Đánh giá quan hệ công nghệ môi trường, lựa chọn công nghệ phù hợp nhằm giảm thiểu và thay đổi đặc trưng nước thải đối với công nghệ mạ kẽm nóng chảy

Đây cũng là một lý do làm cho thị trường tấm lợp kim loại là một trong những sản phẩm sử dụng phương pháp mạ kẽm nhúng nóng sẽ ngày càng được sử dụng để thay thế... Trong phạm vi nghiên

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS TS ĐẶNG KIM CHI

VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

MỤC LỤC

Trang

Chương 1

Phân tích tổng hợp một số phương pháp liên quan

1.2 Phân tích vòng đời và đánh giá công nghệ 9

1.3 Công nghệ hợp lý môi trường và đánh giá công nghệ 11

1.4 Đánh giá Sản xuất sạch hơn và đánh giá công nghệ 13

Chương 2

Mô tả khái quát về công nghệ mạ kẽm nóng chảy 19

2.1 Nguyên lý chung của phương pháp mạ nhúng kim loại

nóng chảy

19

2.1.2 Nguyên tắc quan trọng của quá trình mạ nhúng nóng 20 2.1.3 Ưu nhược điểm của phương pháp mạ nhúng kim loại nóng

Phân tích xác định chất thải và đánh giá phương pháp

xử lý nước thải trong công nghệ mạ kẽm nóng chảy 47

3.1 Đặc trưng chất thải từ công nghệ mạ kẽm nóng chảy 47

3.1.1 Phân tích các dòng thải từ quy trình công nghệ 48

3.2 Phân loại các dòng nước thải và đánh giá phương pháp xử

lý nước thải mạ kẽm nóng chảy

53

3.2.2 Đánh giá phương pháp xử lý nước thải mạ kẽm nóng chảy 54 3.3 Giải pháp tổng hợp xử lý nước thải mạ kẽm nóng chảy 59

Chương 4

Phân tích và đánh giá các giải pháp giảm thiểu và

thay đổi đặc trưng nước thải mạ kẽm nóng chảy 63

4.1 Phân tích các vấn đề cần giải quyết đối với nước thải 63

4.2.1 Cách tiếp cận để giải quyết vấn đề nước thải 63

4.2 Lựa chọn công nghệ rửa phù hợp nhằm giảm thiểu nước

4.2.1 Giới thiệu một số phương pháp rửa thông dụng 65

4.2.3 Chọn phương pháp rửa tĩnh 2 bể thay cho rửa tĩnh 1 bể 69 4.2.4 Biện pháp tận dụng nước rửa (rửa tận dụng) 61

4.3 Thay đổi đặc trưng nước thải mạ kẽm nóng chảy 63 4.3.1 Lý do thay đổi lớp thụ động Cr 6+ bằng Cr 3+ 64

ĐẶT VẤN ĐỀ

Tại các nước trên thế giới nói chung và tại Việt Nam nói riêng, hiện nay công nghiệp mạ có vai trò ngày càng cao và được dùng rất phổ biến trong hầu hết các ngành công nghiệp Mục đích của quá trình mạ là để tạo ra lớp bảo vệ bên ngoài cho các sản phẩm kim loại Các lớp mạ có chức năng làm tăng độ bền hóa học, bền ăn mòn, bền cơ học, tăng độ dẫn điện, dẫn từ, tăng độ cứng hoặc dẻo cho các linh kiện có kích thước cực nhỏ của kỹ thuật vi điện tử hoặc các chi tiết có kích thước rất lớn cho các ngành công nghiệp chế tạo máy, xây dựng, điện,… Cho đến nay, có rất nhiều loại hình công nghệ mạ, trong đó các công nghệ mạ được sử dụng phổ biến nhất là mạ điện (như mạ đồng, mạ kẽm, mạ niken, mạ crom), mạ nhúng (mạ kẽm nóng chảy, nhôm nóng chảy),… Tùy thuộc vào kim loại cần mạ, mục đích sử dụng và ưu nhược điểm của từng công nghệ mà chúng được lựa chọn sử dụng phù hợp theo các yêu cầu riêng

Ở nước ta, trong những năm gần đây, đứng trước những yêu cầu cấp bách về các loại sản phẩm cũng như những áp lực của xã hội về các vấn đề ô nhiễm môi trường, Chính phủ và các Bộ đã có nhiều văn bản liên quan đến việc thay đổi sản phẩm cũng như vấn đề nước thải có liên quan trực tiếp và gián tiếp đến ngành mạ Một số văn bản tiêu biểu như:

• Việc tiến tới cấm sản xuất loại tấm lợp fibro xi măng vì những tác hại nguy hiểm của sợi amiăng, trong Quyết định số 115/QĐ-TTg ngày 1 tháng 8 năm

2001, về việc phê duyệt “Quy hoạch tổng thể phát triển ngành công nghiệp vật liệu xây dựng đến năm 2010”, Thủ tướng Chính phủ đã nhấn mạnh:

“Ngành công nghiệp vật liệu xây dựng cần có kế hoạch nghiên cứu và sử dụng vật liệu thay thế cho amiăng trong sản xuất tấm lợp Từ năm 2004, không được sử dụng amiăng trong sản xuất tấm lợp” Đây cũng là một lý do làm cho thị trường tấm lợp kim loại (là một trong những sản phẩm sử dụng phương pháp mạ kẽm nhúng nóng) sẽ ngày càng được sử dụng để thay thế

tấm lợp fibro xi măng trong nhiều lĩnh vực,… do đó mạ kẽm nóng chảy sẽ ngày càng phát triển

• Nghị định 67/2003/NĐ-CP ngày 13 tháng 6 năm 2003 của Chính phủ về phí bảo vệ môi trường đối với nước thải và Thông tư liên tịch 125/2003/TTLT-BTC-BTNMT ngày 18 tháng 12 năm 2003 hướng dẫn thực hiện về vấn đề thu phí nước thải, công nghiệp mạ nói chung và mạ kẽm nóng chảy nói riêng

là một trong những ngành công nghiệp có hàm lượng các kim loại nặng trong nước thải cao, do đó đây cũng là đối tượng chịu sức ép rất lớn đối với Nghị định này

Do công nghiệp mạ bao gồm nhiều loại hình công nghệ cũng như đặc thù môi trường rất khác nhau, cho nên trong phạm vi hạn chế về thời gian thực hiện, Luận văn sẽ tập trung phân tích kỹ về các vấn đề liên quan đến công nghệ mạ kẽm nóng chảy Đây là công nghệ hay được sử dụng nhất để bảo vệ các kim loại sắt thép vì nó đáp ứng được các yêu cầu:

