ BẢN Tên chuyên đề: TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ MẠ KIM LOẠI DÒNG THẢI VÀ CÁC CHẤT THẢI QUAN TRỌNG Giáo viên hướng dẫn : Nhóm AKL : Lớp Khóa : : Đinh Bách Khoa Bùi Vân Anh Phạm Quang Khánh Đỗ Thị Lương Công nghệ môi trường K49 Hà Nội 10/2006 Chuyên đề “MẠ KIM LOẠI” MỤC LỤC 1 LỜI MỞ ĐẦU………………………………………………………………5 CHƯƠNG 0: KHÁI QUÁT VỀ CÔNG NGHỆ MẠ KIM LOẠI VÀ TÌNH HÌNH SẢN XUẤT CỦA CÔNG NGHỆ MẠ ĐIỆN. 6 1.1 Vai trò của giai đoạn hoàn thiện bề mặt: .............................................6 1.2 Các phương pháp được đề xuất để hoàn thiện bề mặt: .......................6 1.3 Khái quát về mạ điện: ...........................................................................6 1.3.1 Bảng năng suất của một số cơ sở mạ điện ở Việt Nam năm 1998 ........6 1.3.2 Bảng năng lượng tiêu thụ của một số công ty năm 1998 ......................7 1.3.3 Bảng độc tính một số hoá chất sử dụng trong công nghệ mạ điện: ....10 2 PHẦN I : QUÁ TRÌNH XỬ LÝ BỀ MẶT………………………………..12 2.1 Chương 1: Phương pháp cơ học .........................................................12 2.2 Chương 2: Phương pháp hóa học và điện hóa. ..................................15 * Các nguồn gây ô nhiễm trong xử lý bề mặt.................................................23 3 PHẦN II: MẠ………………………………………………………………23 3.1 Mạ kẽm thiếc chì cadimi ............................................................24 3.2 Mạ đồng và mạ kền..........................................................................26 3.3 Mạ crom, coban, sắt..........................................................................27 3.4 Mạ kim loại quý ................................................................................27 3.5 Mạ hợp kim........................................................................................29 4 PHẦN III: HOÀN THIỆN BỀ MẶT VÀ XỬ LÝ Ô NHIỄM,ĐỀ RA CÁC GIẢI PHÁP MÔI TRƯỜNG 33 4.1 LỜI MỞ ĐẦU PHẦN III.......................................................................33 4.2 Hoàn thiện lớp mạ kim loại:................................................................34 4.3 Kiểm tra chất lượng lớp mạ:...............................................................35 5 Ô NHIỄM TRONG CÔNG NGHỆ MẠ ĐIỆN: 37 5.1 Ô nhiễm nhiệt: .....................................................................................37 5.2 Ô nhiểm tiếng ồn: ................................................................................37 5.3 Ô nhiễm khí thải:.................................................................................37 5.3.1 Nguồn gốc gây ô nhiễm không khí: ....................................................37 5.3.2 Phương pháp xử lý khí thải:...............................................................37 5.3.2.1 Thông gió cho xưởng mạ:để kiểm soát hơi axit cromit và hơi kiềm thoát ra trong quá trinh mạ. ...............................................................37 5.4 Ô nhiễm từ chất thải rắn: ....................................................................39 5.4.1 Nguồn gốc chất thải rắn: ...................................................................39 5.4.2 Phương pháp xử lý chất thải rắn: ......................................................40 5.5 Ô nhiễm nước thải và nước rửa:.........................................................40 5.5.1 Nguồn gốc gây ô nhiễm nước.............................................................40 Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội K49 Công nghệ môi trường- 2 Chuyên đề “MẠ KIM LOẠI” 5.5.2 Lưu lượng và thành phần các chất ô nhiễm đặc trưng trong nước thải ngành mạ điện:.......................................................................................41 5.5.3 Công nghệ xử lý nước thải tại Việt Nam: ...........................................41 