CHƯƠNG 1.Công nghệ mạ điện 1. Khái niệm Mạ điện là d ng phƣơng pháp điện phân để kết tủa trên lớp kim loại hoặc hợp kim m ng, để chống sự ăn m n, trang sức bề mặt, tăng t nh dẫn điện, tăng ch thƣớc, tăng độ cứng bề mặt [2]. Mạ điện là một trong nh ng phƣơng pháp r t có hiệu quả để bảo vệ kim loại kh i bị ăn m n trong môi trƣờng xâm thực và trong khí quyển. Các vật mạ điện có giá trị trang sức cao, ngoài ra c n có độ cứng, độ dẫn điện cao nên đƣợc áp dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực nhƣ sản xu t thiết bị điện, ô tô, môtơ, e đạp, dụng cụ y tế, các hàng kim khí tiêu dùng,.
Nguyên lý quá trình mạ điện [6] Mạ điện là một công nghệ điện phân. Trong quá trình mạ điện, vật cần mạ đƣợc gắn với cực âm (catot), kim loại mạ gắn với cực dƣơng (anot) của nguồn điện trong dung dịch điện phân. Cực dƣơng của nguồn điện sẽ hút các electron e- trong quá trình ôxi hóa và giải phóng các ion kim loại dƣơng, dƣới tác dụng lực tĩnh điện các ion dƣơng 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 đƣợc mạ. Độ dày của lớp mạ tỉ lệ thuận với cƣờng độ d ng điện của nguồn và thời gian mạ.
c Quá trình tổng quát là: 2 - Trên anot xảy ra quá trình hòa tan kim loại anot: n+ M – ne → - Trên catot xảy ra quá trình cation phóng điện trở thành kim loại mạ: Mn+ + ne → Thực ra quá trình trên xảy ra theo nhiều bƣớc liên tiếp nhau, bao gồm nhiều giai đoạn nối tiếp nhau nhƣ: quá trình cationhidrat hóa di chuyển từ dung dịch vào bề mặt catot (quá trình khuếch tán); cation m t lớp v hidrat, vào tiếp xúc trực tiếp với bề mặt catot (quá trình h p 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 trƣớc đó. ọi trở lực của các quá trình tr n đều gây nên độ phân cực catot (quá thế catot), tức là điện thế catot dịch về ph a âm hơn một lƣợng so với ở điều kiện cân b ng: ηc = φcb - φ = ηnđ + ηđh + ηkt Trong đó: ηc: quá thế tổng cộng ở catot φcb: điện thế cân b ng của catot φ: điện thế phân cực catot (đã có d ng i) ηnđ: quá thế nồng độ (phụ thuộc vào quá trình khuếch tán) ηđh: quá thế chuyển điện tích ηkt: quá thế kết tinh Do đó, điện kết tủa kim loại trên catot sẽ chỉ diễn ra hi nào điện thế catot dịch chuyển kh i vị trí cân b ng về phía âm một lƣợng đủ để khắc phục các trở lực nói trên. - Điều kiện xu t 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 gi a mật độ d ng điện catot Dc và mật độ dòng trao đổi i0: β = Dc / i0 3 TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM VIỆN MÔI TRƯỜNG ----------------- TRỊNH THÙY TRANG NGHIÊN CỨU CẢI THIỆN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI MẠ KIM LOẠI ĐỒNG VÀ TẬN THU KIM LOẠI CÓ TRONG LOẠI NƯỚC THẢI NÀY THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP HỆ ĐẠI HỌC CHÍNH QUY HẢI PHÒNG - 2015 TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM VIỆN MÔI TRƯỜNG ----------------- TRỊNH THÙY TRANG NGHIÊN CỨU CẢI THIỆN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI MẠ KIM LOẠI ĐỒNG VÀ TẬN THU KIM LOẠI CÓ TRONG LOẠI NƯỚC THẢI NÀY CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN: TS. NGÔ KIM ĐỊNH HẢI PHÒNG - 2015 LỜI CẢM ƠN Trong thời gian làm luận văn tốt nghiệp, em đã nhận đƣợc nhiều sự giúp đỡ, đóng góp ý kiến và chỉ bảo nhiệt tình của thầy cô giáo, bạn bè và gia đình.
Trƣớc tiên em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy TS. Ngô Kim Định đã tận tình giúp đỡ, chỉ bảo, hƣớng dẫn và tạo điều kiện để em hoàn thành tốt luận văn này. Em xin chân thành cảm ơn ban lãnh đạo và nhân viên phòng thí nghiệm Công ty TNHH Tân Thuận Phong đã tạo điều kiện giúp đỡ em trong quá trình làm luận văn. Cuối cùng em xin cảm ơn các thầy cô giáo trong Bộ môn Kỹ thuật môi trƣờng đã truyền đạt kiến thức, tạo điều kiện giúp đỡ em trong quá trình học tập và hoàn thành đề tài tốt nghiệp.
Trong quá trình làm luận văn, do iến thức và thời gian c n hạn chế n n hông thể tránh h i có nh ng sai sót, mong thầy cô và các bạn giúp đỡ để bài luận văn đƣợc hoàn thiện hơn. Em in chân thành cảm ơn Hải Ph ng, ngày 7 tháng 12 năm 2015 Sinh viên Trịnh Thùy Trang i MỤC LỤC MỘT SỐ TỪ VIẾT TẮT SỬ DỤNG TRONG ĐỀ TÀI. iv DANH MỤC CÁC BẢNG. iv DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ.Công nghệ mạ điện.
