chuyên đề mạ điện công nghệ xử lý và bảo vệ bề mặt

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI
KHOA CƠ KHÍ
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ GIAO THÔNG
CHUYÊN ĐỀ MẠ ĐIỆN
CÔNG NGHỆ XỬ LÝ VÀ BẢO VỆ BỀ MẶT
NHÓM 4
Thực hiện:
1. Phạm Đình Quý
2. Nguyễn Trung Thành
3. Đinh Cao Thắng
4. Kiều Văn Thịnh
5. Lê Văn Thùy
Lớp: Công Nghệ Chế Tạo Cơ Khí K51
Giáo viên hướng dẫn: Vũ Minh Bằng
Hà Nội - 2013
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.
+ - -
ne Nguồn 1 chiều ne
+ - -
Chuyển dịch ion Líp mạ
Anốt 3 Catot Catot 2
Bể chứa 4
Hình 1.1 Sơ đồ của một hệ thống mạ điện [1]
Ion kim loại M
n+
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
n+
+ ne  M(1) (1)
M
n+
có thể ở dạng ion đơn hydrat hóa, ví dụ, Ni
2+
.nH
2
O, hoặc ở dạng ion
phức, ví dụ [Au(CN)
2
]
-
.
Anot thường là kim loại cùng loại với líp mạ, khi đó phản ứng anot chính là
sự hòa tan nó thành ion M
n+
đi vào dung dịch.
5
M - ne  M
n+
.(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
n+
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
2
O
3
, SiC, Cr
2
C
2
, TiC, Cr
2
N
2
, MoS
2
, 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
muốn.
1. Ion kim loại mạ.
Trong dung dịch chúng tồn tại ở dạng ion đơn hydrát hóa hoặc ion
phức nhưng nói chung ion kim loại mạ đều có nồng độ lớn (1 – 3 mol/l). Lý do là
để tăng giá trị của dòng điện giới hạn D
gh
, tạo điều kiện nâng cao hơn dải mật độ
dòng điện thích hợp D
c
cho líp mạ tốt. Dung dịch đơn thường dùng để mạ với tốc
độ cao cho vật liệu có hình thù đơn giản, còn dung dịch phức dùng cho trường hợp
cần có khả năng phân bố cao để mạ cho vật có hình thù phức tạp.
2. Chất điện ly.
Nhiều chất điện ly được đưa vào dung dịch với nồng độ cao để tăng
độ dẫn điện cho dung dịch mạ. Các chất này cũng có thể kiêm thêm vai trò chất
đệm, không chế pH luôn ổn định cho dù hydrô và ôxy thoát ra làm thay đổi độ axít
ở sát các điện cực.
3. Chất tạo phức.
Dùng chất tạo phức để làm cho điện thế kết tủa trở nên âm hơn nhằm
tránh hiện tượng tự xảy ra phản ứng hóa học giữa catốt và ion kim loại mạ. Ví dô
nh trường hợp mạ đồng lên sắt thép sẽ xảy ra phản ứng: Cu
Cu
2+
+ Fe  Cu + Fe

2+
Phản ứng này làm cho chất lượng líp mạ rất xấu, vừa xốp vừa dễ
bong. Nếu cho chất tạo phức vào để làm cho điện thế oxy hóa – khử của đồng trở
nên âm hơn của sắt thì khả năng xảy ra phản ứng nh trên không còn nữa.Chất tạo
phức thông dụng trong công nghệ mạ điện là ion xyanua, hydrôxít và sunfamát.
Chất tạo phức cũng có vai trò làm hòa tan anốt vì chúng ngăn cản được sự thụ
động anốt.
4. Phụ gia hữu cơ.
Nhiều loại chất hữu cơ được cho vào bể mạ với nồng độ tương đối
thấp nhằm làm thay đổi cấu trúc, hình thái và tính chất của kết tủa anốt. Việc lùa
chọn phụ gia hữu cơ phần lớn là dùa vào thực nghiệm. Các chất hữu cơ thường
dùng có khả năng hấp phụ lên bề mặt catốt và có trường hợp chất hữu cơ bị giữ lại
trong kết tủa.Một phụ gia hữu cơ tuy có ảnh hưởng đến nhiều tính chất của líp mạ,
nhưng dung dịch thường vẫn dùng đồng thời nhiều phụ gia vì cần đến tác dụng
tổng hợp của chúng.
5. Mật độ dòng điện catốt D
c
Trong quá trình mạ, mật độ dòng điện giữ vai trò rất quan trọng. Nếu
mật độ dòng điện rất thấp, tốc độ chuyển đổi điện tử trong các phản ứng điện cực
sẽ nhỏ, các nguyên tử mới hình thành có đủ thời gian gia nhập có trật tự vào mạng
tinh thể vì vây mạng lưới và câu trúc tinh thể được duy trì không bị biến dổi.Khi
tăng mật độ dòng điện lên, tốc độ phóng điện tăng nhanh, các nguyên tử kim loại
sinh ra ồ ạt không kịp gia nhập vào vị trí cân bằng trong mạng tinh thể. Mặt khác
do quá thế lúc đó lớn nên mầm tinh thể mới tiếp tục sinh ra. Do vây mà mạng tinh
thể trở nên mất trật tự và được thể hiện ra là líp mạ có nhiều líp, nhiều gợn sóng và
nhiều khối đa tinh.Nếu tiếp tục tăng mật độ dòng điện, tốc độ phóng điện quá
nhanh làm cho ion kim loại gần catốt quá nghèo gây ra hiện tượng kết tủa trên bề
mặt catốt sẽ sần sùi hoặc có hình nhánh cây.Để đạt được yêu cầu chất lượng thì
phải dùng dải mật độ dòng điện tương đối thấp. Phần lớn đều dùng nguồn điên một
chiều đã qua nắn dòng để mạ và giữ dòng điện không đổi vào catốt. Dải mật độ