5.5.4 Bảng các chỉ số ô nhiễm kim loại nặng của nước thải mạ điện ..........41 5.5.5 Tổng quan về các phương pháp xử lý nước thải mạ điện: ..................42 5.5.6 Phân loại các loại nước thải trong mạ điện:......................................43 5.5.6.1 Nước thải chứa xyanua: .....................................................43 5.5.6.2 Các phương pháp làm sạch xyanua trong chất thải: .............43 5.5.6.2.1 Làm sạch nước thải xyanua bằng phương pháp hóa học:..43 5.5.6.2.1.1 Oxy hoá xyanua dùng các hợp chất Clo .........................44 5.5.6.2.1.2 Ôxy hoá xyanua bằng FeSO4 .........................................44 5.5.6.2.1.3 Khử độc nước thải bằng KMnO4:. .................................45 5.5.6.2.2 Làm sạch nước thải xyanua bằng phương pháp điện hoá..45 6+ 2+ 5.5.6.3 Nước thải chứa Cr và Ni :.............................................45 5.5.6.3.1 Phương pháp khử - kết tủa hóa học: .....................................45 5.5.6.4 Xử lý các cation kim loại nặng trong nước thải: .........47 5.5.6.4.1Phương pháp trao đổi ion:.........................................................48 5.5.6.5 Làm sạch nước thải kiềm-axit: ...................................................50 5.5.6.6 Phương pháp điện hóa:..............................................................50 5.5.6.7 Phương pháp sinh học: ..............................................................51 5.5.6.8 Phương pháp hấp phụ................................................................51 Kết luận……………………………………………………………………53 5.5.7 Nước rửa thu hồi: …....................................................................52 5.5.7.1 Xử lý nước rửa thu hồi: ............................................................52 5.5.7.1.1 Phương pháp nội điện phân:.................................................52 5.5.7.1.2 Phương pháp điện phân bằng dòng ngoài: ...........................53 5.5.7.1.3 Phương pháp chưng cất:.......................................................53 5.5.8 So sánh các phương pháp xử lý nước thải. ...........................53 6 CÁC PHƯƠNG PHÁP MỚI GIÚP GIẢM THIỂU VÀ XỬ LÝ CHẤT Ô NHIỄM TRONG CÔNG NGHÊ MẠ ĐIÊN TỐT HƠN. 54 6.1 SẢN XUẤT SẠCH HƠN :...................................................................54 6.1.2 Lợi ích của SXSH(sản xuất sạch hơn):...............................................55 6.1.3 33 giải pháp sản xuất sạch hơn với công nghệ mạ điện: ....................55 6.2 Đối với nước rửa thu hồi: ....................................................................58 6.2.1 Dùng hệ thống tẩy rửa Drag-in/drag-out:..........................................58 6.2.2 Dùng hệ thống tẩy rửa ngược dòng: ..................................................59 6.2.3 Dùng dung dich rửa bằng nước: ........................................................59 6.3 Đối với chất thải rắn:...........................................................................59 6.3.1 6 phương pháp chính xử lý chất thải rắn công nghiệp: ......................59 6.4 Đối với các kim loại quý hiếm:............................................................61 6.4.1 Dùng thiết bị thu hồi hiện đại: ...........................................................61 Thiết bị thu hồi kim loại bằng điện phân............................................61 Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội K49 Công nghệ môi trường- 3 Chuyên đề “MẠ KIM LOẠI” Sử dụng hệ thống đánh bóng hoàn toàn khép kín ...............................61 6.4.2 Thu hồi bạc và vàng từ dung dich cũ, hỏng: ......................................61 6.5 Một số phương hướng xử lý nước thải và nước rửa mới: .................62 6.5.1 Thăm dò khả năng xử lý kim loại nặng Ni2+, Zn2+ bằng đá ong: .......62 6.5.2 Nghiên cứu xử