• Về mặt khoa học: Kẽm có điện thế âm hơn sắt thép, nên lớp mạ kẽm trên sắt thép là lớp mạ “hy sinh” để bảo vệ sắt thép không bị han gỉ Khi xảy ra ăn mòn, kẽm đóng vai trò anot sẽ bị oxi hóa còn sắt thép đóng vai trò catot sẽ không bị oxy hóa do đó không bị han gỉ

• Về mặt công nghệ: Qui trình ngắn gọn, thiết bị cần ít, dễ thực hiện công nghệ

mạ Có thể tăng khả năng bảo vệ và làm bóng, sáng lớp mạ bằng cách thụ động hóa bề mặt sau khi mạ

• Về mặt kinh tế: Giá thành hạ vì công nghệ đơn giản, hóa chất vật tư ít tốn kém và rẻ, ít tốn công sức

Tuy nhiên, do đặc thù của công nghệ mạ kẽm nóng chảy là nước thải phát sinh

ra từ các công đoạn rửa tương đối lớn Không những thế, trong nước thải sinh ra

từ công đoạn thụ động hóa bề mặt có chứa thành phần Cr6+ - đây là một tác nhân gây ô nhiễm nghiêm trọng rất cần được quan tâm giải quyết

Trước những lý do trên đây, Luận văn cao học: “Đánh giá quan hệ Công nghệ

- Môi trường Lựa chọn công nghệ phù hợp nhằm giảm thiểu và thay đổi đặc trưng nước thải đối với công nghệ mạ kẽm nóng chảy” đã được hình

thành, nhằm đưa ra một số định hướng về các giải pháp công nghệ cụ thể đối với vấn đề nước thải của công nghệ mạ kẽm nóng chảy Trong phạm vi nghiên cứu

sẽ đề cập đến một cách tiếp cận mới trong công nghệ môi trường đó là phân tích, đánh giá và lựa chọn các giải pháp thích hợp trong công nghệ sản xuất nhằm giảm thiểu và thay đổi đặc trưng nước thải của công nghệ mạ kẽm nóng chảy Việc tiến hành thực hiện đề tài này là hết sức cần thiết Vừa có ý nghĩa khoa học

- sử dụng phương pháp tiếp cận đánh giá công nghệ để giải quyết vấn đề môi trường, góp phần bổ sung thêm một cách tiếp cận mới trong công nghệ môi trường Vừa có ý nghĩa thực tiễn - cung cấp một số giải pháp về mặt định hướng công nghệ giúp cho các cơ sở sản xuất có sử dụng công nghệ mạ kẽm nóng chảy tham khảo, nghiên cứu áp dụng để giảm lượng nước thải, giảm chi phí bảo vệ môi trường đối với nước thải cũng như giảm chi phí xử lý nước thải

Luận văn bao gồm các nội dung chính sau:

• Chương 1 Phân tích tổng hợp một số phương pháp liên quan đến đánh giá quan hệ công nghệ - môi trường

• Chương 2 Mô tả khái quát về công nghệ mạ kẽm nóng chảy

• Chương 3 Phân tích xác định chất thải và đánh giá phương pháp xử lý nước thải trong công nghệ mạ kẽm nóng chảy

• Chương 4 Phân tích và đánh giá các giải pháp giảm thiểu và thay đổi đặc trưng nước thải mạ kẽm nóng chảy

• Chương 5 Kết luận và kiến nghị

Từ những năm 80 đến nay, khái niệm mới về đánh giá công nghệ đã ra đời Sự biến đổi và những đặc điểm khác nhau của khái niệm đánh giá công nghệ thể hiện tóm tắt trên bảng 1

Bảng 1 Khái niệm mới và khái niệm cũ về đánh giá công nghệ

Khái niệm truyền thống Khái niệm mới

Khoa học có vai trò chủ đạo Phía nghiên cứu và sử dụng có vai trò

ngang nhau Yêu cầu cao đối với khả năng của

nghiên cứu

Yêu cầu hết sức khiêm tốn đối với khả năng của nghiên cứu

Đầu ra: báo cáo nghiên cứu Đầu ra: nghiên cứu và thảo luận

Ít chú ý đến việc định ra vấn đề Chú ý nhiều đến việc định ra vấn đề Một tổ chức thực hiện chức năng đánh

Đánh giá công nghệ kiểu truyền thống liên quan tới xác định những hậu quả tiêu cực hoặc không mong muốn về kinh tế, xã hội và môi trường của việc phát triển công nghệ

Trong khái niệm mới về đánh giá công nghệ thì việc đánh giá công nghệ kiểu bao quát toàn bộ của những năm đầu tiên đã được thay thế bằng việc nghiên cứu từng bộ phận, trong đó kiến thức thu được một bộ phận được chuyển sang cho

bộ phận tiếp theo Ngoài ra đánh giá công nghệ đã mở rộng sự tham gia cho các nhân vật không thuộc giới khoa học, chú ý nhiều vào việc mở ra cuộc đối thoại giữa những nhà nghiên cứu đánh giá công nghệ với những người sử dụng kết quả nghiên cứu Trong đó hướng chú ý đã chuyển từ dự báo sang vấn đề làm sao

và khi nào những thông tin công nghệ sẽ được các nhà hoạch định chính sách và những tác nhân tham gia vào quá trình phát triển công nghệ sử dụng Các tác giả Smits và Leiten [23] đã định nghĩa khuôn mẫu đánh giá công nghệ này bao gồm:

- Phân tích sự phát triển công nghệ và những tác dụng về sau của nó

- Đưa ra thông tin giúp cho các đối tượng liên quan đến phát triển công nghệ

để hoạch định những chính sách chiến lược của mình

Việc đánh giá công nghệ, một mặt giúp tăng cường mối quan hệ giữa nghiên cứu - triển khai và phát triển sản phẩm, mặt khác tăng cường phạm vi áp dụng công nghệ mới

Mặc dầu công tác đánh giá công nghệ ngày càng được thể chế hoá nhưng vẫn còn nhiều vấn đề chưa có sự nhất trí, chẳng hạn định nghĩa đánh giá công nghệ

là gì, công tác này được thực hiện ra sao, cũng như vẫn còn nhiều tranh cãi về ích lợi và cách thức tổ chức công việc đánh giá công nghệ

