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

  • 55 trang
  • file .docx
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 được nhiều sự giúp
đỡ, đóng góp ý kiến và chỉ bảo nhiệt tình của thầy cô giáo, bạn bè và gia đình.
Trước tiên em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy TS. Ngô Kim Định
đã tận tình giúp đỡ, chỉ bảo, hướng 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
trường 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 luâ ̣n văn, do kiến thức và thời gian còn hạn chế nên
không thể tránh khoi có nhưng sai sót, mong thầy cô và các bạn giúp đỡ để bài
luâ ̣n văn được hoàn thiê ̣n hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hải Phòng, 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...............................................................................v
MỞ ĐẦU...............................................................................................................1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN.................................................................................2
1.1.Công nghệ mạ điện......................................................................................2
1.1.1. Khái niệm.............................................................................................2
1.1.2. Nguyên lý quá trình mạ điện................................................................2
1.1.3. Sơ đồ quy trình công nghệ mạ điện......................................................5
1.2.1. Kim loại đồng.......................................................................................8
1.2.2. Dung dịch mạ đồng..............................................................................8
1.2.3 Sơ đồ quy trình công nghệ mạ đồng....................................................11
1.3. Nước thải mạ kim loại đồng.....................................................................11
1.3.1. Nguồn phát sinh nước thải mạ kim loại đồng....................................11
1.3.2. Thành phần, tính chht của nước thải mạ kim loại đồng.....................12
1.3.3. Đô ̣c tính mô ̣t số hóa chht sử ddng trong công nghê ̣...........................12
1.3.4. Quy chuẩn Việt Nam về nước thải công nghiệp.................................16
1.3.5. Tác động của nước thải mạ kim loại đồng đối với môi trường và cuộc
sống con người.............................................................................................20
1.3.6. Vai trò của công nghệ xử lý nước thải mạ kim loại đồng đối với môi
trường và con người.....................................................................................21
CHƯƠNG 2. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN............................22
2.1. Một số phương pháp xử lý nước thải mạ kim loại đồng...........................22
2.1.1. Làm sạch nước thải bbăng phương pháp sử ddng hóa chht để khử đô ̣c
......................................................................................................................22
2.1.1.1. Làm sạch nước thải xyanua bbăng phương pháp hóa học.............23
2.1.1.2. Làm sạch nước thải kiềm-axit bbăng phương pháp hóa học.........28
2.1.1.3. Xử lý cation kim loại nặng trong nước thải mạ kim loại đồng
bbăng phương pháp kết tủa.........................................................................29
ii
2.1.2. Làm sạch nước thải bbăng phương pháp điện hóa...............................31
2.1.3. Làm sạch nước thải mạ kim loại bbăng phương pháp trao đổi ion......32
2.1.4. Làm sạch nước thải bbăng phương pháp sinh học...............................34
2.2. Công nghệ xử lý nước thải mạ kim loại đồng...........................................37
2.2.1. Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải mạ kim loại đồng...........................37
2.2.2. Thuyết minh quy trình........................................................................37