lý niken, kẽm,đồng, chì, trong môi trường nitrat bằng vỏ ngao:................................................................................................63 6.5.3 Xử lí nước thải bằng phương pháp tuần hoàn tự nhiên ......................63 6.5.4 Hệ thống xử lý nước thải xi mạ theo mô hình hợp khối tự động: ........64 6.5.5 Xử lý nước thải bằng cánh đồng lau sậy (phù hợp với vùng đất rộng) 65 6.6 Đề ra các giải pháp quản lý đối với chất độc hại(như xuanua):........67 6.7 Kết luận phần III:................................................................................68 7 KẾT LUẬN…………………………………………………………………72 8 TÀI LIỆU THAM KHẢO 70 9 Hình vẽ minh họa các thiết bị hiện đại (mạ đồ kim loại quý)……………74 Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội K49 Công nghệ môi trường- 4 Chuyên đề “MẠ KIM LOẠI” LỜI MỞ ĐẦU -Mạ điện là một trong những nghành công nghiệp quan trong nhằm bảo vệ va trang trí bề mặt kim loại.Mạ điện được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực khác nhau, đặc biệt là trong việc sản xuất đồ dân dụng. -Quá trình mạ điện có các phần chính: +phần I : chuẩn bị bề mặt trước khi mạ. +phần II : mạ +phần III: hoàn thiện bề mặt và xử lý củng như đề ra các giải pháp môi trường. -Tuỳ theo sở thích và khả năng của mỗi người mà nhóm AKL phân công đảm nhiệm các phần như sau: +phần I : Đỗ Thị Lương. +phần II : Bùi Vân Anh. +phần III: Phạm Quang Khánh. -Việc lựa chọn kiến thức,số lượng và mức độ thích hợp vừa đảm bảo tính cơ bản lẫn tính hiện đại là một việc rất khó khăn,bị hạn chế bởi trình độ,kinh nghiệm vì thế,chuyên đề mạ kim loại này chắc chắn không tránh khởi những hạn chế và thiếu sót. -Nhóm AKL rất mong nhận được sư đóng góp ý kiến của thầy Đinh Bách Khoa và của các thầy cô khác cũng như ý kiến cúa mọi người xung quanh đế chuyên đề này ngày càng hoàn thiện hơn và có thế ứng dụng vào trong thực tế. Nhóm AKL xin chân thành cảm ơn! Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội K49 Công nghệ môi trường- 5 Chuyên đề “MẠ KIM LOẠI” CHƯƠNG 0: KHÁI QUÁT VỀ CÔNG NGHỆ MẠ KIM LOẠI VÀ TÌNH HÌNH SẢN XUẤT CỦA CÔNG NGHỆ MẠ ĐIỆN. 1 1.1 Vai trò của giai đoạn hoàn thiện bề mặt: -Theo thống kê cho thấy, hằng năm việc ăn mòn gây thiệt hại 3-5% tổng giá trị quốc dân của mỗi nước. Ăn mòn không chỉ làm giảm hiệu xuất sản xuất,ảnh hưởng xấu đến giao thông, giảm hiệu suất tin cậy của thiết bị, gây tai nạn lao động, và ảnh hưởng tới môi trường. 1.2 Các phương pháp được đề xuất để hoàn thiện bề mặt: +Hợp kim hóa:tạo vật liệu bền băng cách nhờ các chất dễ bị thụ động hóa trong môi trường xâm thực như Ni,Co,Ti.. +Bảo vệ điện hóa:bằng cách dung kim loại phụ +Dùng lớp phủ bảo vệ: Lớp phủ phi kim: +Sơn(có cả sơn điện di,sơn tĩnh điện). +Tráng men(vơi đò gôm sứ…) +Phốtphát hóa(như bảo vệ các cây cột điện ngoài trời..). +Ngoai ra còn dùng thủy tinh,hay nitrat hóa để bảo vệ và trang trí kim loại… Lớp phủ kim loại:các phương pháp mạ kim loại: +mạ nóng(như tráng 1 hay nhiều lớp kim loại bên ngoài..) +phun kim loại:phun kim loại trong điều kiện nhiệt độ cao hay plasma(2.500-8000 0C),chủ yêu dùng trong việc mạ các chi tiết tàu vũ trụ,hàng không,tên lửa.. +mạ điện:là phương pháp hay dùng trong sản xuât đồ phục vụ dân dụng bằng cách kết tủa kim loại trên bề mặt nền một lớp phủ có tính chât mong muốn. 1.3 Khái quát về mạ điện: -Năm 1085,nhà hoá học Luigi v.Brugnatelli lần đàu tiên ra công nghệ mạ điện. -Năm 1940,khi nghành điện tử ra đời thì nghành mạ điện phát triển rất mạnh mẽ. -Ở Việt nam,công nghệ mạ điện đã phát triển mạnh trong vài chục năm nay và tiếp thu được kỹ thuật của nhiều nước trên thế giới. 1.3.1 Bảng năng suất của một số cơ sở mạ điện ở Việt Nam năm 1998 Thứ tự Tên cơ sơ Loại hình sản phẩm Lượng sản phẩm mạ (m2/năm) Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội