Sản xuất sạch hơn ngành mạ kẽm nhúng nóng
MÔN : NGĂN NGỪA Ô NHIỄM CÔNG NGHIỆP
Tiểu luận:
SẢN XUẤT SẠCH HƠN NGÀNH MẠ
KẼM NHÚNG NÓNG
GVBM: PGS.TS Lê Thanh Hải
HVTH: 1. Trần Lê Nhật Giang 1280100037
2. Nguyễn Phạm Huyền Linh 1280100056
3. Nguyễn Thanh Tùng 1280100089
Lớp : Quản Lý Môi Trường
Tp.HCM, tháng 06 năm 2013
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
VIỆN MÔI TRƯỜNG & TÀI NGUYÊN
Sản xuất sạch hơn ngành mạ kẽm nhúng nóng
MỤC LỤC
Contents
2
Sản xuất sạch hơn ngành mạ kẽm nhúng nóng
DANH MỤC BẢNG
DANH MỤC HÌNH
CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU
Hiện nay, Việt Nam đang trong giai đoạn công nghiệp hóa – hiện đại hóa nền
kinh tế. Dự kiến đến năm 2020, Việt Nam cơ bản trở thành một nước công nghiệp.
Theo đó, nhu cầu sử dụng kim loại và các sản phẩm từ kim loại sẽ ngày một tăng theo
nhằm đáp ứng cho công cuộc công nghiệp hóa – hiện đại hóa.
Tuy nhiên, lĩnh vực sản xuất các sản phẩm từ kim loại, trong đó có lĩnh vực xi
mạ, ẩn chứa những rủi ro nguy cơ gây ô nhiễm môi trường rất lớn. Do đó, việc phát
triển các ngành sản xuất kim loại đòi hỏi phải đáp ứng được nhu cầu, mặt khác cần
phải có các biện pháp giảm thiểu ô nhiễm môi trường phát sinh.
Mặc dù ứng dụng trong lĩnh vực sản xuất là rất lớn, ngành công nghiệp xi mạ
được xếp vào các ngành gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Do đó, nhiệm vụ sản

dù được tạo bằng phương pháp nào: mạ điện phân, mạ nhúng nóng, mạ phun thì yếu tố
quyết định đến tuổi thọ lớp Zn bảo vệ là độ dày lớp Zn được phủ.
Lớp phủ kẽm sau khi khô có hai chức năng bảo vệ chính:
- Thứ nhất là chức năng bảo vệ thụ động với lớp màng chắn bảo vệ kim loại
như các loại lớp phủ khác.
- Chức năng thứ hai là bảo vệ chủ động tức chức năng chống ăn mòn cathode
(Cathodic protection), chức năng này có ở lớp phủ bảo vệ bằng mạ kẽm nhúng nóng
(hot-dip galvanizing).
Bảo vệ cathode [1]là một phương pháp quan trọng để tránh ăn mòn, bản chất
của bảo vệ cathode là làm thay đổi phần tử của mạch ăn mòn, tạo nền một phần tử của
mạch ăn mòn mới và đảm bảo rằng kim loại nền trở thành phần tử cathode của mạch
này:
4
Sản xuất sạch hơn ngành mạ kẽm nhúng nóng
Khi kẽm và thép tiếp xúc với nhau
trong môi trường điện phân, sự chênh lệch
về điện thế sẽ gia tăng và tế bào điện phân
sẽ được hình thành. Kẽm có khả năng
điện hóa cao hơn thép. Do đó, kẽm sẽ trở
thành Anode để bảo vệ thép bên trong, nó
sẽ ngăn sự hình thành các vùng Anode và
Cathode trên bề mặt thép.
Do sự chênh lệch về điện thế bên trong tế
bào, các hạt electron mang điện tích âm
(-) sẽ dịch chuyển từ kẽm (Anode) sang
thép (Cathode), và nguyên tử kẽm ở
Anode sẽ chuyển thành các ion kẽm mang
điện tích dương (Zn++)
Tại bề mặt Cathode (-), các electron mang
điện tích âm sẽ thu hút và tác dụng với