Đánh giá công nghệ mang tính chiến lược tạo khả năng cạnh tranh cho các doanh nghiệp, đảm bảo thành công cho những sản phẩm mới Kết hợp đánh giá công nghệ với đánh giá tác động môi trường và đưa phép phân tích vòng đời thành một phương pháp luận đánh giá công nghệ, nâng cao vai trò đánh giá công

nghệ trong chính sách công nghệ để tăng cường lợi ích đầu tư cho khoa học và công nghệ

Dựa trên việc phân tích về đánh giá công nghệ và căn cứ vào sự biến đổi khái niệm công nghệ đã trình bày ở trên, đánh giá công nghệ đã được định nghĩa như sau:

Đánh giá công nghệ là một quá trình bao gồm việc phân tích sự phát triển công nghệ và các hệ quả của nó, cùng với việc thảo luận về kết quả những phân tích này Mục tiêu của đánh giá công nghệ là cung cấp thông tin cho những người tham gia hoặc có liên quan đến vấn đề phát triển công nghệ để giúp họ lập ra chính sách chiến lược cho mình

1.1.2 Vai trò và tiềm năng của đánh giá công nghệ

Khái niệm đánh giá công nghệ kiểu truyền thống với chức năng cảnh báo sớm, trong khi đó khái niệm mới về đánh giá công nghệ thì đánh giá công nghệ có tính tích cực hơn nhiều Nó đóng vai trò tích cực trong phát triển và áp dụng các công nghệ mới

Sự tham gia thực sự của đánh giá công nghệ và hoạt động đánh giá công nghệ có thể mô tả thành ba mức độ, đó là:

- Nâng cao nhận thức

- Hình thành chiến lược

- Thực hiện chiến lược

Vài nét về vai trò và tiềm năng của đánh giá công nghệ ở từng mức nêu trên sẽ được điểm qua như sau:

1.1.2.1 Nâng cao nhận thức

Chức năng hàng đầu của "đánh giá công nghệ để nhận thức" là phân tích những tiềm năng của việc phát triển công nghệ và cung cấp những hiểu biết về các phương án khả dĩ để xã hội lựa chọn liên quan đến những phát triển này

Đồng thời phân tích khả năng phát triển xã hội và nâng cao nhận thức về nhu cầu và những điều có thể xảy ra liên quan tới sự lựa chọn công nghệ Đây cũng

là cách thức đánh giá công nghệ đã được áp dụng trên thực tế về nhiều vấn đề, trong đó có vấn đề môi trường,…

Một trong những nét rõ nhất về việc nghiên cứu phục vụ cho mục đích đánh giá công nghệ để nâng cao nhận thức, đó là việc phân tích để nêu bật lên mối quan

hệ phụ thuộc lẫn nhau của các lựa chọn về công nghệ, kinh tế và xã hội Do đó tạo nên cơ sở để có được một tầm nhìn về tương lai đối với vấn đề môi trường, định ra một cách rõ ràng đường hướng chính sách mang tính kinh tế, xã hội và môi trường

1.1.2.2 Hình thành chiến lược

Chức năng thứ hai mà đánh giá công nghệ có thể tham gia vào là xây dựng các chiến lược cho các lĩnh vực xã hội Việc nhận thức chung về những tiềm năng công nghệ và những phương án lựa chọn đưa lại sự phát triển theo chiều hướng mong muốn Mỗi một lĩnh vực cụ thể đều cần đến một "kế hoạch công nghệ mang tính chiến lược" Quá trình lập ra một kế hoạch như vậy có thể được gọi là đánh giá công nghệ mang tính chiến lược Kế hoạch này có vai trò như sau:

- Thông tin cho những nhân vật hữu quan khác nhau trong lĩnh vực của họ về những tác động tiềm năng của phát triển công nghệ đối với lĩnh vực và những cách thức mà họ có thể dùng cho phát triển này

- Có thể dùng làm điểm đầu mối để khuyến khích thảo luận về các mối đe dọa

và cơ hội, các mục tiêu và nhận dạng những va chạm về lợi ích

- Có thể nhận biết nhu cầu công việc của các nhóm công nghệ nào đó, thí dụ giải quyết các khúc mắc nảy sinh khi lập ra những dịch vụ mới, hoặc đề ra giải pháp cho vấn đề hợp tác giữa các đối thủ cạnh tranh

1.1.2.3 Thực hiện chiến lược

Giai đoạn quan trọng của phát triển công nghệ, đó là giai đoạn thực hiện Chính

ở giai đoạn này, những vấn đề kỹ thuật và xã hội có thể va chạm nhau hết sức quyết liệt Phải tăng cường các cơ chế phản hồi, đặc biệt là ở giai đoạn đầu của việc phổ biến một đổi mới nào đó Điều này có thể thực hiện bằng cách tạo ra những mối quan hệ mật thiết giữa quá trình phát triển công nghệ và phát triển sản phẩm với nơi áp dụng, nhờ thể hiện rõ ràng hơn một mặt là những phương

án lựa chọn kỹ thuật và những nguyên lý chủ đạo, mặt khác là những kinh nghiệm và nhu cầu của người sử dụng

Như vậy, đánh giá công nghệ là nhận dạng, phân tích và đánh giá một cách có

hệ thống những hậu quả gián tiếp có thể xảy ra đối với hệ thống xã hội, văn hoá, chính trị và môi trường Đánh giá công nghệ sẽ cung cấp những thông tin trung thực, khách quan về những tác động của công nghệ cho các nhà hoạch định chính sách, đánh giá công nghệ được coi là có chức năng cảnh báo sớm, phòng tránh những tác động không mong muốn nhờ vào những hiểu biết nhận được qua việc đánh giá

Và càng ngày người ta càng nhận thấy đánh giá công nghệ sẽ là một biện pháp

để tăng cường dân chủ, có ảnh hưởng tới đường hướng phát triển công nghệ

1.2 Phân tích vòng đời và đánh giá công nghệ

Đỏnh giỏ cụng nghệ là một cụng trỡnh nghiờn cứu cú tớnh hệ thống nhằm tỡm hiểu thật rừ ràng và đỏnh giỏ những hậu quả khụng mong muốn, giỏn tiếp và lõu dài của cụng nghệ Trong số những hậu quả giỏn tiếp và lõu dài của cụng nghệ thỡ những tỏc động sinh thỏi của cụng nghệ đúng một vai trũ quan trọng