K49 Công nghệ môi trường- 6 Chuyên đề “MẠ KIM LOẠI” 1 Công ty khóa Minh Khai Khóa,bản lề các loại 15.000 2 Nhà máy cơ khí xuất khẩu Các dụng cụ điện và phụ tùng xe đạp 1.300 3 Xí nghiệp điện cơ Thống Nhất Quạt điện các loại 34.000 4 Nhà máy cơ khí chinh xác Quạt và các máy bơm thủy lực 3.000 5 Nhà máy kim Hà Nôi Kim khâu tay,khâu máy 1.000 6 Nhà máy cơ khí Ngũ Hiêp Gim đóng bao bì 7 Công ty Kim Khí Thăng Long Bếp dầu vỏ đèn cao áp 27.000 800 8 Công ty khóa Việt Tiệp Khóa các loại 30.000 9 Nhà máy phụ tùng Groshi Thăng Long Phụ tùng ô tô, xe máy 30.000 10 Công ty dụng Dụng cụ cắt và đo cụ cắt và đo lường lường cơ khí 3.000 11 Công ty xe đạp, Phụ tùng xe máy,xe xe máy Đống Đa đạp 23.000 12 Nhà máy xe đạp, Phụ tùng xe đạp, xe xe máy Nam Hà máy 55.537 -Tuy nhiên,mạ điện là một nghành tiêu thụ hoá chất ,nước và năng lượng rất lớn. 1.3.2 Bảng năng lượng tiêu thụ của một số công ty năm 1998 Tên cơ sở Sản phẩm Nguyên liệu, nhiên liệu Công ty dụng cụ Loại Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội K49 Số Loại Số lượng Công nghệ môi trường- 7 Chuyên đề “MẠ KIM LOẠI” cơ khí xuất khẩu lượng(chiếc ) Phụ tùng xe máy 219.705 Dụng cụ cầm tay 685.705 Thép Hóa chât 46.820 kg Than 36 tấn Điện năng Nước Công ty cơ khí chính xác số 1 Quạt điện 44.000 Bơm thủy lực 1.800 Phụ tùng xe máy 166 Phụ tùng xe đạp 1465 306.500 kg Dây đồng 1.596.060 kWh 87.600 m3 12.000 kg Thép 90.000 kg Sơn 3.500 kg Nước 7.200 m3 Điện năng Dầu FO Than Dầu mỡ 150.000 kWh 7.200 lít 12.000 kg 150 kg -Các cơ sở mạ điện công nghiệp thường tổ chức sản xuất ngay nơi ở mặt bằng chật hẹp, công nghệ và thiết bị lạc hậu. ở các cơ sở có mặt bằng quá hẹp và quá bất lợi việc khắc phục ô nhiễm đôi khi không thể thực hiện được với các cơ sở có mặt bằng tương đối thuận lợi thì việc xử lý nhằm giảm thiêủ ô nhiễm với chi phí thấp vận hành đơn giản và không chiếm nhiều diện tích vẫn là những đòi hỏi có tính ưu tiên-Mạ điện là ngành thải ra môi trường rất nhiều chất thải khí(CrO3 gấp 3 lần ,NiO gấp 3.5 lần,H2SO4 gấp 1.5 lần),lỏng và rắn. Các nguồn gây ô nhiễm trong công nghệ mạ điện Công đoạn Các chất thải chính Mài thô Mài tinh Bụi bột mài, bụi kim Gây bệnh về mắt, phổi, loại, SiO2, Cr2O3, silic da Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội K49 Tác hại Công nghệ môi trường- 8 Chuyên đề “MẠ KIM LOẠI” Quay bóng khô Bụi, mùn cưa, dầu hôi, Bụi rác ảnh hưởng đến bột mài, oxit kim loại, môi trường oxit sắt, oxit đồng và oxit crom Quay bóng ướt Bột kim loại, H2SO4, các Nước thải axit, cặn thải chất hoạt động bề mặt, kim loại, gây ô nhiễm nguồn nước. Hơi axit, khí hidro dễ gây bệnh đường hô hấp Tẩy dầu mỡ bằng dung Các chất dầu mỡ và hơi Là các chất dễ gây cháy môi hữu cơ dung môi hữu cơ sử dụng nổ, bay hơi tạo ra độc tố cặn kim loại cho công nhân Tẩy dầu mỡ điện hoá Nước thải có độ axit cao, Nước thải gây độc tố ô kiềm cao nhiễm Tẩy rỉ hoá học Dung dịch axit cao hơn Khí độc và hơi axit gây 10%, muối kim loại cay mắt, có tác động lên nặng, hơi axit da, nước thải có pH thấp axit ăn mòn hàm lượng các muối sắt, đồng cao Mạ kẽm Nước thải có độ pH cao, có chứa nhiều kẽm, muối xianua, muối amoni, và các chất hoạt động bề mặt, xút, sôđa, khí thoát từ bể mạ, H2, HCN Nước thải có chứa nhiều kim loại độc, chủ yếu là kẽm, xianua, amoni, gây ô nhiễm môi trường tác động lên người công nhân viêm da Mạ Niken Các muối Niken (1 dòng) muối Florrua, axit Boric, axit Sunphuric, khí độc thoát ra từ bể mạ Nước thải có chứa kim loại nặng, florua, amoni, gây ô nhiễm nguồn nước, khí hidro, các loại khí ảnh hưởng đến sức khoẻ Mạ Crom Axit sunphuric, cromic Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội K49 axit Nước thải có chứa cromat, rất độc cho người và động vật. Gây ô Công nghệ môi trường- 9 Chuyên đề “MẠ KIM LOẠI” nhiễm cho nguồn nước, cromat là chất gây ung thư da, ung thư phổi Mạ đồng Nước thải có chứa muối vô cơ cao, muối đồng, muối amoni, soda, xianua Nước thải có độc tố cao, chứa xianua đồng. Gây ô nhiễm nguồn nước. Muối đồng, muối đồng, muối xianua gây ngộ độc cấp tính cho người công nhân làm trực tiếp -Mạ điện là một ngành có mức độ ô nhiễm môi trường cao bởi các tác nhân chính: Hơi hoá chất độc hại, nước thải có pH thay đổi thấp và cao và có chứa nhiều các ion kim loại nặng dễ gây cho con người những căn bệnh hiểm nghèo. 