thích hợp cho líp mạ tốt thường thấp hơn mật độ dòng giới hạn D
gh
khá nhiều. Do
đó, với một dòng điện nhất định, muốn nâng cao tốc độ mạ thì phải tìm cách tăng
D
gh
của nó lên. Có 3 cách tăng:
- Tăng nồng độ ion kim loại mạ.
- Tăng nhiệt độ
- Tăng chuyển động tương đối giữ catốt và dung dịch mạ.
III. Công Nghệ Mạ Điện
1. ĐIỀU KIỆN ĐỂ HÌNH THÀNH LỚP MẠ ĐIỆN
Mạ điện là một công nghệ điện phân. Quá trình tổng quát là:
-Trên anot xảy ra quá trình hòa tan kim loại anot :
M – ne → M
n+

-Trên catot xảy ra quá trình cation phóng điện trở thành kim loại mạ :
M
n+
+ ne → M
Thực ra quá trình trên xảy ra theo nhiều bước liên tiếp nhau, bao nhiều giai
đoạn nối tiếp nhau như: quá trình cation hidrat hóa di chuyển từ dung
dịch vào bề mặt catot (quá trình khuếch tán) ; cation mất lớp vỏ hidrat, vào
tiếp xúc trực tiếp với bề mặt catot (quá trình hấp 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
trước đó. Mọi trở lực của các quá trình trên đều gây nên một độ phân
cực catot, (quá thế catot ), tức là điện thế catot dịch về phía âm hơn một

lượng so với cân bằng :
η
c
= φ
cb
- φ = η
nđ
+ η
đh
+ η
kt
Trong đó :
η
c
: quá thế tổng cộng ở catot
φ
cb
: điện thế cân bằng của catot
φ: điện thế phân cực catot (đã có dòng i)
η
nđ
: quá thế nồng độ (phụ thuộc vào quá trình khuếch tán)
η
đh
: quá thế chuyển điện tích
η
kt
: quá thế kết tinh
Do đó, điện kết tủa kim loại trên catot sẽ chỉ diễn ra khi nào điện thế catot dịch
chuyển khỏi vị trí cân bằng về phía âm một lượng đủ để khắc phục các trở lực nói

trên.
2. GIA CÔNG BỀ MẶT TRƯỚC KHI MẠ.
Gia công chuẩn bị bề mặt trước khi mạ là công việc vất vả, tốn kém nhưng không
thể bỏ qua hoặc giảm bít vì nó quyết định chất lượng sản phẩm mạ. Nhiệm vụ
quan trọng nhất trong gia công bề mặt là lam sạch hết các líp gỉ, các màng oxít,
màng dầu mỡ, tạp chất trên bề mặt kim loại để tạo điều kiện cho líp mạ gắn chắc
với nền. Dưới đây xin giới thiệu một số khâu chính trong quá trình gia công bề mặt
trước khi mạ:
Đánh bóng cơ khí
Tẩy rửa điện hóa
Tẩy rửa hóa học
Rửa nớc
Tẩy điện hóa bằng
bể catốt và bể anốt
Rửa nớc
Hoạt hóa bề mặt
vật cần mạ
Rửa nớc
Chi tiết cần
mạ
Bt mi Bụi kim loi.
NaOH, Na
3
PO
4
, Na
2
SiO
2
Nc thi cha kim

NaOH, Na
2
CO
3
, Nc thi cha kim
Na
3
PO
4
, Na
2
SiO
2
Nc Nc thi cha kim
Dung dch axớt Nc thi cha axớt
Nc Nc thi cha axớt
H
2
SO
4
, HCl Nc thi cha axớt

Nc Nc thi cha axớt
Cụng on m
Hỡnh 1.2-S dõy chuyn gia cụng b mt trc khi m
Cỏc chi tit cn m c a vo b phn gia cụng c hc. Ti õy cỏc chi
tit cn m s c mi v ỏnh búng.
3. MT S CễNG NGH M THNG S DNG TRONG CễNG
NGHIP
2.1. Mạ đồng