Đối với đỏnh giỏ tỏc động mụi trường, những phương phỏp phõn tớch thường tập trung vào tỏc động sinh thỏi trực tiếp do cụng nghệ gõy nờn Tuy nhiờn, những thay đổi quan niệm về mụi trường và cỏc chiến lược chớnh sỏch mụi trường đũi hỏi phải xem xột cả những tỏc động giỏn tiếp Một phương phỏp thớch hợp để nghiờn cứu cỏc hậu quả sinh thỏi đú là phõn tớch vũng đời

Phương phỏp luận phõn tớch hậu quả sinh thỏi cú quan hệ tới cỏc mục tiờu và chiến lược của chớnh sỏch mụi trường Ở thời kỳ đầu chủ yếu xem xột những cụng nghệ ở cuối đường ống, thớ dụ làm sạch khớ xả hoặc xử lý nước thải Ở giai đoạn hai, chớnh sỏch mụi trường đó mở rộng sang những cụng nghệ kiểm soỏt phế thải và cỏc cụng nghệ cú độ phỏt thải thấp Chiến lược này đề ra việc phỏt triển và sử dụng cỏc cụng nghệ quy trỡnh với phỏt thải thấp và giảm phế thải Ở hai giai đoạn này, phương phỏp luận đỏnh giỏ hậu quả đối với mụi trường của cỏc cụng nghệ khỏc nhau tập trung vào cỏc qui trỡnh sản xuất Đú là lượng phỏt thải mà nú phỏt sinh ra, chứ chưa tớnh đến những phỏt thải giỏn tiếp của quỏ trỡnh sản xuất trung gian hoặc sử dụng những sản phẩm cuối

Kinh nghiệm của hai giai đoạn đầu của chớnh sỏch mụi trường hũa trộn với nhau Một mặt, cú thể giảm được đỏng kể lượng phỏt thải Mặt khỏc, việc tỏi sử dụng chất thải đang trở thành một vấn đề cú tầm quan trọng ngày càng tăng xuất phỏt từ quan điểm mụi trường

Túm lại, những phỏt triển này núi lờn tớnh phức tạp cao của những tỏc động mụi trường Chớnh sỏch mụi trường khụng chỉ hạn chế bởi những tỏc động trực tiếp của từng quy trỡnh mà phải dựa vào một cỏch tiếp cận phức hợp hơn, trong đú

động khác nhau cho môi trường Như vậy, chính sách môi trường bắt đầu phản ánh mối quan hệ phức tạp của nền kinh tế Cách tiếp cận mới này liên quan tới việc kiểm soát ô nhiễm hướng về sản phẩm và có quan hệ tới phân tích và đánh giá vòng đời Đó là một quá trình đánh giá gánh nặng môi trường gây ra do sản phẩm, qui trình hay hoạt động bằng cách nhận dạng và định lượng nguyên vật liệu, năng lượng sử dụng và thải ra môi trường, đồng thời đánh giá tác động của chúng và các cơ hội thực hiện nhằm cải thiện môi trường Đặc điểm nổi bật của công việc này là xét toàn bộ vòng đời của sản phẩm, qui trình công nghệ hoặc hoạt động được nghiên cứu

1.3 công nghệ hợp lý môi tr-ờng và đánh giá công nghệ Hội nghị Mụi trường và Phỏt triển Liờn Hợp Quốc, họp tại Rio, Brasil, thỏng 6 -

1992, đặt ra cỏc thỏch thức về phỏt triển bền vững (PTBV) Mục đớch của PTBV

và khả năng sẵn cú cỏc nguồn lực bảo vệ và cải thiện mụi trường, gắn chặt với chuyển giao cụng nghệ (CGCN), và ứng dụng cỏc cụng nghệ đú Chương trỡnh khuyến khớch cụng tỏc chuyển giao cụng nghệ hợp lý mụi trường, cú cõn nhắc đến hợp tỏc và xõy dựng năng lực Đõy là một chủ đề cú ý nghĩa liờn ngành quan trọng, mà hàng năm Ủy ban Phỏt triển bền vững xem xột Trong cuộc họp thỏng 10, 1993 tại Băng Cốc, Ủy ban PTBV đó khuyến nghị cõn nhắc cỏc vấn đề mới nảy sinh và cấp bỏch, cỏc thỏch thức và cỏc vấn đề nan giải đối với CGCN hợp lý mụi trường, hợp tỏc và xõy dựng năng lực ở khu vực Ủy ban đó xỏc định

ba lĩnh vực ưu tiờn:

- Khả năng với tới và phổ biến cỏc thụng tin cụng nghệ hợp lý mụi trường

- Phỏt triển thể chế và xõy dựng năng lực quản lý cỏc thay đổi cụng nghệ

- Tài trợ và hợp tỏc

Ủy ban PTBV cũn nhấn mạnh đến ý nghĩa quan trọng của cỏc doanh nghiệp nhà nước và tư nhõn trong đổi mới cụng nghệ Đú là mụi trường quan trọng để triển khai, chuyển giao, sử dụng và phổ biến cụng nghệ

Như vậy triển khai và sử dụng cỏc cụng nghệ hợp lý về mụi trường là điều kiện cần thiết cho cỏc nước phỏt triển và đang phỏt triển của khu vực

Vỡ vậy, cỏc nước đang phỏt triển cần lựa chọn việc chuyển giao cụng nghệ ra sao, để tiếp thu và thớch ứng được cỏc cụng nghệ hợp lý mụi trường từ cỏc nguồn bờn ngoài và cần phải kết hợp xõy dựng cỏc cụng nghệ truyền thống, thớch hợp với quỏ trỡnh PTBV của mỗi nước Quản lý thay đổi cụng nghệ trong PTBV đũi hỏi phải xỏc định được cỏc nhu cầu, năng lực và cỏc cơ hội, để lựa chọn cỏc cụng nghệ phự hợp với điều kiện kinh tế, văn hoỏ xó hội và mụi

trường, rồi từ đó thích ứng và triển khai các công nghệ trong từng hoàn cảnh cụ thể sao cho thích hợp

Công nghiệp hóa là chìa khoá của quá trình phát triển kinh tế, nên cần làm gì để thay đổi quá trình hiện nay sao cho vẫn duy trì được các lợi ích, mà vẫn giảm thiểu được sự lãng phí về môi trường ?

