Tiểu Luận Chuyên đề mạ điện công nghệ xử lý và bảo vệ bề mặt

LỜI MỞ ĐẦU

. Mạ điện là một trong những phương pháp rất hiệu quả để bảo vệ kim loại khỏi ăn mòn trong môi trường xâm thực và trong khí quyển. Ngày nay các vật mà điện có giá trị trang sức cao, có độ cứng, độ dẫn điện cao, được áp dụng rộng rãi trong các nhà máy cơ khí, ô tô, xe máy, xe đạp, các hàng kim khí tiêu dùng v v Ở các nước công nghiệp, ngành mạ điện phát triển rất mạnh.
Ở nước ta, ngành mạ điện luôn được hoàn thiện để có thể đáp ứng được nhu cầu ngày càng phát triển của công nghiệp. Trong những năm gần đây, những kĩ thuật mới về mạ, đặc biệt là mạ trang trí, mạ phi kim loại, oxi hóa nhuộm màu nhôm v v có nhiều thành tựu và nghiên cứu phong phú
Ứng dụng của mạ điện trong các ngành sản xuất là rất rộng rãi, như trong lĩnh vực sản xuất hàng tiêu dùng, hoặc trong ngành cơ khí chế tạo máy, chế tạo phụ tùng xe máy, ô tô, v.v .Tuy nhiên, nước thải sinh ra từ quá trình mạ điện lại là một vấn để rất đáng lo ngại bởi pH của dòng thải thay đổi từ thấp đến cao, và đặc biệt là có chứa nhiều ion kim loại nặng ( Cr, Ni ,Zn, Cu ) gây ô nhiễm trầm trọng cho môi trường sinh thái, ảnh hưởng nghiêm trọng tới sức khỏe con người.
Hiện nay tại hầu hết các cơ sở mạ điện, đặc biệt là các cơ sở tiểu thủ công nghiệp, nước thải sinh ra thường đổ trực tiếp vào môi trường không qua xử lý hoặc xử lý có tính chất hình thức, nồng độ ô nhiễm vượt xa so với tiêu chuẩn dòng thải cho phép gây tác hại nghiêm trọng đến hệ sinh thái khu vực cũng như đối với sức khỏe cộng đồng dân cư xung quanh. Vì vậy việc đầu tư lắp đặt một hệ thống xử lý chất thải thích hợp là vô cùng cần thiết đối với một cơ sở mạ điện. Có nh­ vậy mới duy trì được vai trò quan trọng của công nghiệp mạ điện trong nền kinh tế quốc dân.Bản đồ án môn học
Chuyển đề công nghệ mạ điện này xin giới thiệu tổng quan về những khái niệm cơ bản về công nghệ mạ điện cùng các vấn đề môi trường có liên quan; các phương pháp xử lý nước thải mạ điện đang được áp dụng hiện nay và cuối cùng là những tính toán thiết kế sơ bộ hệ thống xử lý nước thải của dây chuyền mạ Crôm-Niken Nước thải sau khi xử lý đạt tiêu chuẩn loại B theo TCVN 5945 – 1995.


CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ MẠ ĐIỆN
I. KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ CÔNG NGHỆ MẠ ĐIỆN
1. KHÁI NIỆM
Công nghệ mạ điện là một ngành công nghệ bề mặt rất quan trọng với việc thay đổi bề mặt vật liệu. Mạ không chỉ nhằm bảo vệ kim loại nền khỏi ăn mòn, mà còn có tác dụng trang trí. Ngoài ra líp mạ còn có khả năng tăng độ cứng, độ dẫn điện, dẫn nhiệt . chính vì vậy mà mạ điện được áp dụng rộng rãi trong các nhà máy sản xuất công cụ, dụng cụ, thiết bị điên năng, ô tô, xe máy, xe đạp, dụng cụ y tế, các mặt hàng kim khí tiêu dùng
Về nguyên tắc vật liệu nền có thể là kim loại hoặc hợp kim, đôi khi còn là chất dẻo, gốm sứ hoặc composit. Líp mạ cũng vậy, ngoài kim loại và hợp kim ra nó còn có thể là composit của kim loại-chất dẻo hoặc kim loại-gốm. Tuy nhiên chọn vật liệu nền và vật liệu làm líp mạ còn tùy thuộc vào trình độ và năng lực công nghệ, tùy thuộc vào tính chất cần có ở líp mạ và giá thành. Xu hướng chung là dùng vật liệu do yêu cầu sản phẩm quy định, thông thường là những vật liệu tương đối rẻ, sẵn; còn vật liệu mạ đắt, quý hiếm nhưng chỉ là líp mỏng bên ngoài.
Mạ điện là quá trình điện kết tủa kim loại lên bề mặt nền một líp phủ có những tính chất cơ, lý, hóa đáp ứng được các yêu cầu mong muốn. Tuy nhiên để áp dụng cho quy mô công nghiệp thì yêu cầu quá trình mạ phải ổn định, sản phẩm mạ phải đáp ứng được yêu cầu chất lượng.
Ngoài ra, khi vận hành cần phải giữ điều kiện mạ ổn định bởi vì mọi biến động về nồng độ, về mật độ dòng điện, nhiệt độ, chế độ thủy động, . vượt quá giới hạn cho phép đều làm thay đổi tính chất líp mạ, làm giảm chất lượng.
2. Cơ chế của qúa trình mạ điện
Các phần chính của một bộ mạ điện gồm [1]:
(1) Dung dịch mạ gồm có muối dẫn điện, ion kim loại sẽ kết tủa thành líp mạ, chất đệm, các chất phụ gia.
(2) Catot dẫn điện, chính là vật cần được mạ.
(3) Anot dẫn điện, có thể tan hoặc không tan.
(4) Bể chứa bằng thép lót caosu, polypropylen, polyvinyclorua, .là các vật liệu chịu được dung dịch mạ.
(5) Nguồn điện một chiều, thường dùng để chỉnh lưu.