2.2.3. Ưu, nhược điểm của công nghệ..........................................................40
2.2.4. Đề xuht phương án cải thiện công nghệ.............................................40
2.3. Tận thu kim loại có trong nước thải mạ kim loại đồng.............................43
2.3.1. Mẫu nước phân tích............................................................................43
2.3.2. Kết quả thực nghiệm..........................................................................43
2.3.3. Lợi ích từ việc tận thu.........................................................................45
KẾT LUẬN.........................................................................................................46
TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................................47
iii
MỘT SỐ TỪ VIẾT TẮT SỬ DỤNG TRONG ĐỀ TÀI
TNHH Trách nhiệm hưu hạn
EU European Union
DANH MỤC CÁC BẢNG
Số bảng Tên bảng Trang
Bảng 1.1 Nguồn phát sinh nước thải mạ kim loại đồng 11
Bảng 1.2 Cách phân loại của EU về nồng độ axit clohydric 13
Bảng 1.3 Hệ số Kq ứng với lưu lượng dòng chảy của sông, suối, 17
khe, rạch, kênh, mương
Bảng 1.4 Hệ số Kq ứng với dung tích của nguồn tiếp nhận nước thải 17
là hồ, ao, đầm
Bảng 1.5 Hệ số lưu lượng nguồn thải Kf 18
Bảng 1.6 Giá trị của thông số ô nhi m trong nước thải công nghiệp 18
iv
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Số hình Tên hình Trang
Hình 1.1 Sơ đồ chung mô ̣t hê ̣ thống mạ điê ̣n 2
Hình 1.2 Sơ đồ chung quy trình công nghê ̣ mạ điê ̣n 5
Hình 1.3 Quy trình công nghệ mạ đồng 11
Hình 2.1 Sơ đồ công nghê ̣ làm sạch nước bbăng hóa chht 22
Hình 2.2 Thiết bị làm sạch nước thải theo chu kì, có hê ̣ tự đô ̣ng cân 25
đo và điều chỉnh
Hình 2.3 Sơ đồ công nghê ̣ làm sạch nước thải xyanua liên tdc 26
Hình 2.4 Sơ đồ xử lý nước thải mạ điện bbăng phương pháp kết tủa 31
Hình 2.5 Sơ đồ nguyên tắc làm sạch nước thải bbăng phương pháp 34
trao đổi ion
Hình 2.6 Sơ đồ công nghệ hệ thống xử lý nước thải mạ kim loại 37
đồng
Hình 2.7 Sơ đồ nguyên lý thiết bị trao đổi ion. 42
v
MỞ ĐẦU
Ô nhi m môi trường đang trở thành vhn đề chp bách của toàn nhân loại.
Song song với sự phát triển kinh tế, công nghiệp hóa – hiện đại hóa đang làm
hủy hoại môi trường. Việt Nam là một nước đang phát triển, đẩy mạnh công
nghiệp hóa – hiện đại hóa là rht quan trọng. Tuy nhiên do chưa thực sự được
quan tâm nên môi trường nước ta đang bị suy thoái nghiêm trọng.
Công nghệ mạ điện có vai trò rht quan trọng trong sự phát triển các ngành
công nghiệp, trong đó mạ kim loại đồng được đã ứng ddng rộng rãi ở nhiều lĩnh
vực như sản xuht linh kiện ô tô, đồ trang trí, chi tiết máy, … Tuy nhiên, xử lý
nước thải mạ kim loại đồng không phải là vhn đề đơn giản do nó có chứa hàm
lượng cao các muối vô cơ, ion kim loại nặng và có khoảng pH thay đổi rht rộng.
Hiê ̣n hay, tại hầu hết các cơ sở mạ điê ̣n, nước thải mạ không qua xử lý
được đổ trực tiếp ra ngoài môi trường gây ảnh hưởng xhu đến sức khoe người
dân xung quanh và làm suy thoái, giảm chht lượng môi trường. Vì vâ ̣y viê ̣c đầu
tư lắp đă ̣t hê ̣ thống xử lý nước thải mạ là vô cùng quan trọng. Có như vâ ̣y ngành
mạ điê ̣n nước ta mới thực sự phát triển bền vưng.
Bản luâ ̣n văn này giới thiê ̣u tổng quan công nghê ̣ mạ kim loại đồng và các
vhn đề môi trường liên quan, các phương pháp xử lý nước thải mạ kim loại đồng
hiê ̣n nay cùng với mô ̣t số đề xuht thay đổi công nghê ̣, cuối cùng là viê ̣c áp ddng
công nghê ̣ để tâ ̣n thu các kim loại có trong nước thải. Qua quá trình làm luận
văn, em đã được tìm hiểu, tiếp thu thêm kiến thức về lĩnh vực mạ kim loại đồng
và các vhn đề môi trường liên quan.
1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1.Công nghệ mạ điện
1.1.1. Khái niệm
Mạ điện là dùng phương pháp điện phân để kết tủa trên lớp kim loại hoặc
hợp kim mong, để chống sự ăn mòn, trang sức bề mặt, tăng tính dẫn điện, tăng
kích thước, tăng độ cứng bề mặt [2].