CGCN là một quá trình nâng cao nhận thức về các lợi ích của các công nghệ hợp

lý môi trường, tạo ra nhu cầu các công nghệ này, thu thập các thông tin và đánh giá các giải pháp công nghệ hiện có, tiến tới triển khai lựa chọn công nghệ và quản lý sự thay đổi công nghệ Ưu tiên lựa chọn công nghệ hợp lý môi trường Công nghệ hợp lý môi trường giúp bảo vệ môi trường, ít gây ô nhiễm, sử dụng các nguồn tài nguyên một cách bền vững hơn Các công nghệ hợp lý về môi trường bao gồm các quy trình và các công nghệ sản xuất tạo ra ít, hoặc không có chất thải, tái chế và tái sử dụng các chất thải

1.4 Đánh giá Sản xuất sạch hơn và đánh giá công nghệ

Trước đõy, việc quản lý chất thải tập trung vào việc xử lý chất thải ở cuối đường ống, thiết kế cỏc thiết bị xử lý chất thải và thiết bị quản lý ụ nhiễm nhằm ngăn ngừa ụ nhiễm mụi trường

Cho đến nay, trờn thế giới, Sản xuất sạch đó được chứng minh là cú hiệu quả và hoàn toàn ỏp dụng được cho cỏc ngành cụng nghiệp, ở cỏc quy mụ khỏc nhau Sản xuất sạch hơn được hiểu là một cỏch nghĩ mới và sỏng tạo về sản phẩm và quỏ trỡnh sản xuất ra sản phẩm đú bằng cỏch ỏp dụng liờn tục chiến lược giảm thiểu tại nguồn sự phỏt sinh ra cỏc chất thải và phỏt thải Sản xuất sạch hơn là cụng cụ quản lý, cụng cụ kinh tế, cụng cụ mụi trường, đồng thời cũng là cụng cụ cải thiện chất lượng sản phẩm Việc ỏp dụng sản xuất sạch hơn sẽ giỳp cho cỏc doanh nghiệp cụng nghiệp giảm chi phớ sản xuất, cải thiện hiện trạng mụi trường, nõng cao tớnh cạnh tranh của sản phẩm để cú thể hội nhập với khu vực

và quốc tế

Đú chớnh là một triết lý mới đó xuất hiện trong thời gian qua, đú là ngăn ngừa và giảm thiểu chất thải Cõu hỏi đặt ra là làm thế nào để ngăn ngừa sự phỏt sinh chất thải ? Làm thế nào để giảm được chất thải ?

Sự chuyển đổi tiến bộ từ xử lý sang ngăn ngừa chất thải cú những lợi ớch sau đõy:

- Giảm lượng chất thải

- Giảm tiờu thụ nguyờn liệu dẫn đến giảm chi phớ

- Giảm chi phớ xử lý chất thải

- Giảm tiềm năng gõy ụ nhiễm

- Cải thiện điều kiện làm việc

- Nõng cao hiệu quả của quy trỡnh sản xuất

Để ngăn ngừa và giảm phát sinh chất thải, cần xem xét lại quy trình nhằm xác định nguồn gốc của chất thải, các vấn đề trong vận hành liên quan đến quy trình

và những công đoạn có thể cải tiến được

Để có thể xác định được các cơ hội thực hiện sản xuất sạch hơn, cần phải tiến hành đánh giá sản xuất sạch hơn Đánh giá sản xuất sạch hơn là một bước quan trọng nhằm nâng cao hiệu quả và tối ưu hóa các công đoạn trong quy trình sản xuất Đánh giá sản xuất sạch hơn là một tiếp cận có hệ thống để kiểm tra quá trình sản xuất hiện tại và xác định các cơ hội cải thiện quá trình đó hoặc cải thiện sản phẩm Việc đánh giá sản xuất sạch hơn cho phép nhìn nhận một cách toàn diện quy trình đang áp dụng nhằm giúp mọi người nắm được quy trình sử dụng nguyên liệu và tập trung chú ý vào công đoạn có thể giảm được chất thải Các thay đổi không chỉ đơn thuần là thiết bị, mà còn là các thay đổi trong vận hành và quản lý

Việc đánh giá sản xuất sạch hơn tập trung vào:

- Các chất thải phát sinh ở đâu ?

- Các chất thải phát sinh do nguyên nhân nào ?

- Giảm thiểu các chất thải như thế nào ?

Kết quả việc đánh giá sản xuất sạch hơn là danh mục các giải pháp cải thiện hiệu quả sản xuất và hiện trạng môi trường cho doanh nghiệp Sau đánh giá sản xuất sạch hơn, doanh nghiệp cũng có được một kế hoạch thực hiện các giải pháp và

kế hoạch quan trắc kết quả thực hiện

Các giải pháp không chỉ đơn thuần là cải tiến, thay đổi thiết bị hay công nghệ

mà còn là thay đổi trong vận hành và quản lý Các thay đổi được gọi là “giải pháp sản xuất sạch hơn“ có thể được chia thành các nhóm:

- Giảm thiểu tại nguồn

- Tuần hoàn

- Cải tiến sản phẩm

Hình 1 Các nhóm giải pháp sản xuất sạch hơn

Sản xuất sạch hơn thực chất là liên tục rà soát lại một cách có hệ thống quá trình sản xuất để tìm ra các lãng phí không cần thiết, giảm được phát thải ra môi trường, đồng thời giảm chi phí sản xuất Như vậy, sản xuất sạch hơn không có gì mới ngoài tính hệ thống và sự duy trì liên tục

Để sản xuất sạch trở nên bền vững và có hiệu quả, cần phải tuân thủ và áp dụng một tiếp cận có hệ thống Khi bắt dầu bằng các nhiệm vụ riêng lẻ, công việc có thể sẽ khá hấp dẫn và các lợi ích ngắn hạn dần dần xuất hiện Mặc dù vậy, cảm giác này có thể sẽ giảm đi rất nhanh nếu không nhận ra được các lợi ích lâu dài Chính vì vậy mà cần có thêm một khoảng thời gian cũng như nỗ lực để đảm bảo tuân thủ thực hiện theo tiếp cận này một cách có hệ thống và có tổ chức

Giảm chất thải tại nguồn

Quản lý nội vi

Kiểm soát quá trình tốt hơn

Thay đổi nguyên liệu

Cải tiến thiết bị

Công nghệ sản xuất mới

1.5 §¸nh gi¸ c«ng nghÖ m«i tr-êng

Tác giả John Hay [32] đã đưa ra một mô tả dễ hiểu về phương pháp luận đánh giá công nghệ môi trường và các bước thực hành