Đồng ( Cu ) là kim loại dẻo, dễ đánh bóng. Trọng lượng riêng ở 20
o
C là 8,96 g/m
3
, trọng lượng nguyên tử là 63,54, nhiệt độ nóng chảy là 1083
o
C.
Điện thế tiêu chuẩn của Cu/Cu
2+
bằng +0,34V, của Cu/Cu
+
bằng +0,52V.
Đồng có điện thế dương hơn sắt, nên nó là líp mạ catốt đối với sắt thép cũng như
đối với kẽm, hợp kim của kẽm Lớp mạ đồng không thể bảo vệ bề mặt các kim
loại này khỏi ăn mòn điện hóa được mà chỉ bảo vệ chúng một cách cơ học.
Líp mạ đồng dễ đánh bóng đạt đến độ bóng rất cao, lại gắn bám tốt với các kim
loại khác như Ni, Cr, Ag cho nên đồng thường được dùng làm líp mạ lót cho
nhiều líp mạ khác. Líp mạ đồng còn được dùng để chống thấm cácbon cục bộ cho
các chi tiết máy khi nhiệt luyện. Mạ đồng cũng được dùng trong kĩ thuật in con
chữ, mạ trục in lõm, mạ ghép hình

Mạ đồng trong dung dịch điện môi SO
4
2-
- Tại cực dương:
Cu → Cu
2+
+ 2e
-
Cu

2+
+ SO
4
2-
→ CuSO
4
CuSO
4
dễ tan trong dung dịch,
- Tại cực âm
CuSO
4
→ Cu
2+
+ SO
4
2-
Cu
2+
+ 2e
-
→ Cu
* Mạ đồng trong dung dịch axit
Dung dịch axít để mạ đồng gồm các dung dịch sunfat, floborat, nitrat,
flosilicat, sunfamat và clorua. Chúng đều có thành phần đơn giản và làm việc ổn
định, dùng được mật độ dòng điện cao nhất là khi tăng nhiệt độ và khuấy mạnh
dung dịch. Thành phần chủ yếu của các dung dịch axit là muối của đồng với các
axit tương ứng. Khi mạ, ion Cu
2+
phóng điện trên catốt ở điện thế khá dương và Ýt

thay đổi khi tăng hay giảm mật độ dòng điện, vì vậy thường cho líp mạ có cấu trúc
tinh thể thô to nhưng líp mạ lại kín, chắc sít.Nhược điểm chung của các dung dịch
axit là khả năng phân bố thấp nên chỉ mạ cho vật có hình dạng đơn giản và đặc biệt
là không thể mạ trực tiếp đồng lên gang thép, hợp kim của kẽm và các kim loại có
điện thế âm hơn đồng.
Bảng 1.1- Các dung dịch mạ đồng sunfat [1]
Thành phần (g/l) dung dịch và chế
độ mạ
Dung dịch số
1 2 3
CuSO
4
.5H
2
O 200 - 250 180 - 240 240 - 250
H
2
SO
4
35 - 70 45 - 60 40 - 60
Chất bóng B-7211 3 - 5 ml/l - -
Chất bóng UBSA 1A - 1,5 - 2,5 ml/l -
Chất bóng LTI advangard - - 1-10 ml/l
Ion Cl
-
30 - 75 mg/l 28 - 80 mg/l 30 - 60 mg/l
Nhiệt độ,
o
C 18 - 30 24 - 40 15 - 25
D

c
, A/dm
2
2 - 7 3 - 6 2 - 6
D
a
, A/dm
2
< 2,5 1,5 - 3 -
Bảng 1.2- Các dung dịch mạ đồng floborat
Thành phần (g/l) dung dịch và chế
độ mạ
Dung dịch số
1 2 3
Đồng floborat : Cu(BF
4
)
2
35-40 220-230 450
Axit floboric: HBF 15-18 20-30 30
Axit boric: H
3
BO
3
15-20 15-16 30
Nhiệt độ,
o
C 15-25 60-70 20-40
D
c

, A/dm
2
<10 25-50 40
PH 1 1,2-1,7 0,2-0,6
* Mạ đồng từ dung dịch phức chấtDung dịch phức mạ đồng thường có
môi trường kiềm, đó là các dung dịch xyanua, pyrophotphat, etylendiamin Đồng
nằm trong ion phức thường là phức bền hoặc rất bền, nên khi phóng điện trên catốt
đòi hỏi nhiều năng lượng hơn. Do đó líp mạ thu được có tinh thể nhỏ, mịn, phủ kín
đều trên các vật có hình thù phức tạp. Đặc biệt là có thể mạ trực tiếp trên nền sắt
thép, kẽm, hợp kim của kẽm Nhưng dung dịch phức chất có hiệu suất dòng điện
thấp, ngưỡng mật độ dòng điên cho phép thấp nên tốc độ mạ chậm.
Do xianua rất độc hại với môi trường, nên ngày nay hầu hết các cơ sở đã
thay thế dung dịch xianua bằng các loại dung dịch mạ khác.
2.2. Mạ Niken
Niken là một trong những kim loại quan trọng nhất, thông dụng nhất trong
ngành mạ điện. Niken có màu trắng, ánh vàng, có nguyên tử lượng 58,7, trọng
lượng riêng là 8,9g/cm
3
, nhiệt độ nóng chảy là 1457
o
C. Niken tương đối mềm và
rất ổn định trong không khí. Điện thế chuẩn của Niken là -0,25V. Trong không khí
Niken dễ bị thụ động và điện thế trở nên dương hơn, lúc đó bề mặt Niken được phủ
một líp oxit máng trong suốt, kín khít rất bền vững. Nhờ vậy mà bề mặt của nó
luôn sáng bóng không bị mờ đi theo thời gian. Trong mọi môi trường, điện thế của
Niken đều dương hơn của thép, vì thế Niken là líp mạ catốt đối với thép và chỉ bảo
vệ tốt khi nó hoàn toàn kín. Thế nhưng líp mạ Niken vốn có nhiều lỗ hở, nhất là
khi líp mạ mỏng. Vì vậy để líp mạ đảm bảo được chức năng bảo vệ thì cần áp dụng
một trong các biện pháp sau:- Mạ dày: líp mạ được xem là kín khi chiều dày của
nó không nhỏ hơn 25