[TABLE]
[TR]
[TD][TABLE="width: 100%"]
[TR]
[TD]5

[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
+ - -
ne Nguồn 1 chiều ne
+ - -

[TABLE="align: left"]
[TR]
[TD][/TD]
[TD][/TD]
[TD][/TD]
[TD][/TD]
[TD][/TD]
[TD][/TD]
[/TR]
[TR]
[TD][/TD]
[TD="colspan: 2"][/TD]
[TD="align: left"][/TD]
[TD][/TD]
[TD="align: left"][/TD]
[/TR]
[TR]
[TD][/TD]
[TD="align: left"][/TD]
[/TR]
[TR]
[TD][/TD]
[/TR]
[/TABLE]


Chuyển dịch ion Líp mạ
Anốt 3 Catot Catot 2

[TABLE="align: left"]
[TR]
[TD][/TD]
[/TR]
[TR]
[TD][/TD]
[TD][/TD]
[/TR]
[/TABLE]


Bể chứa 4

[TABLE="align: left"]
[TR]
[TD][/TD]
[/TR]
[TR]
[TD][/TD]
[TD][/TD]
[/TR]
[/TABLE]


Hình 1.1 Sơ đồ của một hệ thống mạ điện [1]Ion kim loại M[SUP]n+[/SUP] trong dung dịch đến bề mặt catot (vật mạ) thực hiện phản ứng tổng quát sau để thành kim loại M kết tủa lên vật mạ:
M[SUP]n+[/SUP] + ne  M(1) (1)
M[SUP]n+[/SUP] có thể ở dạng ion đơn hydrat hóa, ví dụ, Ni[SUP]2+[/SUP].nH[SUB]2[/SUB]O, hoặc ở dạng ion phức, ví dụ [Au(CN)[SUB]2[/SUB]] [SUP]-[/SUP].
Anot thường là kim loại cùng loại với líp mạ, khi đó phản ứng anot chính là sự hòa tan nó thành ion M[SUP]n+[/SUP] đi vào dung dịch.
M - ne  M[SUP]n+[/SUP].(2) (2)
Nếu khống chế các điều kiện điện phân tốt để cho hiệu suất dòng điện của hai phản ứng (1) và (2) bằng nhau thì nồng độ ion M[SUP]n+[/SUP] trong dung dịch sẽ luôn không đổi. Một số trường hợp phải dùng anot trơ (không tan), nên ion kim loại được định kỳ bổ sung dưới dạng muối vào dung dịch, lúc đó phản ứng chính trên anot chỉ giải phóng oxy.
3. Phân loại
Tùy theo từng mục đích mà có thể chọn trong số các chủng loại líp mạ sau:- Líp mạ kim loại: Zn; Cd; Sn; Ni;, Cr; Pb; Ag; Au; Pt .- Líp mạ hợp kim: Cu-Ni; Cu-Sn; Pb-Sn; Sn-Ni; Ni-Co; Ni-Cr; Ni-Fe .- Líp mạ composít: là líp mạ kim loại có chứa các hạt rắn nhỏ và phân tán
- Líp m¹ kim lo¹i: Zn; Cd; Sn; Ni;, Cr; Pb; Ag; Au; Pt .
- Líp m¹ hîp kim: Cu-Ni; Cu-Sn; Pb-Sn; Sn-Ni; Ni-Co; Ni-Cr; Ni-Fe .
- Líp m¹ composÝt: lµ líp m¹ kim lo¹i cã chøa c¸c h¹t r¾n nhá vµ ph©n t¸n nh­ Al[SUB]2[/SUB]O[SUB]3[/SUB], SiC, Cr[SUB]2[/SUB]C­[SUB]2[/SUB], TiC, Cr[SUB]2[/SUB]N[SUB]2[/SUB], MoS[SUB]2[/SUB], kim cương, graphít Các hạt này có đường kính từ 0,5 đến 5m và chiếm từ 2 đến 10% thể tích dung dịch. Khuấy mạnh trong khi mạ để chúng bám cơ học, hóa học hay điện hóa lên catot rồi lẫn vào líp mạ.
4. Các yếu tố ảnh hưởng
Chất lượng líp mạ phụ thuộc vào nhiều yếu tè nh­ : nồng độ dung dịch và tạp chất; các phụ gia bóng, thấm ướt, san bằng; độ pH; nhiệt độ; mật độ dòng điện; hình dạng của vật mạ, của anốt, của bể mạ và chế độ thủy động của dung dịch.
II. THÀNH PHẦN DUNG DỊCH VÀ CHẾ ĐỘ MẠ
Dung dịch mạ giữ vai trò quyết định về tốc độ mạ, chiều dầy tối đa, mặt hàng mạ và chất lượng mạ, vì thế phải dùng loại hóa chất do hãng chuyên sản xuất và cung cấp vật tư riêng cho ngành mạ mới đảm bảo được các yêu cầu kỹ thuật. Dung dịch mạ thường là hỗn hợp khá phức tạp gồm ion kim loại mạ, chất điện ly và các loại phụ gia nhằm đảm bảo thu được líp mạ có chất lượng và tính chất mong