Mạ điện là một trong nhưng phương pháp rht có hiệu quả để bảo vệ kim
loại khoi bị ăn mòn trong môi trường xâm thực và trong khí quyển.
Các vật mạ điện có giá trị trang sức cao, ngoài ra còn có độ cứng, độ dẫn
điện cao nên được áp ddng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như sản xuht thiết bị
điện, ô tô, môtơ, xe đạp, ddng cd y tế, các hàng kim khí tiêu dùng,..
1.1.2. Nguyên lý quá trình mạ điện [6]
Mạ điện là một công nghệ điện phân. Trong quá trình mạ điện, vật cần mạ
được gắn với cực âm (catot), kim loại mạ gắn với cực dương (anot) của nguồn
điện trong dung dịch điện phân. 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 ddng 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.
Hình 1.1: ơ ồ chung mô ̣t h ̣ th́ng môa ôđ ̣n
Quá trình tổng quát là:
2
- Trên anot xảy ra quá trình hòa tan kim loại anot:
M – ne → Mn+
- Trên catot xảy ra quá trình cation phóng điện trở thành kim loại mạ:
Mn+ + ne → M
Thực ra quá trình trên xảy ra theo nhiều bước liên tiếp nhau, bao gồm
nhiều giai đoạn nối tiếp nhau như: quá trình cationhidrat hóa di chuyển từ dung
dịch vào bề mặt catot (quá trình khuếch tán); cation mht lớp vo hidrat, vào tiếp
xúc trực tiếp với bề mặt catot (quá trình hhp phd); 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 độ phân cực catot (quá thế catot), tức là điện thế catot
dịch về phía âm hơn một lượng so với ở điều kiện cân bbăng:
ηc = φcb - φ = ηnđ + ηđh + ηkt
Trong đó:
ηc: quá thế tổng cộng ở catot
φcb: điện thế cân bbăng của catot
φ: điện thế phân cực catot (đã có dòng i)
ηnđ: quá thế nồng độ (phd 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 di n ra khi nào điện thế catot
dịch chuyển khoi vị trí cân bbăng về phía âm một lượng đủ để khắc phdc các trở
lực nói trên.
- Điều kiện xuht 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 giưa mật độ dòng điện catot D c và mật độ dòng
trao đổi i0:
β = Dc / i 0
3
Mặt khác, theo phương trình Tafel:
η = a + b.log Dc
Do vậy, mọi yếu tố làm tăng phân cực catot đều cho lớp mạ có tinh thể
nho mịn, và ngược lại.
Các mầm tinh thể ban đầu mới xuht hiện được ưu tiên tham gia vào mạng
lưới tinh thể của kim loại nền ở vị trí có lợi nhht về mặt năng lượng. Đó là
nhưng chỗ tập trung nhiều nguyên tử láng giềng nhht, vì ở đó năng lượng dư bề
mặt lớn nhht, các mối liên kết chưa được sử ddng là nhiều nhht.
Nếu kim loại nền và kim loại kết tủa có chu trúc mạng khá giống nhau về
hình thái, kích thước thì chu trúc của kim loại nền được bảo tồn và kim loại kết
tủa sẽ phát triển theo chu trúc đó (chu trúc lai ghép (epitaxy)), xảy ra ở nhưng
lớp nguyên tử đầu tiên. Sau đó sẽ dần chuyển về chu trúc vốn có của nó ở nhưng
lớp kết tủa tiếp theo. Trường hợp này cho lớp kim loại mạ có độ gắn bám rht tốt,
xhp 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 chht hay chht hhp phd, thì sự lai ghép sẽ
không xảy ra. Đhy là một trong nhưng nguyên nhân gây nên ứng suht nội và làm
lớp mạ d bong.