1.3.3 Bảng độc tính một số hoá chất sử dụng trong công nghệ mạ điện: Hoá chất H2SO4 HCl HNO3 Khi tiếp xúc gây bỏng nặng, phá huỷ tế bào tiếp xúc lâu ngày gây hại da viêm da, viêm đường hô hấp, gây viêm phế quản. Gây bỏng da, ngứa Kích thích niêm mạc, mắt, đường hô hấp H2O2 Mắt rất nhạy cảm với hơi và dung dịch H2O2 NaOH Gây viêm da, hư da, không khôi phục được KCN và NaCN Gây ngứa, nổi sần, chấm đỏ chân da, đau đầu, ói, hoa mắt, chóng mặt CuCl2 và CuSO4, Cu(NO3)2, Cu(CO3)2 Ảnh hưởng tới gan, tuỵ và tổn thương tếbào phổi, ảnh hưởng tới thần kinh, thậnvà gây gan to. CrO3, Cr2 (SO4)3, K2CrO7 Ăn mòn da và các màng cơ, rất khó lành, gây ung thư phổi, viêm màng phổi ZnO, ZnSO4, ZnCl2 Gây bệnh “cảm đồng thau”, ói mửa, niêm mạc hô Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội K49 Công nghệ môi trường- 10 Chuyên đề “MẠ KIM LOẠI” hấp và hội chứng xanh tái. NiO, NiSO4.7H2O, Ni(NO3)2 gây rối loạn tiêu hoá, co giật, ngạt thở kích thích phổi gây ngứa NH4OH và các hợp chất amoni Gây nổ,kích thích cơ, da,và những nơi tiếp xúc, gây ngứa mắt và xưng mí mắt. Gây xơ cứng mô, gân, nhuyễn, xương,hư răng. Các hợp chất của Flo Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội K49 Công nghệ môi trường- 11 Chuyên đề “MẠ KIM LOẠI” 2 PHẦN I : QUÁ TRÌNH XỬ LÝ BỀ MẶT Xử lý bề mặt là khâu đầu tiển là khâu đầu tiên trong quá tŕnh hoàn tất các tŕnh hoàn tât các sản phẩm kim loại. Mục đích làm cho bề mặt bằng phẳng, sắc nét, bóng và tuyệt đốí làm sạch dầu mỡ, các bavia, gỉ khỏi bề mặt chi tiết để đảm bảo độ bám dính bề mặt khi mạ tốt nhất, không xước, không sần sùi, bóng sáng đều và toàn bộ bề mặt lớp mạ đồng nhất. Có 2 phương pháp mạ : Gia công bề mặt kim loai bằng phương pháp cơ học. Gia công bề mặt kim loại bằng phương pháp hóa học và điện hóa. 2.1 Chương 1: Gia công bề mặt kim loại bằng phương pháp cơ học 2.1.1 Các loại gia công cơ học. Mài và đánh bóng : Loại bỏ hết gỉ ,oxit, chất bẩn , bavia, khuyết tật và đạt được độ nhẵn bóng theo yêu cầu bề mặt kim loại . Quay: Làm sạch bề mặt cho các vật nhỏ, mảnh khỏi các vết bẩn, mùn tay trong axít, bavia, khuyết tật, quay c ̣ n để mài và đánh bóng bề mặt. Quay khô có hay không có vật liệu mài, dùng để hoàn thiện lần chót cho ốc vít cỡ nhỏ để loại bỏ bavia, góc cạnh sắc và bề mặt nhẵn bóng. Chất lỏng dùng trong quay ướt là dung dịch Na2CO3 2-3%, dung dịch H2SO4 hay HCl loăng . Xóc, phun : * Xóc : Dùng để mài, đánh bóng , loại bỏ bavia, vê tṛn cạnh, làm sạch cho vật đúc, làm sạch gỉ, dấu vết ăn ṃn, tăng độ nhẵn…. Vật gia công với hạt mài , chất độn chất hoạt động bề mặt đổ chung vào khoang chứa và được rung theo những tần số biên độ khác nhau. Xóc ẩm: có 20% khoang chứa là chất lỏng. Xóc ướt: các cặn bẩn được loại bo bằng cach rửa khoang chứa ngay trong khi xóc. * phun : Dùng khí nén, chất lỏng…, phun vật liệu mài với tốc độ lớn đập lên bề mặt kim loại . có nhiều cách phun : - Phun cát , phun bi, phun nướcvà hạt mài :Dùng để “cạo”gỉ, bóc lớp mạ cũ. - Phun ướt: Dùng huyền phù nước và vật liệu mài. Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội K49 Công nghệ môi trường- 12 Chuyên đề “MẠ KIM LOẠI” + Gia công cho thép :Dùng bùn gồm 30% cát +70% nước. + Gia công cho kim loại màu: Dùng bùn gồm 20% + 80% nước. (thường cho thêm Na2CO3, Na2 NO2, ,.dầu, … vào bùn ). Vật liệu mài phun là mạt cưa của kim loại , mạt gang , bi và hạt kim loại …. 