- Mạ lót đồng: vừa dẽ kín, vừa rẻ hơn. Chiều dày líp đồng không được quá
50% chiều dày tổng các líp mạ Mạ nhiều líp Niken chồng lên nhau để tăng độ kín
và hạn chế độ giòn của líp kền bóng dày Mọi líp mạ Niken chủ yếu được
dùng dưới dạng bóng sáng. Để tăng thêm tính trang sức hơn nữa thường mạ chồng
lên nó một líp crôm rất mỏng làm cho bề mặt có ánh xanh dịu, đồng thời lại cứng
hơn nên Ýt bị xây xát. Để líp mạ có sự bảo vệ thật tốt trên sắt thép, người ta mạ
nhiều líp Cu-Ni hoặc Cu-Ni-Cr.
Dung dịch mạ Niken
Mạ Niken có thể dùng các dung dịch sunfat, clorua, sunfamat,
floborat Nhưng thông dụng nhất vẫn là dung dịch sunfat.
Cấu tử chính của dung dịch sunfat là NiSO
4
.7H
2
O có độ hòa tan lớn. Các
dung dịch mạ hiện đại thường dùng nồng độ cao (> 300g/l) và thường làm việc ở
nhiệt độ cao ( 40-70
o
C ) để tránh Niken sunfat kết tinh trở lại. Chất đệm thông
dụng là H
3
BO
3
, nồng độ tốt nhất trong phạm vi 20-40g/l. Axit boric có tác dụng
điều chỉnh pH cả trong toàn khối dung dịch lẫn trong líp sát catốt. NaCl hay NiCl
2
cung cấp Cl
-
để chống thụ động anốt. Phụ gia tạo độ bóng có thể là các chất nh:
đường hóa học, cloramin B, 1-4 butadiol, formalin Chất chống rỗ thường dùng

là Natri ankysunfat hay các chế phẩm đặc biệt do các nhà chế tạo cung cấp.
Các dung dịch mạ Niken nếu sản xuất ổn định, tuân thủ đúng chế độ mạ,
thường xuyên làm sạch tạp chất có hại thì có thể sử dụng rất lâu mới phải thay.
Bảng 1.4- Các dung dịch mạ Niken Sunfat[1] [1]
Thành phần (g/l)
dung dịch mạ và chế
độ mạ
Dung dịch số
1 2 3 4 5 6
NiSO
4
.7H
2
O 300-350 260-300 90 250-300 260-300 280-300
NiCl
2
.6H
2
O 45-60 40-60 200 40-60 40-60 10-15
H
3
BO
3
30-40 35-40 40 30-40 30-40 25-40
1-4 butadiol 35%,
ml/l
- 0,2 0,2 0,1 - 0,5
Sacarin - 0,7-1,5 0,7-
1,5
- - -

Formalin 40%, ml/l - - - - 0,6-1 0,5-1
Aminobenzen - - - - 0,18- -
sunfamit 0,25
PH 1,4-4,5 4-4,8 4-4,8 4,3-5 4,3-5 4,5-5,5
D
c
, A/dm
2
2,5-10 4-6 4-6 2-6 2-7 2,5-3,5
Nhiệt độ,
o
C 45-65 55-60 55-
60
50-60 50-60 50-60
2.3. Mạ Crôm
Crôm là kim loại màu trắng bạc có ánh xanh; có độ cứng rất cao và chịu mài
mòn rất tốt. Khối lượng nguyên tử bằng 52,01; trọng lượng riêng bằng 7,2kg/cm
3
.
Nhiệt độ nóng chảy là 1750-1800
o
C. Theo điện thế tiêu chuẩn ( Cr/Cr
3+
= -0,7V) thì
nó thuộc các kim loại hoạt động, nhưng trong khí quyển bề mặt của Crôm được
sinh ra líp màng mỏng oxít rất kín, chắc, chống ăn mòn tốt làm cho Crôm giữ được
màu sắc và độ bóng rất lâu. Trong không khí Èm và trong môi trường oxy hóa,
Crôm có điên thế +02V, vì vậy Crôm là líp mạ catốt đối với sắt thép. Líp mạ Crôm
nhất thiết phải kín mới có thể bảo vệ được nền thép.
Ứng dông quan trọng của mạ Crôm là: mạ Crôm trang sức rất mỏng trong hệ