Theo phương pháp luận này, đánh giá công nghệ môi trường được chia thành 5 bước liên quan chặt chẽ với nhau Các bước này được thể hiện trên hình 2

Hình 2 Mô tả quá trình Đánh giá công nghệ môi trường

Mục đích của đánh giá công nghệ môi trường là để:

- Miêu tả công nghệ được xem xét và đề xuất, những lựa chọn thay thế có giá trị

- Mô tả các tác động môi trường (vấn đề an toàn đối với người lao động, cộng đồng dân cư)

- Đưa ra kết quả về công nghệ, kỹ thuật phù hợp trong giới hạn thân thiện môi trường và khả năng kinh tế

Các đối tượng quan tâm đến đánh giá công nghệ môi trường bao gồm Chính phủ, doanh nghiệp và cộng đồng Đây là ba đối tượng quan tâm đến việc tiến hành và kết quả của đánh giá công nghệ môi trường với những lý do khác nhau Các nhà doanh nghiệp quan tâm để duy trì ưu thế cạnh tranh ở một lĩnh vực nhờ

sử dụng công nghệ Cộng đồng quan tâm xem công nghệ mới sẽ đem lại những lợi ích gì Ngược lại, quan tâm của Chính phủ thể hiện ở quy định đối với các yêu cầu để bảo vệ khỏi những điều được coi là có hại hoặc tạo ra những lợi ích Với ý nghĩa như vậy, Chính phủ đóng vai trò là người điều hòa và kiểm soát hoạt động của những đối tượng khác nhau Việc kết hợp những nhiệm vụ như vậy dẫn tới nhu cầu tổng hợp đánh giá công nghệ môi trường

Thông qua đánh giá công nghệ môi trường các doanh nghiệp, Chính phủ và cộng đồng sẽ thu được các lợi ích:

- Các doanh nghiệp phòng tránh và giảm thiểu được ô nhiễm, thông qua bảo dưỡng và cải tiến quá trình công nghệ

- Chính phủ sẽ giảm được chi phí đối với vấn đề ô nhiễm công nghiệp tràn lan, lập kế hoạch cho tương lai và quản lý môi trường tốt hơn

- Cộng đồng chung sẽ đạt được chất lượng cuộc sống cao hơn, giảm được những rủi ro từ ô nhiễm công nghiệp, duy trì giá trị văn hóa và xã hội

1.6 NhËn xÐt

Như vậy, qua việc tìm hiểu một số phương pháp điển hình về đánh giá công nghệ và các vấn đề môi trường có liên quan, thấy rằng: Công nghệ vừa là nguyên nhân, vừa là một bộ phận quan trọng của hoạt động đánh giá những tác động và ảnh hưởng đến môi trường Nhờ so sánh ta thấy nổi lên hai mục đích của đánh giá công nghệ - môi trường, thứ nhất là nhận dạng ra những hệ quả mong muốn hoặc không mong muốn của việc sử dụng công nghệ trong một khung cảnh rộng nhất; thứ hai là khai thác những hướng khả thi để có thể phát triển và áp dụng công nghệ

Quy trình đánh giá công nghệ - môi trường là một công cụ thực hiện cụ thể một

số giải pháp tập trung vào nhóm mục tiêu giảm chất thải tại nguồn thông qua việc phân tích, đánh giá hai nội dung: cải tiến thiết bị và thay đổi công nghệ Trong nội dung hạn chế của Luận văn, sẽ vận dụng phương pháp đánh giá tổng hợp này nhằm góp phần giải quyết vấn đề nước thải trong công nghệ mạ kẽm nóng chảy tại Việt Nam

2.1.1 Điều kiện áp dụng phương pháp mạ nóng

- Kim loại nóng chảy phải thấm ướt kim loại nền

- Kim loại mạ phải hòa tan hoặc khuếch tán được vào kim loại nền

- Nhiệt độ nóng chảy kim loại nền phải cao hơn kim loại mạ

Vì vậy chỉ những kim loại có nhiệt độ nóng chảy thấp mới có khả năng được chọn dùng làm lớp mạ nóng cho thép Ví dụ:

- Kẽm, thiếc, nhôm đáp ứng khá tốt được các yêu cầu của một kim loại mạ

- Chì không thấm ướt thép nên phải lót Sn trước khi mạ Pb lên Cũng có thể cho Sn vào Pb nóng chảy để mạ hợp kim Sn - Pb lên nền thép

Đặc điểm của lớp mạ nhúng nóng là không có ranh giới rõ rệt giữa nền và lớp

mạ Vì ở nhiệt độ cao, giữa kim loại nền và lớp mạ dễ phản ứng hay khuếch tán vào nhau tạo thành một hay nhiều hợp chất trung gian Các hợp chất trung gian này có thể làm tăng hoặc giảm độ gắn bám của lớp mạ

Ví dụ lớp mạ kẽm nóng trên thép tạo thành một dãy các hợp chất trung gian

FenZnm với các giá trị n và m khác nhau (lớp gần bên trong giầu Fe, lớp gần ngoài giầu Zn) Trong trường hợp này một số hợp chất trung gian rất cứng và

giòn nên đã làm giảm độ bám, làm xấu lớp mạ và gây nhiều trở ngại cho công nghệ mạ kẽm nóng

2.1.2 Nguyên tắc quan trọng của quá trình mạ nhúng nóng

- Giảm tối đa các dụng cụ như móc treo, đồ gá,… nhúng kim loại nóng chảy

để tiết kiệm kim loại mạ và nhiệt

- Bề mặt kim loại nóng chảy trong nồi nấu không được để có nhiều xỉ, oxit, tạp chất

- Sản phẩm được chọn vị trí treo sao cho dễ thao tác, vật cần mạ phải chìm hẳn trong bể, thời gian nhúng không nên quá lâu

- Đưa sản phẩm vào bể với một tốc độ đủ nhanh để nhiệt độ vật mạ được tăng đều và lớp mạ được đồng đều về thành phần

- Vớt sản phẩm ra khỏi bể treo theo một góc nghiêng thích hợp để kim loại lỏng dễ chảy đi, có chỗ thoát tốt để không bị đọng cục bộ trên sản phẩm

- Vật vớt ra phải được làm nguội ngay trong môi trường có nhiệt độ thích hợp,

để hạn chế quá trình sinh tiếp các chất trung gian, cũng tránh làm lạnh đột ngột cho sản phẩm, vì dễ gây bong, dộp, nứt,… Ví dụ đối với lớp mạ kẽm, nhiệt độ môi trường làm nguội thích hợp nhất là 60 - 800C