2.1.2 Vật liệu mài và đánh bóng : Hạt mài :có nguồn gốc từ : - Thiên nhiên như : corun (90-98% Al2O3), cacbordas lửa, thạch anh, cátundum ( hỗn hợp oxýt của Al, Fe, Si, Ti ,…), đá lửa, thạch anh, cát ,…để mài và sắt oxyt(có 75% Fe2O3), trepel, đôlômit (CaCO3.MgCO3), đá phấn, vôi, cao lanh,…. - Nhân tạo như: cacborun(SiC), cacbuabo, corun điện luyện,…dùng để mài, crom oxyt, nhôm oxyt,…. Vật liệu đánh bóng : - Crom oxyt. - Vôi tôi. - Marsalit. - Tripoli: thành phần chủ yếu là SiO2. - Nhôm oxyt : sản xuất bằng cách nung Al(OH)3. - Sắt oxyt: chứa 75% Fe2O3. 2.1.3 Thành phần thuốc đánh bóng cho kim loại và hợp kim : Bảng 1.1 :Thành phần thuốc đánh bóng cho kim loại kim Kim loại Thành phần thuốc cần đánh bóng Thép , Kền Cr2O3 , Crom Stearin Caolanh Axít oleic Mỡ kĩ thuật Petrolatium Thép ,Kền , Cr2O3 Đồng, Hợp Fe2O3 kim đồng Cao lanh Stearin Parafin Serezin Axít oleic Petrolatium Nhôm , Cr2O3 Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội K49 Tỷ lệ % trọng lượng 73 17 10 73 19 5 2 1 - 37 37 13 13 68 17 15 70 40 40 10 10 72 14 14 - 36 37 27 - Công nghệ môi trường- 13 Chuyên đề “MẠ KIM LOẠI” Kền ,Đồng , Hợp kim đồng Nhôm , đồng, kẽm, hợp kim kẽm Kim loại đen , kim loại màu và hợp kim Fe2O3 Vôi Stearin Parafin Axít oleic Mỡ kĩ thuật Dầu thông Fe2O3 SiO2 Al2O3 Stearin Parafin Stearin Axít oleic Mỡ kĩ thuật Dầu máy Cr2O3 Bột mài mịn Xà pḥng (60%) Glyxerin sạch Dầu máy Carbamit (loại A) Nước 49 18 33 2 45 37 6 10 (1) 34 34 16 5 4 2 5 18 8 4 36 36 8 13 3 4 (2) 69 16 5 4 1 5 72 23 2 2 1 - - - (1) Thuốc dùng cho mài – đánh bóng (2) Thuốc đánh bóng.Hai loại này tan được trong dung dịch rửa nóng là Na2CO3 50% . 2.1.4 Chuẩn bị : Bánh mài : Làm bằng da, dạ (nỉ ), vải bạt,…dạng bánh xe, h́ nh côn, h́ nh đĩa,…. Bánh chải : Đế bánh chải làm bằng gỗ hay kim loai có găm kẹp dây kim loại, dây cước … đường kính bánh chải 250-350 mm . - Chải thô dùng dây có đường kính 0,30-0,60 mm. - Chải tinh nên dúng dây có đường kính 0,05-0,1 mm .để chọn bánh chải ( tham khảo bảng 1.2 ) Bảng 1.2 : chọn bánh chải Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội K49 Công nghệ môi trường- 14 Chuyên đề “MẠ KIM LOẠI” Vật cần chải Au Gang, thanh Ag Vật liệu dây chải Đường kính dây (mm) Đồng thau đồng Thép 0,05-0,15 0,05-0,30 Đồng thau ,dây hợp kim đồng Lớp mạ kẽm , thiếc Đồng thau ,Cu , Đồng thau Kền , lớp mạ kền Thép ,bạc mới (Cu – Ni 535% ,Zn 13-45%) Gang ,thép ,đồng Thép thau 0,10-0,15 thép, 0,15-0,20 0,15-0,25 … - Có thể chải khô để làm sạch mùn, bavia, gỉ, vảy xốp,…Muốn được bề mặt mươt đẹp hơn nên chải ướt nhờ dung dịch Na2CO3 , hay xà phòng. Phớt bóng : Làm bằng vật liệu mềm hơn bánh mài như phớt (nỉ), dạ, vải mộc, vải phin vối nhữnh kiểu dạng, kích thước khác nhau. Thuốc đánh bóng: -Có thể mua trên thị trường hay tự chế lấy. Bảng 1.3 : Các nguồn gây ô nhiễm Công đoạn Các chất thải chính Mài thô ,mài tinh Bụi bột mài , bụi kim loại SiO2 ,Cr2O3 , silic Quay bóng khô Bụi mùn cưa , dầu hôi , bột mài , oxít kim loại Fe ,Oxít Cu , Oxít Cr Quay bóng ướt Bột kim loại , axit H2SO4 , các chất hoạt động bề mặt . Tác động Gây bệnh về mắt , phổi ,ngoài da Bụi rác công nghiệp ,ảnh hưởng tới môi trường Nước thải axit ,cặn thải kim loại gây ô nhiểm nguồn nước,hơi axit , khí H2 dể gây các bệnh đường hô hấp 2.2 Chương 2: Gia công bề mặt bằng phương pháp hóa học và điện hóa. 2.2.1 Tẩy dầu mỡ hóa học và điện hóa. 2.2.1.1Tẩy dầu mỡ bằng dung môi hữu . - Làm sạch các loại dầu mỡ khoáng (không xà pḥng hóa được như dầu Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Công nghệ môi trường- 15 K49 Chuyên đề “MẠ KIM LOẠI” mỡ, hắc ín, cao su, faraphin,…), thuốc đánh bóng dấu mỡ bảo quản. - Không nên