tính chất cơ học của thép không bị ảnh hưởng bởi mạ kẽm;
-Vật liệu được nhúng hoàn toàn trong bể kẽm nóng chảy, do đó toàn bộ bề mặt
của sản phẩm có thể được phủ kẽm cùng 1 lúc, thích hợp cho nhiều phương án gia
công khác nhau;
1.2 Công nghệ mạ kẽm nhúng nóng
Quy trình mạ kẽm nhúng nóng bao gồm 03 bước cơ bản: chuẩn bị bề mặt, mạ
và kiểm tra.
6
Sản xuất sạch hơn ngành mạ kẽm nhúng nóng
Hình 1 Sơ đồ quy trình công nghệ mạ kẽm[1]Hình 1.
(1) Chuẩn bị bề mặt
Tẩy dầu mỡ: loại bỏ dầu mỡ và chất hữu cơ trên bề mặt chi tiết. Sử dụng dung
dịch Alkali nóng (pH < 7) hoặc dung dịch axit nhẹ (3 < pH <7).
Tẩy rỉ: loại bỏ rỉ sắt trên bề mặt bằng dung dịch axit HCl (150 – 200 mg/l) hoặc
H
2
SO
4
(80 – 120 mg/l).
Rữa: loại bỏ dung dịch tẩy rỉ còn dính trên bề mặt
Nhúng trợ dung: dùng dung dịch trợ dung ZnCl
2
(8 – 10%) và NH
4
Cl (18 –
20%).Dung dịch chuyển động loại bỏ lớp màng ô-xít hình thành trên bề mặt thép hoạt
động mạnh sau quá trình làm sạch bằng a-xít, và ngăn chặn sự ô-xi hóa thêm 2 giờ
trước khi mạ kẽm.
(2) Mạ kẽm
7

đất nước. Vật liệu tương ứng và công nghệ nhúng kẽm đã được áp dụng đúng lúc, đáp
ứng được các yêu cầu chống ăn mòn, nâng cao chất lượng và tuổi thọ cũng như độ an
toàn của các công trình kết cấu thép.
Một số ứng dụng của mạ kẽm nhúng nóng có thể được liệt kê như:
+ Viễn thông truyền hình : trạm BTS, cột anten, trụ anten,
+ Lĩnh việc điện lực: trạm biến áp, giá đỡ máy biến áp,…
+ Lĩnh vực giao thông: khung sườn ôtô, xe máy;…
+ Chiếu sáng đô thị như cột đèn, giá đỡ…
+ Công nghiệp chế tạo khác;
BAT
10
Sản xuất sạch hơn ngành mạ kẽm nhúng nóng
Hình 1. Sơ đồ công nghệ BAT
(1) Tẩy dầu mỡ
Sử dụng hỗn hợp Tricloroethylene (CHCl
3
) và Tetracloroethylene (CCl
4
) thay
thế cho alkali và axit yếu. Công nghệ này có thể tẩy sạch và khô nhanh chóng ngay khi
chi tiết rời khỏi dung dịch.Điểm bất lợi của công nghệ này là có thể ảnh hưởng đến
người vận hành trực tiếp khi bay hơi, đồng thời có thể đi vào trong nước mặt hoặc
nước ngầm[3].
Dùng hỗn hợp alkali nóng từ 50 – 90
0
C, bao gồm NaOH, khoáng carbonate,
silicate và phosphates, dung dịch này tẩy dầu mỡ thành dạng nhũ tương và dễ dàng tái
sử dụng bằng cách thu hồi lớp dầu nổi trên bề mặt[3].
Hệ thống tẩy dầu mỡ bằng biện pháp sinh học
11

0
C – 600
0
C sấy lên chi tiết cần mạ trước khi nhúng
vào kẽm, nâng nhiệt độ không khí trong các lỗ hổng của chi tiết. Qua đó hạn chế quá
trình dãn nở do nhiệt của không khí khi nhúng vào bể kẽm, làm giảm đáng kể lượng
kẽm văng trong bể nhúng. Phần khí nóng có thể tuần hoàn lại cho qua trình nấu chảy
kẽm, sấy khô[5].
Sau khi mạ kẽm, có thể nhúng vào bể Cromate hóa để ngăn chặn oxi hóa, tạo
thẩm mỹ cho chi tiết. Hóa trị Crom được khuyên dùng là Cr
3+
[3].
13
Sản xuất sạch hơn ngành mạ kẽm nhúng nóng
CHƯƠNG 2
VẤN ĐỀ Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG NGÀNH MẠ KẼM NHÚNG NÓNG
Các vấn đề ô nhiễm môi trường chính trong ngành bao gồm bụi, khí thải, nước
thải, chất thải rắn phát sinh trong từng công đoạn mạ kẽm được thể hiện qua hình sau:
Chi tiết thép
Tẩy dầu mỡ
Rửa
Tẩy gỉ (HCl, H
2
SO
4
)