- Thành phần chht điện giải
Chht 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. Chu 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 mong
không đều, rht d bị loi. Mặt khác dung dịch muối đơn cho hiệu suht dòng
điện cao, và càng cao khi mật độ dòng càng lớn. Do vậy loại dung dịch điện
phân thường được dùng để mạ nhưng chi tiết có hình thù đơn giản như dạng
thm, dạng hộp…
Dung dịch muối phức được tạo thành khi pha chế dung dịch từ các chu
tử ban đầu. Ion kim loại mạ sẽ tạo phức với các ligan thành ion phức, làm
cho hoạt độ của ion kim loại tự do giảm đi rht nhiều. Do đó, điện thế tiêu chuẩn
4
dịch chuyển về phía âm rht nhiều. Điều này giúp cho lớp mạ mịn, phủ kín, dày
đều… nên nó được dùng để mạ các chi tiết có hình thù phức tạp… Để tăng
độ dẫn điện cho dung dịch, thường pha thêm các chht điện giải trơ. Các chht 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 chht dẫn điện thường dùng là
Na2SO4, H2SO4, Na2CO3… Để ổn định pH cho dung dịch mạ, cần phải thêm vào
dung dịch chht đệm pH thích hợp để tạo môi trường thuận lợi nhht cho phản
ứng điện kết tủa xảy ra.
Các chht hoạt động bề mặt bao gồm các chht bóng (axit xitric, axit
trioxyglutaric…), các chht thhm ướt, chht chống thd động anot thường là nhưng
hợp chht hưu cơ, có tác ddng hhp phd lên bề mặt phân chia pha, tham gia vào
một số quá trình mong muốn, làm cho lớp mạ thu được có chht lượng tốt hơn.
1.1.3. Sơ đồ quy trình công nghệ mạ điện
Hình 1.2: ơ ồ quy trình c ng ngh ̣ môa ôđ ṇ
- Gia công cơ học
5
+ 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 nhiều cách để gia công cơ học: mài, đánh bóng (là quá trình mài
tinh), quay xóc đối với các vật nho, chải, phun tia cát hoặc tia nước dưới áp suht
cao.
- Tẩy dầu mỡ
Bề mặt kim loại sau nhiều công đoạn sản xuht cơ khí thường dính dầu mỡ,
dù rht mong 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 bbăng các cách
sau:
+ Tẩy trong dung môi hưu cơ (như tricloetylen C 2HCl3, tetracloetylen
C2Cl4, cacbontetraclorua CCl4…)
Ưu điểm: hòa tan tốt nhiều loại chht béo, không ăn mòn kim loại, không
bắt lửa.
Nhược điểm: sau khi dung môi bay hơi, trên bề mặt kim loại vẫn còn dính
lại lớp màng dầu mỡ rht mong khiến nó không sạch, cẩn phải tẩy tiếp trong dung
dịch kiềm.
+ Tẩy trong dung dịch kiềm nóng NaOH có bổ sung thêm một số chht nhũ
tương hóa (như Na2SiO3, Na3PO4…)
Đối với các chht hưu cơ có nguồn gốc động thực vật: tham gia phản ứng
xà phòng hóa với NaOH và bị tách ra khoi bề mặt.
Đối với nhưng loại dầu mỡ khoáng vật: bị tách ra dưới tác ddng nhũ
tương hóa của Na2SiO3.
+ Tẩy trong dung dịch kiềm bbăng phương pháp điện hóa, dưới tác ddng
của dòng điện, oxy và hydro thoát ra có tác ddng cuốn theo các hạt mỡ bám vào
bề mặt.
6
Cần sử ddng dung dịch kiềm 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
ddng lên bề mặt kim loại, nhưng rung động mạnh sẽ giúp lớp dầu mỡ tách ra d
dàng hơn.
- Tẩy gỉ
Tẩy gỉ hóa học cho kim loại đen thường dùng axit loãng H2SO4 hay HCl
hoặc hỗn hợp của chúng. Khi tẩy thường di n ra đồng thời 2 quá trình: hòa tan
oxit và kim loại nền.
Tẩy gỉ điện hóa là tẩy gỉ 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 rht sạch và hơi nhám nên lớp mạ sẽ gắn bám
rht tốt.
+ Tẩy gỉ catot sẽ sinh ra H mới sinh, có tác ddng khử một phần oxit.