- Sau khi mạ phải thụ động lớp mạ để bảo vệ lớp mạ trước khi đưa ra sử dụng

2.1.3 Ưu, nhược điểm của phương pháp mạ nhúng kim loại nóng chảy

Phương pháp mạ nhúng nóng đơn giản, cho năng suất cao, cho lớp mạ dày, có

độ bám dính tốt với nền,… nên được dùng khá phổ biến

Tuy nhiên, phương pháp mạ nhúng nóng có những nhược điểm chính như:

- Tốn nhiều kim loại mạ, sinh nhiều xỉ (oxit kim loại mạ),

- Đối với vật cần mạ có hình thù phức tạp thì lớp mạ thường có độ dày mỏng không đều

- Các vật có lỗ ren, lỗ nhỏ, ghép hoặc hàn nhiều kim loại,… thì khó dùng phương pháp này

2.1.4 Ứng dụng chính của phương pháp mạ nóng

Phương pháp mạ nhúng nóng thường được sử dụng để:

- Mạ các bán sản phẩm: tấm, băng, dây, ống kim loại

- Mạ các cấu kiện lớn, sử dụng “vĩnh cửu” như: cấu kiện xây dựng, cấu kiện đường dây tải điện, ống dẫn ngầm,…

- Dụng cụ gia đình,…

2.2 M¹ kÏm nãng ch¶y

Mạ kẽm có thể thực hiện bằng nhiều cách như nhúng nóng, phun, khuếch tán nhiệt hay mạ điện,… Mỗi cách có những đặc điểm riêng, phạm vi ứng dụng riêng, làm cho mạ kẽm thêm phong phú Tùy theo yêu cầu của sản phẩm mà chọn phương pháp mạ và chiều dày lớp mạ cho phù hợp Với phương pháp mạ điện thường cho chiều dày lớp mạ kẽm từ 5 - 30 m, phương pháp nhúng nóng cho chiều dày lớp mạ kẽm từ 50 - 200 m

Công nghệ mạ kẽm nóng chảy được phát minh tại Pháp từ năm 1740 [3], do công nghệ đơn giản, năng suất cao, giá thành hạ nên mạ kẽm nóng chiếm đến 80% tổng sản lượng mạ kẽm từ tất cả các phương pháp khác cộng lại

Hiện nay, chỉ tính riêng các nước trong khu vực Châu Âu đã có khoảng 600 nhà máy mạ kẽm với hơn 30.000 lao động [33] Số lượng nhà máy phân bố tại các nước cũng như năng suất sản phẩm thể hiện trên bảng 2

Bảng 2 Số lượng nhà máy mạ kẽm tại các nước khu vực Châu Âu [33]

Số TT Tên nước Số lượng nhà

máy

Sản lượng thép được mạ kẽm, tấn/năm

ăn mòn khí quyển Dưới tác dụng hóa học với hơi ẩm, với CO2, SO2,… của môi trường hoặc do tác dụng điện hóa trong quá trình bảo vệ sẽ làm cho lớp mạ kém trở nên mờ, xám dần theo thời gian, nhưng tính bảo vệ của nó không hề suy giảm Vì vậy sản phẩm mạ kẽm thích hợp nhất dùng cho các công trình kiến trúc xây dựng, dùng cho các đường dây tải điện, thông tin, đường sắt, các thiết bị đặt

ngoài trời,… dưới dạng các loại tấm lợp, thép góc, ống dẫn,… Lớp mạ kẽm bảo

vệ thép rất tốt ở vùng khí hậu nông thôn, nhưng không tốt lắm trong vùng công nghiệp và vùng biển Bảng 3 cho biết tốc độ ăn mòn lớp mạ kẽm trong khí quyển ở các vùng khác nhau:

Kim loại Nông thôn Thành phố Vùng công

Bảng 4 Tuổi thọ của lớp kẽm nhúng nóng trong khí quyển [9]

trong đó: d – chiều dày, m

B – hệ số đặc trưng tác động của vùng khí hậu: nông thôn 0,46 – 0,58 năm/m, thành phố 0,18 – 0,36 năm/m, công nghiệp 0,09 – 0,16 năm/m, biển 0,28 –

Tuổi thọ trung bình của lớp kẽm nhúng so với một số phương pháp mạ kẽm khác thể hiện trên bảng 5

Bảng 5 So sánh tuổi thọ giữa các phương pháp mạ kẽm [9]

Trong không khí ẩm, có chứa khí CO2, hợp chất của S, khi chúng tác dụng lên

bề mặt lớp mạ kẽm sẽ làm cho nó bị xỉn màu vì tạo thành lớp mỏng kẽm cacbonat kiềm ZnCO3.Zn(OH)2, lớp này có kết cấu kín, sít làm tăng khả năng bảo vệ cho lớp kẽm (nhưng gỉ trắng gồm ZnCO3.3Zn(OH)2.H2O và kẽm hydroxyt Zn(OH)2 lại rất xốp nên không bảo vệ được kẽm)

Trong không khí vùng công nghiệp, vùng biển, bề mặt kẽm sinh ra sản phẩm ăn mòn là kẽm clorua (ZnCl2) hay kẽm sunfat (ZnSO4) Các hợp chất này dễ tan nên kẽm bị ăn mòn tiếp do đó tốc độ ăn mòn trong các cùng này mạnh hơn Tuy nhiên khi chiều dày lớp sản phẩm ăn mòn tích lũy lên đến 20 m thì bản thân chúng lại có tác dụng bảo vệ phụ cho lớp mạ kẽm, do vậy mà ăn mòn kẽm trong các môi trường này vẫn thấp hơn các kim loại khác

Lớp mạ kẽm nóng sử dụng tốt trong môi trường nước ngọt, không khí ẩm, dưới đất, tiếp xúc với xăng dầu và các dung môi hữu cơ khác

Do kẽm bảo vệ sắt thép tốt như vậy nên cho đến nay 80% sản lượng kẽm hàng năm trên thế giới được dùng để làm lớp bảo vệ cho tôn, dây, băng, ống,… trong

đó tôn chiếm 55%, ống 14%, dây 12% số lượng kẽm dùng trong phương pháp

mạ nóng [3]