Rửa
Nhúng trợ dung (ZnCl
2

kẽm phát sinh ra xỉ. Xỉ có thể được tận dụng để thu hồi kẽm bằng các biện pháp kỹ
thuật khác nhau
Hình 2. Qúa trình tái sử dụng kẽm
Theo sơ đồ này, trước tiên xỉ kẽm được tách ra khỏi thùng chứa kim loại, đập
đến kích thước càng nhỏ càng tốt (đường kính tương đương thường vào khoảng
10mm). Do tính giòn, dễ vỡ nên việc đập nhỏ thường được thực hiện khá dễ dàng.
Tiếp theo, xỉ đã đập nhỏ được cho vào bể, ngâm nước để hòa tan các chất tan, chủ yếu
là ZnCl
2
. Qúa trình này được thực hiện nhiều lần với dòng nước tuần hoàn nhằm mục
15
Sản xuất sạch hơn ngành mạ kẽm nhúng nóng
đích hòa tan triệt để ZnCl
2
trong chất thải. Dung dịch ZnCl
2
có nồng độ >20% (tỷ
trọng >1,2) được khử sắt bằng oxy già H
2
O
2
và dẫn qua bể lắng để lắng để tách các tạp
chất không tan. Thành phần cặn chủ yếu là Fe(OH)
3
, tuy nhiên khối lượng không nhiều
nên sẽ được tích lũy trong bể chứa và dùng để sản xuất bột màu. Còn dung dịch ZnCl
2
được đem đi cô đặc, kết tinh một lần hay nhiều lần tùy theo chất lượng sản phẩm
ZnCl
2

O dạng bột nhão, kẽm, sắt, chì ở dạng mảnh vụn, một ít hợp chất sắt II. Chì,
kẽm, sắt có kích thước lớn hơn muối kẽm nên được tách ra khỏi hỗn hợp một cách dễ
dàng bằng cách đãi và rửa nước, chúng sẽ được thu mua bởi các lò luyện kim màu và
đen. Còn 4ZnO. ZnCl
2
.nH
2
O có thể được chế biến thành sunfat kẽm (ZnSO
4
) bằng
cách hòa tan với dung dịch H
2
SO
4
trong thiết bị phản ứng có lắp cơ cấu khuấy. Phản
ứng như sau:
4ZnO. ZnCl
2
.nH
2
O + H
2
SO
4
-> ZnSO
4
+ ZnCl
2
+ (n+4)H
2

sunfuaric vào dung dịch kẽm saunfat để điện phân. Thực hiện điện phân với điện cực
catot bằng nhôm và anot bằng chì.
Hơi acid, hơi bazo, hơi kẽm phát sinh hầu hết từ quá trình tẩy dầu mỡ, tẩy gỉ,
nhúng trợ dung, nhúng kẽm gây độc hại đối với đường hô hấp của con người.
2.1.2 Biện pháp xử lý
16
Sản xuất sạch hơn ngành mạ kẽm nhúng nóng
Khí thải xi mạ gồm có: bụi, H
2
S, hơi acid, NO
x
, SO
x
, NH
3
…Do phân xưởng mạ
thường có rất nhiều hơi acid, do đó, thường sử dụng các biện pháp thông thoáng nhà
xưởng để thu hơi acid. Ngay tại mỗi bể mạ thường được đặt các chụp hút để hút hơi
acid và thiết kế các chụp hút nối với các đường ống và dẫn đến hệ thống xử lý khí thải.
Phương pháp hấp thụ thường được dùng để xử lý nước thải mạ vì:
• Phổ biến, đơn giản.
• Quá trình có hiệu suất xử lý cao.
• Chi phí đầu tư và vận hành hệ thống ở mức chấp nhận được.
- Định nghĩa: Hấp thụ là quá trình trong đó một hỗn hợp khí được cho tiếp xúc với
chất lỏng nhằm mục đích hòa tan chọn lọc một hay nhiều cấu tử của hỗn hợp khí để
tạo nên một dung dịch các cấu tử trong chất lỏng.
- Các giai đoạn hòa tan chất khí vào chất lỏng:
• Khuếch tán đến bề mặt chất lỏng hấp thụ;
• Hòa tan chất khí vào bề mặt chất hấp thụ;
• Khuếch tán chất khí đã hòa tan vào khối chất lỏng.