dùng những dung môi dễ cháy như xăng, dầu hỏa, benzen, xylen,…. - Các dung môi thương hay dùng là các loai hydrocacbon đă clo hóa không cháy như tricloetylen, tetracloetylen, pecloetylen, cacbon tetraclorua,….Trong đó, các dung môi tricloetylen và tetracloetylen được dùng phổ biến nhất. - Tricloetylen có thể tẩy dấu mỡ cho: thép, đồng , kền và hợp kim của chúng. Nhưng nó phản ứng rất mạnh với nước, hơi nước và tạo ra HCl gây độc và ăn ṃn thiết bị và vật tẩy, v́ vậy vật trước khi tẩy không được ẩm ướt. - Nước triết cua tricloetylen phải có pH từ 6 trở lên. Tricloetylen thường cho thêm chất ổn định như trietylamin, mono butylamin, urotropin hoặc các thương phẩm đă mă hóa khác,… với lượng khoảng 0,01kg/m3. - Tetracloetylen(C2Cl4) có thể dùng để tẩy hầu hết cho các kim loại; kể cả nhôm và magiê. Nhược điểm lớn nhất của các hydrocacbon clo hóa là độc và đắt. - Bằng cách thêm chất nhũ hóa vào dung môi sẽ được một hỗn hợp tẩy “dung môi – nhũ tương” có tác dụng tẩy rất mạnh các hạt bẩn rắn và bụi bám cùng với dầu mỡ trên bề mặt. Bảng 2.1 :Khả năng ḥa tan một số dầu mỡ của 1 số dung môi.(kg/m2..s) Dầu hỏa Xăng Tetracloetylen Xylen Tricloetylen 0,65 1,30 1,70 2,20 3,10 2.2.2 Tẩy dầu mỡ hóa học. Dầu mỡ hóa học bám trên bề mặt có 2 loại: - Loại có nguồn gốc động thực vật: những este phức tạp của glyxerin và những axít béo bậc cao như stearic, palmitic.Loại này tác dụng với xút (NaOH) thành xà pḥng tan trong nước. - Loại có nguồn gốc khoáng vật( từ dầu mỏ) :các hỗn hợp các hydrocacbon như: parafin, vazelin, dầu máy, mỡ kĩ thuật, ….Loại này không có khả năng xà pḥng hóa nên tẩy chúng bằng dung môi hay bằng chất tẩy rửa. Đặc biệt ( chất nhũ hóa – biến dấu mỡ bám trên bề mặt thành nhũ tương;chất huyền phù – bắt cặn bẩn bong khỏi bề mặt và đi vào dung dịch;…). - Trong công nghiệp, dung dịch tẩy thường có các thành phần: xút, phôtphat, thủy tinh lỏng, xà pḥng, chất tẩy rứa tổng hợp( chất hoạt động Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội K49 Công nghệ môi trường- 16 Chuyên đề “MẠ KIM LOẠI” bề mặt, chất nhũ hóa,…),natricacbonat,…trong đó xút là quan trọng nhất để làm sạch bề mặt. * Có 3 nhóm dung dịch tẩy dầu mỡ: - Dung dịch kiềm đặc, tối đa là 1000g/l, pH=12-14. - Dung dịch kiềm vừa, pH=11-12. - Dung dịch kiềm loăng, không quá 50g/l, pH= 10-11. - Ngoài ra, c ̣ òn có dung dịch kiềm yếu(Na2CO3, K2CO3, Na3PO4,…) để tẩy cho các kim loại tan trong kiềm như Al, Zn , Sn. - Để bảo vệ môi trường gần đây người ta sản xuất các chất tẩy rửa chứa rất ít hoặc không chứa photphat và thay vào đó là các hợp chất ṿng như natri gluconat, natri heptagluconat, natri xitrat, NTA, EDTA. Bảng 2.2 : Thành phần dung dịch tẩy dầu mỡ hóa học. Thành phần (g/l) và chế độ tẩy 1 2 Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội K49 Dung dịch số 3 4 5 6 7 Công nghệ môi trường- 17 Chuyên đề “MẠ KIM LOẠI” “Labomind” hay Implulse” “Udyprep 110 EC” Chất tẩy rửa “OCA - 1” NaOH Na3PO4.12H2O Na2CO3 Chất hoạt động bề mặt Na2SiO3 (thủy tinh lỏng) Nhiệt độ oG Thời gia tẩy ,PH 2030 6080 3-10 5-15 1535 1535 3-5 6080 3-20 . 2040 5-15 3-5 1030 5070 2-5 8-12 2050 2530 4070 3-10 1050 7080 7-10 1535 1535 3-5 6080 5-20 4080 4070 5-15 2.2.3 Tẩy dầu mỡ điện hóa. - Tẩy đi màng dầu mỡ c ̣ n sót lại sau các khâu tẩy trước. Dung dịch tẩy điện hóa có thành phần giống như dung dịch tẩy dấu mỡ hóa học nhưng nồng độ loăng hơn. - Nhươc điểm: Khó tẩy sạch trong cac khe, khuất, lỗ….cho các vật có h́ nh thức phức tạp. 2.2.4 Tẩy sạch trong siêu âm. - Dùng máy phát kiềm th́ tẩy siêu âm truyền sóng dao động có tần số nhỏ hơn 20KHz vào dung môi hay dung dich rửa sẽ nhanh và sạch hơn nhiều . Lúc đó cả dầu mỡ , gỉ , oxýt, cặn, bẩn,… đều được tẩy sạch, cả trong khe, rănh, lố, chân ren…. 