LỜI CẢM ƠN
Tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy Hoàng Đông Nam.
Nhờ sự hướng dẫn tận tình của Thầy đã giúp tôi vượt qua những khó khăn để
hoàn thành đề tài này.
Tôi xin chân thành cám ơn các quý Thầy Cô Bộ môn Công nghệ Hóa
Vô Cơ đã truyền đạt cho tôi những kiến thức, những kinh nghiệm quý báu
trong suốt thời gian học tập ở trường.
Tôi xin chân thành cám ơn các quý Thầy Cô thuộc Bộ môn Hóa phân
tích, trung tâm nghiên cứu đề tài trọng điểm Quốc gia & Polyme, Viện Khoa
học Công nghệ và môi trường đã giúp tôi hoàn thành đề tài này.
Tôi xin chân thành cám ơn mẹ tôi, gia đình tôi đã động viên tôi về mọi
mặt trong suốt quá trình làm đề tài .
Cám ơn các bạn lớp HC02VS đã cho tôi những lời khuyên, những lời
động viên vô cùng quý báu.
Mai Thò Tuyết Nhung.
LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay vật liệu kim loại vẫn đang chiếm vò trí quan trọng nhất trong nền
kinh tế quốc dân, do chúng có hoạt tính cao nên dễ bò môi trường tác động làm phá
hủy dần từ ngoài vào trong, kết quả là tạo ra những lớp rỉ trên bề mặt kim loại gây
thiệt hại lớn về chi phí bảo dưỡng, thay thế vật liệu. Đặc biệt hậu quả của ăn mòn
là gây ô nhiễm môi trường và mất cân bằng sinh thái.
Việt Nam là đất nước có khí hậu nóng, ẩm, tỷ lệ sử dụng kim loại còn cao vì
vậy thiệt hại ăn mòn là rất cao.
Vấn đề được đặt ra hiện nay, là tìm cách ngăn chặn sự hình thành rỉ trên bề
mặt kim loại và các hợp kim của sắt. Có rất nhiều cách, một trong những phương
pháp được xem là hiệu quả là phủ trên bề mặt kim loại một lớp mạ. Nhưng trước
khi mạ, ta cần phải loại bỏ lớp rỉ để lớp mạ được bám dính tốt. Để loại lớp rỉ,
thường các nhà máy cán thép sử dụng hóa chất để tẩy rỉ. Hóa chất được dùng phổ
biến nhất là các axit vô cơ như: HCl, H
2
SO

K
= V
O
.X
2

V
K
: tốc độ ăn mòn ở độ ẩm bất kỳ.
V
O
: tốc độ ăn mòn khi độ ẩm tương đối 100%.
X: độ ẩm tương đối. [3]
Độ ẩm chỉ là điều kiện cần nhưng chưa đủ. Ngay trong một môi trường rất
ẩm, các bề mặt sạch, không nhiễm bẩn đặt trong không khí không ô nhiễm chỉ bò
ăn mòn với tốc độ tương đối thấp. [2]
1.1.1.2 Các chất ô nhiễm. [2]
Các chất ô nhiễm làm gia tăng ăn mòn trong khí quyển do tăng tính chất dung
dòch điện ly và tăng độ ổn đònh của lớp màng nước ngưng tụ từ khí quyển.
SO
2
là một chất ô nhiễm thường gặp, khi hấp thu trong lớp nước bề mặt sẽ tạo
ra H
2
SO
4
làm tăng đáng kể tốc độ ăn mòn của thép cacbon trong khí quyển.
Khi không có SO
2
, lớp sản phẩm ăn mòn có tính bảo vệ nên tốc độ ăn mòn

crit
của một số loại muối và ảnh hưởng ăn mòn khí
quyển của chúng trên thép cacbon được trình bày trong bảng.
Bảng 1.1 Độ ẩm tương đối tới hạn RH
crit
của một số loại muối
Muối sử dụng RH
crit
Độ ẩm tương đối, %
100 90 80 70 60 50
Na
2
SO
4
.10H
2
O
KCl
NaCl
NaNO
3
NaNO
2
NaBr.2H
2
O
NaI.2H
2
O
LiCl.H

bình thường sẽ giữ tốc độ ăn mòn tương đối thấp nhưng có thể làm tăng sự ngưng tụ
màng nước trên bề mặt dẫn đến tăng ăn mòn. Việc phơi ngoài ánh sáng mặt trời sẽ
làm tăng nhiệt độ và sấy khô bề mặt dẫn đến giảm ăn mòn. Do đó bề mặt che phủ
thường bò ăn mòn nhanh hơn bề mặt phơi nắng trực tiếp.
Sự kết hợp của độ ẩm cao, nhiệt độ trung bình cao và sự có mặt của các chất
ô nhiễm công nghiệp hoặc muối biển mang theo trong không khí sẽ làm tăng tốc
độ ăn mòn trong khí quyển. Do đó tốc độ ăn mòn cao nhất trong các vùng biển
nhiệt đới hoặc bán nhiệt đới. Thiếu một trong các yếu tố trên thì tốc độ ăn mòn sẽ
thấp.
1.1.2 Cơ chế hình thành rỉ sắt
Sắt bò rỉ khi tiếp xúc đồng thời với oxi và hơi ẩm của không khí. Rỉ sắt là quá
trình ăn mòn có tính điện hóa, cơ chế của nó giống với cơ chế của quá trình oxi
hóa - khử xảy ra ở trong pin điện. Một điểm ở trên bề mặt của sắt thép có thể là
điện cực âm, tại đó xảy ra quá trình oxi hóa sắt, electron từ sắt chuyển đến một
điểm khác ở trên bề mặt của sắt là điện cực dương, tại đó xảy ra quá trình khử oxi
của không khí:[6]
không
khí
màng nước
điện cực âm
điện cực
dương
electron
sắt thép
Fe(r) - 2e Fe (dd)
2+
2
2
Không khí khô hoặc ẩm, thép hoặc sắt sẽ tạo thành một màng oxýt rất mỏng
bao gồm lớp bên trong là oxýt sắt từ, Fe