Hấp thụ SO
2
bằng nước là phổ biến nhất.
20
Sản xuất sạch hơn ngành mạ kẽm nhúng nóng
Quá trình hấp thụ gồm 2 giai đoạn:
• Hấp thụ bằng cách phun nước vào dòng khí thải hoặc cho khí thải đi qua lớp vật
liệu đệm có tưới.
• Giải thoát khí SO
2
ra khỏi chất hấp thụ để thu hồi SO
2
(nếu cần) và khí sạch.
Hấp thu kéo dài thì nồng độ của SO
2
trong nước tăng, hiệu nồng độ giảm, tốc độ hấp
thụ giảm dần.
Khi hấp thụ chất khí, các quá trình thường kèm theo tỏa nhiệt dẫn đến tốc độ hấp thu
giảm.
Cần làm mát dung môi tuần hoàn trước khi vào tháp hấp thu.
Từ những nhược điểm trên phương pháp hấp thụ SO
2
bằng nước chỉ áp dụng được
khi:
• Nồng độ ban đầu của khí SO
2
trong khí thải tương đối cao.
• Có sẵn nguồn nước lạnh.
• Có thể xả được nước có chứa ít nhiều axit ra ngoài sông ngòi.
Nếu khí thải có chứa khí SO

CO
3
hoặc K
2
CO
3
. Sau đó,
dung dịch được phục hồi bằng đun nóng trong tháp chân không, làm nguội và quay lại
hấp thụ H
2
S.
• Phương pháp photphat
Để hấp thụ H
2
S bằng phương pháp photphat người ta sử dụng dung dịch chứa 40-50%
photphat kali (K
3
PO
4
).
Ưu điểm: chỉ hấp thụ H
2
S.
2.1.3 Độc tính các chất thải nguy hại ngành mạ điện:
21
Sản xuất sạch hơn ngành mạ kẽm nhúng nóng
- Các chất axit HCl, H
2
SO
4

đậm đặc. Khi HNO
3
dính vào da cần lập tức xối rửa kỹ dưới vòi
nước lạnh và rửa bằng dung dịch soda1%.
- Các chất kiềm : NaOH, KOH, Ca(OH)
2
Là chất rắn màu trắng đục, dễ chảy rữa trong không khí, tác dụng ăn mòn mạnh và có
tên là xút ăn da. Cả chất rắn và dung dịch của xút là chất ăn mòn rất mạnh đối với tế
bào cơ thể và triệu chứng rất hiển nhiên. Gây bỏng rất sâu, rất khó lành và khi lành để
lại sẹo rất xấu. Tiếp xúc với dung dịch loãng lâu ngày cũng gây hư da, viêm da, không
khôi phục được. Hít phải dung dịch xút hoặc hơi xút làm gây đường hô hấp gây tổn
thương phổi. Khi bị bỏng bởi xút dùng vòi nước rửa sạch xút nhưng tránh làm hủy
hoại thêm vết thương. Nếu bị văng vào mắt thì phải rửa sạch bằng nước ấm trong
khoảng 15 phút sau khi sơ cứu phải đưa đi bệnh viện cấp cứu.
- Đồng và hợp chất của đồng: (CuCO
3
, CuSO
4
, CuCN )
Gây độc tính gây kích thích nhẹ , gây dị ứng nhẹ. Hit phải bụi của đồng sẽ gây ảnh
hưởng xấu gan và tụy và làm tổn thương tế bào phổi. Các muối đồng gây ra các kích
thích ngứa da và kết mạc do bị dị ứng. Oxit đồng hóa trị 1 còn gây kích thích ngứa mắt
và đường hô hấp trên những người tiếp xúc thường xuyên với đồng hợp chất của đồng
thường bị có hiện tượng mất màu của da. Người uống phải đồng sunfat sẽ bị ói mửa,
đau dạ dày, choáng , thiếu máu, vọp bẻ, co giật, hôn mê và có thể chết. Đồng có thể
gây ảnh hưởng đến thần kinh, thận, một vài trường hợp dẫn đến gan to.
- Chì và hợp chất của chì: (hơi chì, PbO, Pb
3
O
4