Hydro sinh ra còn góp phần làm tơi cơ học màng oxit và nó sẽ bị bong ra. Tẩy gỉ
bbăng catot chỉ áp ddng cho vật mạ bbăng 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 nho, ít lỗ thủng và tạo ra tính chht 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 bbăng
và trở nên nhẵn bóng.
Cơ chế tẩy bóng hóa học cũng giống tẩy bóng điện hóa. Khi tẩy bóng hóa
học cũng xuht hiện lớp màng mong cản trở hoặc kìm hãm tác ddng xâm thực của
dung dịch với kim loại tại chỗ lõm.
- Tẩy nhẹ
Tẩy nhẹ hay còn gọi là hoạt hóa bề mặt, nhbăm lhy đi lớp oxit rht mong,
không nhìn thhy được, được hình thành trong quá trình gia công ngay trước khi
7
mạ. Khi tẩy nhẹ xong, chu trúc tinh thể của nền bị lộ ra, độ gắn bám sẽ tăng lên.
1.2. Công nghệ mạ kim loại đồng
1.2.1. Kim loại đồng
Đồng là kim loại màu đo, dẫn điện, dẫn nhiệt tốt, mềm, d đánh bóng,.
Trong không khí đồng không ổn định, d bị khí ẩm, khí CO 2, khí SO2 tạo thành
mạng oxit, hợp chht sunfua và đồng cacbonat tính kiềm [2].
Đồng có thế dương hơn sắt, nên nó là lớp mạ catot đối với sắt thép (cũng
như với kẽm, hợp kim kẽm,…). Vì thế lớp mạ đồng không thể bảo vệ bề mặt các
kim loại này khoi ăn mòn điện hóa được, mà chỉ bảo vệ chúng một cách cơ học,
tức là khi lớp mạ không có lỗ thủng, lỗ xốp mà thôi. Nếu có lỗ thủng trong lớp
mạ đồng thì không khí ẩm tại đó lập tức hình thành một vi pin ăn mòn Cu – Fe,
trong đó sắt thép (kim loại nền) là anot hòa tan và quá trình ăn mòn xảy ra rht
mạnh.
Vì nhưng lí do trên nên một khi muốn dùng lớp mạ đồng một cách độc lập
như mọi lớp mạ bảo vệ - trang sức khác nhht thiết phải qua các khâu gia công,
xử lý, hoàn thiện [3].
Đồng là lớp mạ lót quan trọng, khi mạ chi tiết nhôm, kẽm đúc, hàn thiếc,
hợp kim đồng thiếc,… thường mạ lót đồng để nâng cao độ bám chắc lớp mạ.
Lớp mạ đồng là lớp trung gian, nhưng chi tiết là sắt thép, kẽm đúc thường
mạ đồng – niken – crom, lớp đồng trung gian không lỗ xốp, nâng cao độ bền ăn
mòn. Lớp mạ đồng trên chht dẻo, nâng cao tính chịu nhiệt của chi tiết mạ, sử
ddng trong điều kiện khí hậu khắc nghiệt.
Mạ đồng còn được dùng để bảo vệ chi tiết khoi bị thhm than trong quá
trình nhiệt luyện. Mạ đồng đem oxi hóa sẽ có nhiều màu sắc đẹp. Mạ đồng dày
trên thép để tăng độ dẫn điện và tiết kiệm nguyên liệu đồng, mạ đồng trên bạc để
làm giảm ma sát [2].
1.2.2. Dung dịch mạ đồng
a. Dung dịch môa ồng sunfat
Chu tử chính của dung dịch sunfat chỉ có CuSO 4 và H2SO4. Ngoài ra còn
dùng thêm phd gia là chht hoạt động bề mặt hay chht bóng.
8
Chht làm bóng của dung dịch sunfat đồng gồm có 3 loại:
 Chht hoạt động bề mặt: polighicola, chht nhũ hóa OP,…
 Chht làm bóng chính: chủ yếu là chht làm bóng loại S, chu tạo như sau:
R-S-S-(CH2)SO3X, X là Na hoặc H.
 Chht làm bbăng: hợp chht có vòng tạp và chht nhuộm, có tác ddng làm
bbăng và bóng ở chỗ mật độ dòng điện thhp.