O =
2FeOOH). Các lỗ xốp trong oxýt sắt từ được làm đầy bằng nước ngưng tụ và sản
phẩm ăn mòn không tan. Do đó lớp oxýt sắt từ sẽ có tính bảo vệ trong môi trường
hơi nước không ô nhiễm.[2]
Không khí xung quanh thường chứa một lượng SO
2
, chất này phản ứng với
nước và oxy hòa tan để tạo H
2
SO
4
trong các lỗ xốp, dẫn đến phản ứng hòa tan một
phần màng oxýt tạo thành FeSO
4
. Muối này bò thủy phân sẽ cung cấp thêm môi
trường axit, làm cho màng oxýt dễ hòa tan hơn, mở rộng lỗ xốp trong oxýt sắt từ và
cho phép dung dòch điện ly thâm nhập dễ dàng vào bề mặt kim loại nền. Ngoài ra
FeSO
4
còn là chất hút ẩm, sẽ hấp thu nước từ khí quyển và làm tăng tốc độ ăn mòn
khi độ ẩm lớn hơn độ ẩm tới hạn.[2]
Phản ứng anốt hòa tan sắt xảy ra dưới lớp oxýt sắt từ Fe
3
O
4
.
Fe
→
Fe
2+

2
O
Phản ứng khử catốt là:
8FeOOH + Fe
2+
+ 2e
→
3Fe
3
O
4
+ 4H
2
O
trong đó Fe
3+
trong gỉ FeOOH bò khử thành Fe
2+
trong Fe
3
O
4
ở bề mặt tiếp xúc
hai pha. Oxy khí quyển xâm nhập ngang qua các vết nứt trong lớp gỉ có thể oxy
hóa Fe
3
O
4
trở lại thành gỉ.
3Fe

Tẩy rỉ thường tiến hành ngay sau khâu tẩy dầu mỡ để khử hết màng oxyt, lớp
rỉ và các hợp chất hóa học khác sinh ra trên bề mặt kim lọai, tạo điều kiện cho lớp
mạ bám chắc trực tiếp với bề mặt nền.[4]
Quá trình tẩy rỉ có thể thực hiện bằng các cách:
 Tẩy rỉ hóa học.
 Tẩy rỉ điện hóa.
 Tẩy rỉ cơ học.
1.2.2.1 Tẩy rỉ hóa học. [4]
Lớp rỉ trên kim loại đen có thể dày đến 0.01
÷
0.1mm, bao gồm các chất
FeO, Fe
3
O
4
và Fe
2
O
3
. Tẩy rỉ cho kim loại đen thường dùng axit sunfuric hoặc axit
clohydric, đôi khi dùng hỗn hợp cả hai axit ấy. Khi tẩy bao giờ cũng xảy ra hai quá
trình hòa tan rỉ và hòa tan kim loại. Ví dụ: tẩy trong axít sunfuric sẽ xảy ra như sau:
Fe
2
O
3
+ 3H
2
SO
4

+ H
2
.
Fe
2
(SO
4
)
3
+ Fe
→
3FeSO
4
.
Tẩy trong HCl quá trình hòa tan rỉ là chính. Tẩy trong H
2
SO
4
quá trình hòa tan
sắt là chính, nhưng rỉ vẫn được làm sạch là do bọt hydrô thoát ra, kéo rỉ bay khỏi
mặt kim loại, đồng thời hydrô sinh ra sẽ khử Fe
2
O
3
và Fe
3
O
4
là những chất khó tan
trong axit thành FeO dễ tan trong axit hơn nên bề mặt kim loại vẫn được làm sạch.