ứng chung cho những người tiếp xúc thường xuyên với muối niken là bị ngứa. Viêm
da thường xảy ra đối với những người mạ kền, đặc biệt dễ xảy ra ở môi trường có độ
ẩm và nhiệt độ cao, chủ yếu nơi thương tổn trên cơ thể là tay và cánh tay. Nikel
cacbonyl gây kích thích phổi và gây ra ngạt thở.
- Amoniac (NH
4
OH) và các hợp chất Amoni:
Là chất bay hơi giải phóng NH3 là chất có khả năng gây nổ và gây kích thích mạnh
cho mặt da và những nơi tiếp xúc, ăn mòn rất mạnh khi bị tiếp xúc phải rửa ngay bằng
nước sạch. Gây các bệnh về đường hô hấp, da, mắt và niêm mạc phổi. Dấu hiệu và
triệu chứng khi tiếp xúc là ngứa mắt, niêm mạc, sưng mí mắt, ngứa mũi, cổ họng, ho,
ói và khó thở các mụn nhỏ ở giác mạc mắt có thể xảy ra khi bị văng dung dịch
amoniac vào mắt
- Cc hợp chất Flo(NaSiF
6
, HF, NaF)
Các hợp chất Flo là các chất có độ độc cao. Thường bị nhiễm độc cấp tính thường xảy
ra khi tiếp xúc với HF. Những bệnh mãn tính xảy ra ở những công nhân làm việc trực
tiếp với flo thường bị bệnh xơ cứng mô do kết hợp của canxi trong xương với flo.
Răng bị đốm, xơ cứng gân, nhuyễn xương. Khi bị nhiễm độc mãn tính có thể bị giảm
cân, chán ăn thiếu máu, hư răng.
2.2 Nước thải
2.2.1 Nguồn gốc và tính chất nước thải
- Nguồn gốc:
• Quá trình tẩy rửa bề mặt chi tiết mạ
• Rửa sản phẩm mạ
• Vệ sinh bể mạ.
- Tính chất:
23
Sản xuất sạch hơn ngành mạ kẽm nhúng nóng

, Fe(CN)
2
… và gốc xyanua phức tạp như
[Cu(CN)
2
]
-
, [Cu(CN)
3
]
2-
, [Cu(CN)
4
]
3-
, [Zn(CN)
4
]
3-
. Vì có tính độc cao nên xyanua
(CN
-
) cần được xử lý để nồng độ không vượt quá 0,01mg/l.
Để khử Xianua, thường sử dụng các chất oxi hóa mạnh như nước Clo, natrihypoclorit
(NaOCl), hay Chlorua vôi CaOCl
2
, thuốc tím (KMnO
4
.), hydrogen peroxit (H
2

-
+ 4OH
-
+ 3Cl
2
CO
2
+ 6Cl
-
+ N
2
+ 2H
2
O
• Ozon hóa xianua:
CN
-
+

O
3
OCN
-
+ O
2
OCN
-
+ 2H
2
O

-
+ SO
2
+ N
2

- Các phương pháp xử lý nước thải có chứa crômat:
Nước thải xi mạ thuờng chứa axit crômic với hàm lượng cao hơn mức tiêu chuẩn cho
phép nhiều lần.
Dung dịch nước thải có chứa axit crômic có tính độc mạnh.
Để loại trừ ion crômat (Cr
6+
) phải khử chúng thành Cr
3+
và sau đó loại trừ chúng bằng
phương pháp kết tủa hydroxit hoặc trao đổi ion.
Để oxi hóa ion crômat người ta thường dùng các chất khử như FeSO
4
, Na
2
SO
3
,
NaHSO
3
,SO
2
. Tốt nhất là FeSO
4
.

Ca(OH)
2
, NaOH… pH tối ưu = 8 – 9,5.
Cr
3+
+ 3OH
-
= Cr(OH)
3
• Sử dụng sunfat sắt (t

= 20
0
C, pH = 7, lượng sunfat dùng lớn hơn 1,3 lần so với lý
thuyết)
Trong môi trường acid:
2CrO
3
+ 6FeSO
4
+ 6H
2
SO
4
= 3Fe
2
(SO
4
)
3

2
SO
3
2CrO
3
+ 3H
2
SO
3
= Cr
2
(SO
4
)
3
+ 3H
2
O
Thời gian khử hoàn toàn Cr
6+
phụ thuộc vào nồng độ của nó trong nước.
25