2.2.5 Tẩy gỉ hóa học và điện hóa . Tẩy gỉ hóa học: - Bề măt kim loại đen thường phủ lớp gỉ gồm( từ trong ra ngoài) FeO, Fe3O4,Fe2O3, Fe(OH)2, Fe(OH)3. Dung dịch tẩy thường dung : các axit HCl, H2SO4 có nồng độ 10%. - Tác dụng giữa dung dịch HCl với gỉ và nền sắt như sau: Fe2O3 + 6HCl = 2FeCl3 + 3H2O Fe3O4 + 8HCl = 2FeCl3 + FeCl2 + 4H2O FeO + 2 HCl = FeCl2 + H2O Fe + 2 HCl = FeCl2 + H2 2FeCl3 + Fe = 3FeCl2 -tác dụng giữa H2SO4 với nền gỉ sắt như sau : Fe2O3 + 3 H2SO4 = Fe2(SO4)3 + 3H2O Fe3O4 + 4 H2SO4 = Fe2(SO4)3 + FeSO4 + 4H2O Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội K49 Công nghệ môi trường- 18 Chuyên đề “MẠ KIM LOẠI” FeO + H2SO4 = FeSO4 + H2O Fe + H2SO4 = FeSO4 + H2 (ưu tiên) Fe2(SO4)3 + H2 = FeSO4 + H2SO4 Fe2(SO4)3 + Fe = 3FeSO4 - Nồng độ Axít tẩy nhanh nhất là 20% - 25% trọng lượng .Nhưng để nền ít bị ăn mòn nhất chỉ dùng nồng độ dưới 20% trọng lượng. - Tốc độ tẩy gỉ của axít HCl phụ thuộc chủ yếu vào nồng độ c ̣ n của H2SO4 phụ thuộc chủ yếu vào nhiệt độ. - Để tẩy từng phần hay tẩy cho vật to quá không cho vào bể được , dùng kem tẩy có thành phần tương tự như dung dịch tẩy nhưng có thêm chất độn (đất trích trùng ,đất á sét nhẹ , amian … ) . Giới thiệu một loại kem tẩy có thành phần : H2SO4 (d= 1,84) H3PO4 ( d = 1,70) HCl (d = 1,19) Urotropin Kiềm xenlulosunfat (d = 1,22) Amian nghiền mịn Nước 29 cm3 46 cm3 356 cm3 6g 50 cm3 400 (g) 590 cm3 - Thành phần có cả axít lẫn chất nhũ hóa dùng để tẩy gỉ kết hợp đồng thời với tẩy dầu mỡ. Tẩy gỉ điện hóa : Vật tẩy có thể mắc vào anốt hay katốt (như cầu dao đổi chiều ḍng điện). - Tẩy Anot : gỉ bị ḥa tan điện hóa ,đồng thời bị tơi ra do tác dụng cơ học của khí ơi sinh ra trên vật tẩy . 4OH- - 4e = 2H2O + O2  Dung dịch tẩy là axít H2SO4 hay HCl và luôn có mặt các muối sắt - Tẩy catot : H2 thoát ra nhiều , mạnh trên vật tẩy H+ + e = H H + H = H2  - Nguyên tử H sẻ khử 1 thành phần oxít thành kim loại , bọt khí H2 làm tơi lớp gỉ nên dể dàng bong ra . - Ngày nay , dùng muối khô để tẩy gỉ hổn hợp hay điện hóa cho thếp các bon , thép không gỉ và một số kim loại màu . đó là 1 hổn hợp dạng bột khô của H2SO4 với các muối (như NaHSO4 …) và các chất hoạt động bề mặt , chất nhũ hóa …. Tẩy gỉ kim loại mầu : Tẩy gỉ Cu và hợp chất Cu : - Dung dịch tẩy : H2SO4 , HCl hay HNO3 và H2SO4 .thường qua 2 bước : Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Công nghệ môi trường- 19 K49 Chuyên đề “MẠ KIM LOẠI” + bước 1 : tẩy sơ bộ cho hết gỉ bẩn . + Bước 2 : tẩy bóng , nhẳn . - Tẩy Cu và hợp chất Cu sinh ra khí NO hoặc NO2 rất độc do HNO3 đặc hay loăng dều ḥa tan Cu sinh ra nên khi tẩy phải tẩy trong thiết bị kín có trang bị hút khí hơi mù axít đảm bảo an toàn lao động Tẩy Al và hợp chất Al : - Được tiến hành trong dung dịch kiềm sau tẩy , dửa được trung ḥa và làm sạch trong dung dịch HNO3 15 – 20% ở nhiệt độ thường . Tẩy hợp chất Mg : - Dùng dung dịch có thành phần (g/l) và chế độ tẩy sau : HNO3 90 – 100 K2Cr2O7 4–6 HCl 3–5 o Nhiệt độ ( C ) 18 – 25 T/g ,ph 10 – 20 Bảng 2.3 : dung dịch tẩy hợp chất Mg Tẩy Zn và Cadimi - Tiến hành trong dung dịch H2SO4 , và HCl (15 – 200 g/l hay lớn hơn ) ở trong nhiệt độ thường , thời gian không quá 1 phút . - Hổn hợp H2SO4 (d = 1,84) một thành phần thể tích + HNO3 (d = 1,4) 3 phần thể tích ,rất tốt cho tẩy màu trên Zn và Cd Tẩy ch́ ì : - Tiến hành trong dung dịch HNO3 50 – 100 g/l cũng có thể tẩy nhẳn ch́ trong dung dịch gồm H2O2 (30%) 3,5 % thể tích + CH3COOH (1,05) 3,5 % thể tích . Tẩy thiếc Sn : Dung dịch HCl 50 – 100 g/l . Tẩy Titan : Bảng2.4 : dung dich tẩy màng oxyt của titan Thành phần (g/l) HF (40%) H2SO4 HCl Nà NaCl HNO3 (1,4) H2O 1 10ml 15 ml 90ml Dung dịch số 2 40-50 g/l 160-180 g/l - Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội K49 3 2% thể tích 20% thể tích 78% thể tích 4 60 g/l 27 g/l 21 g/l - Công nghệ môi trường- 20