líp mạ bảo vệ-trang sức; Mạ Crôm bảo vệ chống ăn mòn nâng cao độ bền mòn cho
các dụng cụ cầm tay; Mạ Crôm cứng phục hồi chi tiết máy đã bị mòn. Líp mạ
Crôm làm việc tốt ở nhiệt độ cao (
≤
500
o
C ), có khả năng phản xạ ánh sáng tốt và
không bị mờ đi theo thời gian, có độ cứng rất cao ( 8000-10000 N/mm
2
) và không
hề bị suy giảm khi nhiệt độ làm việc chưa vượt quá 350
o
C. Líp mạ Crôm có hệ số
ma sát rất bé và có độ gắn bám tốt với thép, niken, đồng và hợp kim của đồng.
Nhưng mạ các kim loại khác lên Crôm thì rất khó bám do có líp oxít ngăn cản.
• Các dung dịch mạ Crôm
- Mạ Crôm từ dung dịch có anion SO
4
2-
.
Dung dịch chỉ gồm 2 cấu tử CrO
3
và H
2
SO
4
. CrO
3
có thể dùng với nồng độ
thay khổi trong một khoảng rất rộng từ 150-400 g/l vẫn không ảnh hưởng nhiều

đến dáng vẻ bên ngoài của líp mạ. Nồng độ lớn cho líp mạ Ýt cứng, hiệu suất dòng
điện và khả năng phân bố thấp. Nồng độ loãng cho líp mạ rất cứng, hiệu suất dòng
điện và khả năng phân bố cao. H
2
SO
4
được dùng để cung cấp anion hoạt hóa SO
4
2-
,
nồng độ H
2
SO
4
cao có su hướng cho kết tủa bóng, tinh thể nhỏ. Nồng độ thấp cho
kết tủa xám, kém chất lượng. Tỷ lệ nồng độ giữa hai cấu tử này tốt nhất là:
CrO
3
/H
2
SO
4
= 100/1; lúc đó líp mạ sẽ bóng sáng, cho hiệu suất dòng điện cao, khả
năng phân bố lớn.
- Mạ Crôm từ dung dịch có anion F
–
Mạ Crôm từ dung dịch chứa F
–
có những ưu điểm so với dung dịch chứa
SO

4
2-
là: có thể mạ ở nhiệt độ phòng; khả năng phân bố và khả năng mạ sâu tốt
hơn; ngưỡng D
c
tối thiểu thấp hơn; hiệu suất dòng điện cao hơn.
Líp mạ thu được từ dung dịch chứa anion F
-
có độ cứng thấp, độ đàn hồi cao
và có thể mạ bóng được.
Thành phần dung dịch và chế độ mạ nh sau:
CrO
3
300-400 g/l Nhiệt độ : 20-30
o
C
HF.2H
2
O 8-12g/l D
c
: 10 A/dm
2
Vì dung dịch chứa anion F
–
có tính ăn mòn cao nên bể chứa phải bọc lót
bằng chất dẻo. Anốt không dùng là chì mà phải dùng hợp kim Pb-Sb (6-8%) hay
Pb-Sn (4-6%).
- Mạ Crôm từ dung dịch có chứa các anion SO
4
2-

và SiF
6
2-
Dung dịch chứa đồng thời hai anion SO
4
2-
và SiF
6
2-
có tác dụng làm tăng
khoảng nhiệt độ và mật độ dòng điện cho líp mạ bóng lên; tăng khả năng phân bố
và trong một số trường hợp cụ thể còn tăng được năng suất mạ Crôm lên.
Điểm nổi bật chung của dung dịch này là thành phần của nó luôn ổn định
nhờ dùng dư các muối khó tan chứa các anion Êy. Thành phần tối ưu và chế độ mạ
của dung dịch này nh sau:
CrO
3
250-300 g/l Nhiệt độ : 55-65
o
C
CrSO
4
5,5-6,5 g/l D
c
: 40-100 A/dm
2
K
2
SiF
6

18-20 g/l
Còng nh dung dịch chứa F
–
, dung dịch này có tính ăn mòn mạnh, nên bể
chứa phải bằng chất dẻo, anốt phải dùng hợp kim Pb-Sn (5-10%)
Trong công nghiệp sản xuất phụ tùng xe đạp-xe máy, các chi tiết chủ yếu
được mạ 2 líp: líp trong là Niken, líp ngoài là Crôm. Hình 1.3 dưới đây xin giới
thiệu sơ đồ khối dây chuyền công nghệ mạ Crôm-Niken .
Đánh bóng cơ khí
Tẩy rửa điện hóa
Tẩy rửa hóa học
Rửa nớc
Tẩy điện hóa bằng
bể catốt và bể anốt
Rửa nớc
Hoạt hóa bề mặt
vật cần mạ
Rửa nớc
Mạ Niken bán bóng
Rửa thu hồi sau mạ
Mạ Niken lớp 2
Rửa thu hồi sau mạ
Mạ Niken bóng
Chi tiết cần mạ
Bt mi Bụi kim loi.
NaOH, Na
3
PO
4
, Na