Mạ bóng sunfat đồng cần có gốc clo 20 – 80 mg/l nếu không khu vực
bóng hẹp, độ bóng giảm.
Tạp chht đối với dung dịch đồng sunfat là asen, antimon, mùn anot, các
chht hưu cơ tạo keo.
Thành phần dung dịch mạ đồng sunfat đơn giản, dung dịch ổn định, khi
làm việc không có khí độc hại. Dùng chht làm bóng thích hợp có thể thu được
lớp mạ bóng. Tuy nhiên, dung dịch có khả năng phân bố kém, kết tinh không
mịn, chi tiết là sắt thép mạ đồng cần phải mạ lót.
b. Dung dịch môa ồng floborat.
Thành phần dung dịch: Đồng floborat (Cu(BF4)2), axit floboric (HBF),
axit boric (H3BO3).
Dung dịch này cũng giống như dung dịch sunfat, có độ bền cao, lớp mạ
kín chắc, khả năng phân bố thhp, chỉ mạ cho các vật có hình dạng đơn giản.
Nhưng độ hòa tan của đồng floborat lớn nên cho phép dùng mật độ dòng điện
cao. Cũng như các dung dịch axit khác, dung dịch đồng floborat không thể mạ
trực tiếp lên sắt thép, hợp kim kẽm được, mà cần phải mạ lót kẽm hay đồng từ
dung dịch xyanua trước khi mạ trong dung dịch này.
Các dung dịch này có ưu điểm là anot tan ít tạo mùn. Nâng cao nồng độ
và khuhy dung dịch cho phép tăng ngưỡng trên của mật độ dòng điện catot [3].
Dung dịch floborat không dùng chht làm bóng, nhưng nếu cho vào một ít
CuSO4 hoặc chht làm bóng đồng anot có thể thu được lớp mạ bóng.
Tạp chht hưu cơ có thể làm lớp mạ giòn, biến màu, tiến hành xử lý bbăng
than hoạt tính.
c. Dung dịch môa ồng xyanua
9
Thành phần dung dịch: Cu(CN)2, Ca(CN)2 tổng, Ca(CN)2 tự do, KCN
tổng, KCN tự do, NaOH, KOH.
Dung dịch mạ đồng xyanua gồm 3 loại:
+ Dung dịch mạ đồng lót: khả năng phân bố tốt, hiệu suht dòng điện thhp,
chỉ để mạ lớp đồng mong, chủ yếu dùng để mạ lót nhưng chi tiết thép đúc.
+ Dung dịch mạ đồng xyanua hiệu suht cao: có hiệu suht dòng điện 100%,
tốc độ kết tủa nhanh, nhưng khả năng phân bố kém, khi mạ trên sắt thép hoặc
trên kẽm đúc cần mạ lót, dung dịch nhạy cảm với tạp chht. Do tốc độ kết tủa
nhanh, lớp mạ bóng nên được sử ddng rộng rãi.
+ Dung dịch mạ đồng xyanua có KNaC 4H4O6: nbăm giưa hai dung dịch
trên, không nhạy lắm với tạp chht, không cần mạ lót trên hợp kim kẽm đúc,
nhưng độ dày lớp mạ trung bình.
Dung dịch mạ đồng xyanua khả năng phân bố tốt, tốc độ kết tủa nhanh, d
khống chế dung dịch, được sử ddng rộng rãi. Nhưng dung dịch xyanua rht độc.
d. Dung dịch môa ồng pđrophotphat
Thành phần dung dịch:
+ Chu tử chính: CuSO4 hay Cu2P2O7 và K4P2O7 hoặc Na4P2O7.
+ Các chht bóng: axit trioxyglutaric, 2-mercaptotyazol, Na 2SeO3,axit
xitric,…
Ưu điểm: khả năng phân bố tốt, không độc, ăn mòn ít, lớp mạ mịn, có thể
mạ được lớp mạ dày.
Khuyết điểm: khi mạ trên sắt thép cần phải mạ lót. Độ nhớt dung dịch
cao, khó lọc, sau khi mạ thời gian dài muối photphat tăng làm tốc độ kết tủa
giảm. Ngoài ra giá thành đắt, xử lý nước thải khó khăn.