tùy tính chất và độ dày của lớp rỉ.
Khi tẩy thường cho thêm chất ức chế vào dung dòch để hạn chế sự hòa tan kim
loại nền, giảm lượng axit tiêu phí, tránh cho kim loại không bò giòn hydrô, cải thiện
điều kiện làm việc, nhưng không ảnh hưởng đến tốc độ tẩy rỉ. Chất ức chế bảo vệ
được kim loại là do chúng bò hấp phụ lên mặt kim loại làm tăng quá thế hydrô nên
hydrô không thoát ra và quá trình hòa tan kim loại bò kìm hãm. Nhiệt độ cao, tác
dụng của chất ức chế càng giảm cho nên dung dòch không được quá 25
÷
30
o
C.
Chất ức chế dùng trong dung dòch H
2
SO
4
tốt nhất là các chất có chứa quinôlin,
tiôurê, tiodiglycol và naphtylamin. Chất ức chế dùng trong dung dòch HCl là
urôtrônin, butylamin cao phân tử.
1.2.2.2 Tẩy rỉ điện hóa. [4]
Có thể dùng phương pháp điện phân để tẩy rỉ cho kim loại. Kim loại tẩy có
thể mắc thành anôt hoặc catôt. Khi tẩy anôt kim loại sẽ hòa tan, rỉ sẽ bong ra nhờ
oxy thoát ra và đẩy nó rời khỏi mặt kim loại. Dung dòch tẩy là axít hoặc muối của
nó. Khi tẩy catôt, tác dụng hóa học của axit sẽ giảm đi do hiện tượng phân cực
nhưng hydrô thoát ra sẽ khử oxyt kim loại, đồng thời sẽ làm bong oxyt khỏi mặt
kim loại. Dung dòch cũng có thể là axit hoặc muối.
Ưu điểm: nhanh, ít tốn axit, làm việc nhẹ nhàng, có thể tẩy được một số hợp
kim mà phương pháp hóa học không tẩy được.
Trong sản xuất, thường tẩy anôt vì tẩy catôt kim loại dễ bò dòn hydrô. Nhưng
khả năng phân bố của dung dòch kém nên đối với các vật có hình thù phức tạp tẩy
không lợi: chỗ lồi mòn nhanh, chỗ lõm mòn ít, thậm chí rỉ không tan hết. Tẩy axit

Axit sunfuric H
2
SO
4
10%: giá thành rẻ, ít gây ô nhiễm, ít hao hụt khi sử dụng,
có thể dùng ở nhiệt độ thường hay đun nóng nhẹ ở 40
o
C, axit sunfuric được sử dụng
rất phổ biến.
Axit clohydric HCl và axít HCl 10%: là axit điển hình cho quá trình tẩy rỉ sắt,
thép, gang ngay cả ở nhiệt độ thường.
Axit flohydric H
2
F
2
: dung dòch axit flohydric chứa 40% trọng lượng H
2
F
2
. Do
tính độc nên việc sử dụng axít này hạn chế, chỉ dùng trong những trường hợp đặc
biệt, nhất là để tẩy rỉ các sản phẩm gang đúc, tẩy xóa những vụn cát còn bám dính
trên bề mặt chi tiết, nhất là ở những chỗ kín, đáy khe, rãnh mà phương pháp cơ khí
không có khả năng.
Axit citric C
6
H
8
O
7

sản phẩm thu được là các hydroxit sắt ở dang nhầy (paste) gây ô nhiễm môi trường:
H
+
+ OH
-

→
H
2
O
Fe
2+
+ 2OH
-

→
Fe(OH)
2
↓
Fe
3+
+ 3OH
-
→
Fe(OH)
3
↓
- Khi tiến hành thủy phân ở nhiệt độ cao(>800
o
C) chuyển hết sắt về Fe(III),

3-x
Cl
x
). Tuy nhiên giá thành nhôm cao hơn sắt nên phương pháp này
không khả thi.
- Một phương pháp khác là clo hóa hoàn toàn dung dòch tẩy rỉ sắt về hết sắt
(III) FeCl
3
:
2FeCl
2
+ Cl
2

→
2FeCl
3
.
- Theo quy trình xử lý của U.S.Pat.No.5,417,955, công bố vào ngày 23/5/1995,
quy trình này mô tả một phương pháp và thiết bò để xử lý dung dòch nước tẩy rỉ sắt
để sản xuất axit clohydric và sắt (II) sunfat. Dung dòch nước tẩy rỉ chứa sắt (II)
clorua, axit clohydric và nước được phản ứng với axit sunfuric dư trong thiết bò phản
ứng để tạo thành axit clohydric và sắt (II) sunfat:
FeCl
2
+ H
2
SO
4


khoảng 95
o
C.
Nhiệt độ trong thiết bò phản ứng nên ở khoảng 85
o
C. Thời gian lưu thích hợp
cho dung dòch nước tẩy rỉ trong thiết bò phản ứng là khoảng 4 giờ.Hàm lượng axit
sunfuric trong thiết bò phản ứng nên lên tới tối thiểu là 60%, chính xác là lớn hơn
78%.
CHƯƠNG 3: TỔNG QUAN VỀ MỘT SỐ CHẤT
3.1 Axit clohydric HCl
Công thức phân tử: HCl
Khối lượng phân tử: 36.465
3.1.1 Lý tính.[10, 11]
HCl là một chất khí không màu có mùi xốc.
Trọng lượng riêng: 1.264 ở 17
o
C (so với không khí)
Nhiệt độ nóng chảy: -114.7
o
C
Nhiệt độ sôi: -85.2
o
C
Nhiêt độ tới hạn: 51.25
o
C
p suất tới hạn: 86at
Tỉ trọng: 1.267 ở -113
o