Nguyên lý quá trình mạ điện. Sơ đồ quy trình công nghệ mạ điện. Kim loại đồng. Dung dịch mạ đồng .3 Sơ đồ quy trình công nghệ mạ đồng.
Nƣớc thải mạ kim loại đồng. Nguồn phát sinh nƣớc thải mạ im loại đồng. Thành phần, t nh ch t của nƣớc thải mạ im loại đồng. Độc t nh một số hóa ch t sử dụng trong công nghệ.
Quy chu n Việt Nam về nƣớc thải công nghiệp. Tác động của nƣớc thải mạ kim loại đồng đối với môi trƣờng và cuộc sống con ngƣời. Vai trò của công nghệ xử lý nƣớc thải mạ kim loại đồng đối với môi trƣờng và con ngƣời. KẾT QUẢ NGHI N C U V THẢO U N.
Một số phƣơng pháp ử lý nƣớc thải mạ im loại đồng. àm sạch nƣớc thải b ng phƣơng pháp sử dụng hóa ch t để hử độc. àm sạch nƣớc thải yanua b ng phƣơng pháp hóa học. Làm sạch nƣớc thải kiềm-axit b ng phƣơng pháp hóa học.
Xử lý cation kim loại nặng trong nƣớc thải mạ kim loại đồng b ng phƣơng pháp ết tủa. Làm sạch nƣớc thải b ng phƣơng pháp điện hóa. Làm sạch nƣớc thải mạ kim loại b ng phƣơng pháp trao đổi ion. Làm sạch nƣớc thải b ng phƣơng pháp sinh học.
Công nghệ xử lý nƣớc thải mạ kim loại đồng. Sơ đồ công nghệ xử lý nƣớc thải mạ kim loại đồng. Thuyết minh quy trình. Ƣu, nhƣợc điểm của công nghệ.
Đề xu t phƣơng án cải thiện công nghệ. Tận thu kim loại có trong nƣớc thải mạ kim loại đồng. Mẫu nƣớc phân tích. Kết quả thực nghiệm.
Lợi ích từ việc tận thu. 47 iii CHƯƠNG 1.Công nghệ mạ điện 1. Khái niệm Mạ điện là d ng phƣơng pháp điện phân để kết tủa trên lớp kim loại hoặc hợp kim m ng, để chống sự ăn m n, trang sức bề mặt, tăng t nh dẫn điện, tăng ch thƣớc, tăng độ cứng bề mặt [2]. Mạ điện là một trong nh ng phƣơng pháp r t có hiệu quả để bảo vệ kim loại kh i bị ăn m n trong môi trƣờng xâm thực và trong khí quyển.
Các vật mạ điện có giá trị trang sức cao, ngoài ra c n có độ cứng, độ dẫn điện cao nên đƣợc áp dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực nhƣ sản xu t thiết bị điện, ô tô, môtơ, e đạp, dụng cụ y tế, các hàng kim khí tiêu dùng,. Nguyên lý quá trình mạ điện [6] Mạ điện là một công nghệ điện phân. Trong quá trình mạ điện, vật cần mạ đƣợc gắn với cực âm (catot), kim loại mạ gắn với cực dƣơng (anot) của nguồn điện trong dung dịch điện phân. Cực dƣơng của nguồn điện sẽ hút các electron e- trong quá trình ôxi hóa và giải phóng các ion kim loại dƣơng, dƣới tác dụng lực tĩnh điện các ion dƣơng 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 đƣợc mạ.
Độ dày của lớp mạ tỉ lệ thuận với cƣờng độ d ng điện của nguồn và thời gian mạ. c Quá trình tổng quát là: 2 - Trên anot xảy ra quá trình hòa tan kim loại anot: n+ M – ne → - Trên catot xảy ra quá trình cation phóng điện trở thành kim loại mạ: Mn+ + ne → Thực ra quá trình trên xảy ra theo nhiều bƣớc liên tiếp nhau, bao gồm nhiều giai đoạn nối tiếp nhau nhƣ: quá trình cationhidrat hóa di chuyển từ dung dịch vào bề mặt catot (quá trình khuếch tán); cation m t lớp v hidrat, vào tiếp xúc trực tiếp với bề mặt catot (quá trình h p 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 trƣớc đó. ọi trở lực của các quá trình tr n đều gây nên độ phân cực catot (quá thế catot), tức là điện thế catot dịch về ph a âm hơn một lƣợng so với ở điều kiện cân b ng: ηc = φcb - φ = ηnđ + ηđh + ηkt Trong đó: ηc: quá thế tổng cộng ở catot φcb: điện thế cân b ng của catot φ: điện thế phân cực catot (đã có d ng i) ηnđ: quá thế nồng độ (phụ thuộc vào quá trình khuếch tán) ηđh: quá thế chuyển điện tích ηkt: quá thế kết tinh Do đó, điện kết tủa kim loại trên catot sẽ chỉ diễn ra hi nào điện thế catot dịch chuyển kh i vị trí cân b ng về phía âm một lƣợng đủ để khắc phục các trở lực nói trên.