2
SiO
2
Nc thi cha kim
NaOH, Na
2
CO
3
, Nc thi cha kim
Na
3
PO
4
, Na
2
SiO
2
Nc Nc thi cha kim
Dung dch axớt Nc thi cha axớt
Nc Nc thi cha axớt
H
2
SO
4
, HCl Nc thi cha axớt
Nc Nc thi cha axớt

Dung dch m
Niken. Nc thi cha axớt,

Ni
2+
Hi axớt
A
Röa thu håi sau m¹
Ho¹t hãa cr«m
M¹ Cr«m
Röa thu håi sau m¹
SÊy kh«
S¶n phÈm
Röa níc
A
Nước

Dung dịch Crôm
Dung dịch mạ Crôm
Hơi axít
Nước thải chứa axit,
Nước

NhiệtHơi hóa chất Cr
+6

Hình 1.3. sơ đồ khối dây chuyền mạ Cr-Ni có kèm dòng thải
2. Đặc tính của nước thải
Nước thải từ xưởng mạ điện thải ra có thành phần đa dạng, nồng độ
lại thay đổi rất rộng, pH cũng biến động mạnh từ axit đến trung tính hoặc kiềm.
Nước thải phân xưởng mạ thường được phân dòng thành 3 loại: nước thải kiềm-
axit, nước thải crôm, nước thải xyanua. Lí do phải phân ra như vậy vì :

+ Nước thải xyanua gặp nước thải axit hay nước thải mạ crôm(cũng có lẫn axit)
sẽ sinh ra khí HCN rất độc, làm ô nhiễm cả xưởng mạ lẫn bộ phận tiếp theo xử
lý nã.
+ Nước thải mạ crôm đặc xử lý dễ hơn khi pha loãng chóng.
Nước thải Crôm ngoài Cr
6+
còn có thể có các hoá chất khác nh: Fe
2+
,
Cu
2+
, Ni
2+
, Zn
2+
…H
2
SO
4
, HCl, HNO
3
, tạp chất hoá học, nồng độ tổng hợp các
chất dao động trong khoảng 30-300mg/l, pH=1-7.
Nước thải xyanua ngoài CN
-
còn có thể có phức xyanu kẽm, cadimi,
đồng…muối, mùn, chất bóng, chất hữu cơ. Tổng nồng độ của xyanua dao động
trong khoảng 5-300mg/l, pH>1 và chứa một Ýt tạp chất cơ học.
Nước thải kiềm-axit chứa các loại axit như: H
2

SO
4
, HCl, HNO
3
, HF…
chứa các loại kiềm như: NaOH, Na
2
CO
3
…, chứa các ion kim loại như: Fe
2+
,
Fe
3+
, Cu
2+
, Ni
2+
, Zn
2+
, Cd
2+
…các loại muối, pH dao động từ 1-10.
Ngoài ra, trong nước thải còn chứa các chất như dầu mỡ, chất huyền
phù, đất cát, gỉ sắt…Như vậy, nước thải xưởng mạ điện chứa rất nhiều các
thành phần khác nhau, nồng độ lại biến động trong khoảng khá rộng.Do đó, để
xử lý nước thải mạ điện phải dùng nhiều các phương pháp khác nhau, phù hợp
với từng loại nước thải và nồng độ tạp chất chứa trong nó. Việc chọn phương
pháp nào là tuỳ thuộc vào chỉ tiêu kinh tế- kỹ thuật cho phép, điều kiện môi
trường địa phương yêu cầu, nồng độ nước thải, nước xử lý với mục đích để

dùng lại cho sản xuất hay thải ra luôn môi trường. Tuy nhiên, chọn phương
pháp nào cũng phải đảm bảo theo đúng tiêu chuẩn cho phép của nhà nước.
CHƯƠNG 2
TÁC ĐỘNG TỚI MÔI TRƯỜNG
Công nghiệp mạ điện sinh ra nhiều chất thải độc hại, đặc biệt là kim loại
nặng, gây ô nhiễm môi trường xung quanh.
I. Khí thải
Trong công nghệ mạ điện, khí thải có thể phát sinh ra từ một số nguồn sau:
- Ở công đoạn gia công bề mặt trước khi mạ, các loại bụi kim loại nh bôi
Fe, Cu, CrO
3
và bôi silic phát tán ra ngoài do quá trình mài và đánh
bóng.
- Trong quá trinh tẩy dầu mỡ, hoạt hóa bề mặt cung làm phát sinh ra khí
thải chứa chủ yếu là hơi kiềm, hơi axit.
- Trong quá trình mạ, do công nghệ mạ Crôm, mạ Niken, dung dịch mạ
phải làm việc ở nhiệt độ cao, cường độ dung dịch ở bể mạ lơn, cùng với
quá trình sục khí trong các bể mạ đã làm bay hơi một lượng đáng kể các
hóa chất được sử dụng trong bể mạ, tạo ra khí ô nhiễm chứa các hơi axit,
các oxit kim loại như CrO
3
, NiO , hơi các chất hữu cơ sử dụng làm phụ
gia.
II . Chất thải rắn
Chất thải rắn sinh ra từ một số công đoạn sau:
- Trong công đoạn gia công và làm sạch bề mặt bằng phương pháp cơ học
chủ yếu sinh ra chất thải rắn là phoi kim loại.
- Trong công đoạn mạ điện, chất thải rắn được sinh ra là bùn lắng của các
bể trung hòa axit nhẹ và ở bể mạ. Lượng bùn này chứa các oxit, hyđrôxit
kim loại và một số kim loại.