10
1.2.3 Sơ đồ quy trình công nghệ mạ đồng
Hình 1.3: Quy trình c ng nghệ môa ồng
1.3. Nước thải mạ kim loại đồng
1.3.1. Nguồn phát inh nnươc thải mạ ̣im loại đồng
Bang 1.1: Ngùn phat sđnh nớc thađ môa đmô loađ ồng
Công đoạn Chất thải phat sinh
Quay bóng ướt Nước thải axit, că ̣n thải kim loại
Tẩy dầu mỡ điê ̣n hóa Nước thải có đô ̣ axit cao hoặc kiềm
cao
Tẩy rỉ hóa học Nước thải có pH thhp, axit ăn mòn,
hàm lượng các muối sắt, đồng cao
Mạ đồng Nước thải chứa muối vô cơ cao, muối
đồng, muối amoni, soda, xyanua
11
1.3.2. Thanh phhǹn ttnh chht cca nnươc thải mạ ̣im loại đồng
Đă ̣c trưng chung của nước thải ngành mạ điê ̣n là chứa hàm lượng cao các
muối vô cơ và kim loại nă ̣ng. Tùy theo kim loại của lớp mạ mà nguồn ô nhi m
chính có thể là đồng, kẽm, crôm hoă ̣c niken và cũng tùy thuô ̣c vào loại muối
kim loại sử ddng mà nước thải có chứa các đô ̣c tố khác nhau như xyanua, muối
sunfat, crômat, amonium. Trong nước thải xi mạ thường thhy sự thay đổi pH rht
rô ̣ng từ rht axit (pH=2–3) đến rht kiềm (pH=10-11). Các chht hưu cơ thường có
rht ít trong nước thải xi mạ, phần đóng góp chính là các chht tạo bóng, chht hoạt
đô ̣ng bề mă ̣t,… nên chỉ số COD, BOD của nước thải mạ điê ̣n thường nho và
không thuô ̣c đối tượng xử lý. Đối tượng xử lý chính trong nước thải mạ điê ̣n là
các ion vô cơ mà đă ̣c biê ̣t là muối kim loại nă ̣ng như crôm, niken, đồng, kẽm,
xyanua, crômat, sắt,… [1].
Nước thải từ quá trình mạ chủ yếu là nước rửa các chi tiết sau khi mạ. Các
hóa chht có trong bể sẽ theo các chi tiết và giá treo đi vào nước thải.
Đối với mạ đồng, nước thải có chứa các ion kim loại như: Cu 2+, Fe2+,… và
SO42-, F-, CN-,…
Ngoài ra, do đồng sử ddng để pha hóa chht trong công nghê ̣ mạ điê ̣n
thường có lẫn mô ̣t số thành phần kim loại khác như: vàng (Au), bạc (Ag), sắt
(Fe), niken (Ni),…nên trên thực tế, nước thải mạ đồng có chứa các kim loại này
ở dạng hợp chht hòa tan.
1.3.3. Đô ̣c ttnh môṭ ố hha chht d̉ng trong công nghê ̣
- Axit sunfuric (H2SO4): được sử ddng trong công đoạn làm sạch vật cần
mạ bbăng phương pháp hóa học, điện hóa; công nghệ mà đồng từ dung dịch
sunfat.
+ Axit sunfuric là chht long, trong, sánh như dầu, không bay hơi. H 2SO4
98% có tỷ trọng D = 1,84g/cm 3, nặng ghp 2 lần nước. H 2SO4 đặc rht hút ẩm, tan
vô hạn trong nước và toa nhiều nhiệt.
+ H2SO4 đậm đặc (98%) rht háo nước nên khi gặp gihy vải sẽ hút nước
mãnh liệt gây ra phản ứng cháy, khi tiếp xúc với da thịt sẽ gây bong một cách
nghiêm trọng. Bản chht của việc bong là do axit sunfuric hoạt động hóa học
mạnh với các chht hưu có trên có thể người. Do tính chht oxy hóa mạnh nên khi
12