- Lượng chất thải rắn đáng quan tâm hơn cả là bùn thải của hệ thống xử lý
nước thải mạ. Lượng bùn này tuy không lớn nhưng chúng chứa một
lượng lớn các chất ô nhiễm với nồng độ khá cao. Chủ yếu bao gồm các
kim loại nặng độc hại đã được sử dụng trong quá trình mạ như: Cr
6+
, Ni
2+
,
Zn
2+

Chất thải rắn từ quá trình sản xuất của công nghiệp mạ điện chứa rất nhiều
kim loại nặng và cả các chất độc hại khác. Vì thế, nó sẽ gây ô nhiễm đất và nguồn
nước ngầm nếu không được xử lý và chôn lấp cẩn thận. Các chất ô nhiễm có thể
theo chuỗi dinh dưỡng đi vào cơ thể người, gây ra những bệnh nguy hiểm.
III.Nước thải
Nước thải chính là vấn đề gây ô nhiễm môi trường đáng lo ngại nhất trong
công nghệ mạ điện. Toàn bộ quá trình mạ điện tiêu tốn một lượng nước tương đối
lớn bởi hầu hết mọi công đoạn trong dây chuyền mạ điện đều phải sử dụng đến
nước. Nước thải mạ điện chứa một lượng lớn kim loại và hóa chất độc hại, tác
động mạnh tới sức khỏe con người và hệ sinh thái.
- Nước thải sinh ra từ quá trình làm sạch bề mặt chi tiết trước khi mạ: Công
đoạn tẩy dầu mỡ thường sử dụng hỗn hợp các hóa chất như NaOH, Na
2
CO
3
,
Na
3
PO

4
hoặc dùng dung môi hữu cơ như: tricloetylen (C
2
HCl
3
), tetracloetylen
(C
4
Cl
4
) tetracloetan (C
2
H
2
Cl
4
) Vì vậy nước thải trong công đoạn này chủ yếu có
tính kiềm và chứa dầu mỡ. Công đoạn tẩy gỉ, hoạt hóa bề mặt thường sử dụng
dung dịch axít HCl, H
2
SO
4
nên nước thải trong công đoạn này mang tính axit và
chứa hàm lượng Fe
2+
khá cao. Tóm lại, nước thải sinh ra từ quá trình làm sạch bề
mặt trước khi mạ chủ yếu chứa dầu mỡ, kiềm, axit và Fe
2+
.
- Nước thải từ quá trình mạ chủ yếu là nước rửa các chi tiết sau khi mạ. Các

hóa chất có trong bể sẽ theo các chi tiết và giá treo đi vào nước thải. Tùy vào từng
dây chuyền công nghệ mạ mà các chất ô nhiễm trong nước thải mạ có thành phần
và nồng độ khác nhau:
Đối với mạ Crôm – Niken: nước thải có chứa các ion kim loại : Ni
2+
, Cr
6+
,
Cr
3+
, Fe
2+
và SO
4
2-
, Cl
-
, F
-

Đối với mạ đồng: nước thải có chứa các ion kim loại nh Cu
2+
, Fe
2+
và SO
4
-
,
F
-

, CN
-

3. Tác hại của các hóa chất phát sinh trong công nghệ mạ điện đến
cơ thể con người.
- Crôm và các hợp chất crôm: CrO
3
, Cr
2
O
3
, K
2
Cr
2
O
7
có hại cho gan, thận,
hệ thống tiêu hóa, tim mạch, da và các niêm mạc.
- KCN và NaCN dễ phân hủy trong không khí Èm khi có mặt CO
2
và tạo
thành HCN. Axit HCN cóng có thể thoát ra khi bất kỳ loại axit nào tác dụng với
các dung dịch xianua. Khi bị ngộ độc bởi hơi axit HCN sẽ rất khó thở, tê liệt, khó
ngủ, co giật, thậm chí ngừng thở và tử vong nếu quá nặng.
- Các Nitơ oxit được tạo thành khi tẩy kim loại bằng HNO
3
, khi bị ngộ độc
tức thời sẽ bị phù thũng, còn khi tiếp xúc thường xuyên sẽ gây tổn thương đường
hô hấp trên và răng.

- H
2
SO
4
và khí SO
2
làm tổn thương các niêm mạc và đường hô hấp, H
2
SO
4
gây bỏng da.
- Kiềm có tính ăn da mạnh, chúng ăn mòn da, mô tế bào và có thể gây bỏng
nặng tại đó.
- Các hợp chất Hyđrô cácbon clo hóa có tác dụng gây mê, gây tổn hại trong
cơ thể, nhất là gan; gây tổn thương niêm mạc cho đường hô hấp và cho da.
- H
3
PO
4
đặc biệt độc hại khi đun nóng. Hít phải không khí có lẫn chất này
lâu, niêm mạc mòi sẽ bị teo dần, chảy máu mòi, rạn vỡ răng.
- Các dung môi hữu cơ như benzen, toluen tác dụng lâu dài ở nồng độ vượt
quá giới hạn cho phép sẽ gây ra các bệnh kinh niên, làm rối loạn hệ thống tuần
hoàn và hệ thống thần kinh, gây tổn thương thận và các nội tạng khác.
- Muối của Niken gây viêm niêm mạc mòi, gây ra bệnh eczema ở da, khi bị
tác dụng lâu dài có thể mắc chứng hen xuyễn.
- Đồng và các hợp chất của đồng gây tác hại cho răng, niêm mạc, hại da, loét
dạ dày.
- Các hợp chất của kẽm độc với niêm mạc mòi, răng, lợi.
- Bôi kim loại gây viêm da, eczema, viêm niêm mạc mòi và họng, gây bệnh

bụi phổi.
Nồng độ giới hạn cho phép của các chất độc hại được quy định chặt trẽ trong
các tiêu chuẩn nhà nước. Theo TCVN 5938-1995 và 5939-1995 quy định:
Bảng 1.5- Nồng độ tối đa cho phép của một số chất độc hại trong không khí khu
vực sản xuất theo tiêu chuẩn Bộ Y tế - 3733/2002/QĐ - BYT
Chất độc hại Giới hạn cho phép
(mg/l)
Chất độc hại Giới hạn cho phép
(mg/l)
Cr và các hợp chất
của Cr
0,001 Dicloetan 0,05
Hơi xyanua 0,0003 Tricloetan 0,05
H
3
PO
4
0,003 Phenol 0,005
CO 0,02 H
2
S 0,01
HCl 0,01 SO
2
0,02
HF 0,001 N
2
O
3
0,005
HNO

3
0,002 ZnO 0,005
H
2
SO
4
0,002 Hg, Pb 0,00001
Cl
2
0,001 Xăng, dầu hỏa 0,3
CCl
4
0,05 Amoniac 0,02
Bảng 1.6- Nồng độ bụi tối đa cho phép trong không khí khu vực sản xuất theo tiêu
chuẩn Bộ Y tế - 3733/2002/QĐ - BYT
Bôi Nồng độ cho phép
( mg/m
3
)
Bôi Nồng độ cho phép
( mg/m
3
)
Al, hợp kim Al,
nhôm oxit
2 Pb và hợp chất Pb 0.01
Sắt oxit, hợp chất
Fe và Mn
4 CrO
3

, crômát hay
bicrômát
0,1
Cadimi, cadimi 0,1 Kẽm oxýt 5
oxýt
Coban oxýt 0,5 Bụi kiềm 0,5
Mangan 0,3
Kền và kền oxyt 0,5
Chương 3
CƠ SỞ LÝ THUYẾT CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI MẠ
ĐIỆN
Căn cứ vào đặc tính của nước thải nh đã nêu ở phần III ở trên thì theo lý
thuyết có những phương pháp xử lý nước thải nh sau
I . PHƯƠNG PHÁP HÓA HỌC
phương pháp hóa học làm sạch nước thải dùa trên các phản ứng oxy hóa-
khử; phản ứng trung hòa; phản ứng keo tụ, kết tủa làm cho các chất độc hại bị
phân hủy, chuyển hóa thành dạng Ýt độc hay không độc và tách khỏi nước thải.
Tủy theo lượng nước thải nhiều hay Ýt mạ tổ chức xử lý ngay tại chỗ hay xử lý
chung cho cả xưởng hoặc cả nhà máy, cũng như chọn thiết bị làm việc tuần hoàn
liên tục hay làm việc gián đoạn. Phương pháp hóa học tỏ ra khá ưu việt khi nồng
độ tạp chất chính trong nước thải tương đối lớn: từ 50-70 đến 200-1000 mg/l.
Phương pháp hóa học có khả năng khử hết các chất độc hại phức tạp, nhưng Ýt
nhạy với tạp chất hữu cơ, dầu mỡ, tạp chất cơ học Nước sau khi xử lý không
dùng lại ngay được, muốn dùng lại thì phải qua một lần xử lý nữa.
1 . Làm sạch nước thải xyanua bằng phương pháp hóa học.
Nguyên tắc: oxy hóa xyanua tù do và phức của nó thành hợp chất Ýt độc
hơn nh xyanat hoặc nitro và cacboníc. Nếu oxy hóa bằng natrihypoclorit thì phản
ứng xảy ra nh sau:
NaCN + NaOCl = NaCNO + NaCl
NaCNO + H

2
O = NaHCO
3
+ NH
3
2NaCNO + 3 NaOCl + H
2
O = 2CO
2
+ N
2
+ 2NaOH + 3 NaCl.