2.2.2 Quy trình công nghệ mạ kẽm nóng

Cho đến nay, tồn tại hai phương pháp mạ kẽm nóng chảy chính, bao gồm

phương pháp nhúng ướt và nhúng khô [9] Sơ đồ nguyên lý thể hiện trên hình 3

Hình 3 Sơ đồ nguyên lý công nghệ nhúng kẽm [9]

Phương pháp khô: sau khi nhúng vào dung dịch trợ dung phải sấy khô rồi mới

mạ kẽm nóng Cách này cho lớp mạ sáng, sinh ít kẽm cứng, nhưng cần mặt bằng

lớn, phải thêm khâu sấy khô, sinh nhiều xỉ kẽm

Phương pháp ướt: hỗn hợp chất trợ dung nóng chảy trên bề mặt kẽm trên bề mặt

bể kẽm nóng, khi mạ vật mạ phải đi qua chất trợ dung mới xuống được kẽm

nóng chảy ở phía dưới Cách này chiếm ít diện tích xưởng, tác dụng chất trợ

dung lớn, nhưng sinh nhiều kẽm cứng, thoát ra nhiều khói và khí thải độc hại,

NH 4 Cl

Zn

Khô

Làm nguội

Thụ động H2O NaOH

Vật mạ

Sản phẩm

Bảng 6 Ưu nhược điểm của phương pháp nhúng ướt và nhúng khô

Nhúng ướt - Diện tích mặt bằng ít - Chỉ thích hợp sản phẩm

nhỏ

- Kẽm chảy ít - Lượng kẽm cứng cao

- Tác dụng của trợ dung cao - Kích thước lò giảm Nhúng khô - Tạo được lớp phủ sáng mỏng - Mặt bằng lớn

- Giảm tiêu hao kẽm - Phải làm khô

- Giảm kẽm cứng - Kiểm tra thường xuyên trợ

dung và kẽm nóng chảy

- Không tiếp xúc sản phẩm với trợ dung

Năng suất của quá trình nhúng kẽm phụ thuộc vào các yếu tố sau:

- Kích thước khối lượng, hình dạng, vật liệu và chất lượng xử lý bề mặt của sản phẩm

- Kích thước bể, lò, mức độ cơ khí hóa, công cụ vận chuyển

- Dung lượng nhiệt của bể nhúng kẽm

- Tốc độ nhúng

Chất lượng sản phẩm sẽ phụ thuộc vào các yếu tố sau:

- Nhiệt độ bể và thời gian nhúng

- Thành phần hóa học của bể kẽm và vật liệu nhúng

lá thể hiện trên hình 4

Hình 4 Sơ đồ nguyên lý bể nhúng tôn lá

Ghi chú:

1 Lò nấu kẽm nóng chảy 2 Chì nóng chảy

3 Khung dẫn hướng 4 Kẽm nóng chảy

5 Trục đẩy và kéo lá tôn

Trong những năm gần đây, thị trường tiêu thụ sản phẩm thép mạ kẽm tăng nhanh hơn so với các năm trước đây, đặc biệt các loại sản phẩm thép mạ kẽm cung cấp đối với thị trường xây dựng, vận tải, đường dây tải điện, hầm mỏ,…

Ở nước ta hiện nay, mặc dù chưa có số liệu thống kê đầy đủ về số lượng các cơ

sở mạ kẽm nóng chảy, nhưng qua các thông tin từ các nguồn tài liệu tham khảo cho thấy tại hầu hết các tỉnh thành như Hà Nội, Hải Phòng, Nam Định, Hà Tây,

Đà Nẵng, Đồng Nai, Bình Dương,… đều có các cơ sở sản xuất các sản phẩm mạ nhúng kẽm nóng chảy Công nghệ mạ kẽm nóng được sử dụng tại các cơ sở chủ yếu là dùng phương pháp khô [3, 4, 9]

Nội dung của Luận văn sẽ tập trung phân tích kỹ các vấn đề công nghệ, môi trường liên quan đến công nghệ mạ kẽm nóng chảy theo phương pháp khô

Quy trình công nghệ của phương pháp mạ đều thống nhất ở mọi nhà máy, chúng chỉ khác nhau ở quy mô và chủng loại sản phẩm [3, 9]

2.3.2 Mô tả các công đoạn

Trong quá trình tẩy, các yếu tố nồng độ, nhiệt độ, thời gian tẩy quyết định hiệu quả của bể tẩy, cụ thể:

- Dung dịch gồm NaOH (1 - 10%) và các chất kiềm khác như Na2CO3 (làm mềm nước), Na2SiO3 (chất nhũ hóa), Na3PO4 (thấm ướt, làm mềm nước), và các chất hoạt động bề mặt, chất nhũ hóa và các chất phân tán, tổng hợp khác,…

- Nhiệt độ dung dịch thường từ 30 - 700C Tẩy nóng để tăng hiệu quả và giảm thời gian tẩy

- Thời gian tẩy: 20 - 40 phút

Fe2O3 + 6HCl = 2FeCl3 + 3H2O

Fe3O4 + 8HCl = 2FeCl3 + FeCl2 + 4H2O FeO + 6HCl = 2FeCl2 + 3H2O

Fe + 6HCl = 2FeCl2 + H2 2FeCl3 + H2 = 2FeCl2 + 3HCl 2FeCl3 + Fe = 3FeCl2

Sau một thời gian sử dụng, nồng độ sắt trong dung dịch tăng lên, nồng độ HCl giảm đi, cần kịp thời bổ sung HCl bù vào đến giá trị lúc đầu

Độ hòa tan của FeCl2 trong dung dịch này có một giới hạn nhất định Khi đạt đến giới hạn đó sẽ không tẩy được nữa Trong thực tế phải thay mới dung dịch sớm hơn, trước khi nồng độ FeCl2 đạt đến giới hạn này để đảm bảo tốc độ tẩy Khi nồng độ FeCl2 đạt 170 mg/l nên thay mới dung dịch Nếu tẩy gỉ ở nhiệt độ trên 350C thì nồng độ FeCl2 có thể lên đến 200 mg/l mới phải thay dung dịch Nếu quá trình tẩy dầu mỡ không tốt sẽ phải tăng thời gian tẩy gỉ, tốn nhiều dung dịch tẩy gỉ

Khi tẩy gỉ lâu kim loại sẽ bị giòn do thấm nhiều hydro, làm hỏng cấu trúc tinh thể của thép, làm giảm cơ tính vật mạ và có thể gây dộp lớp mạ kẽm

2.3.2.3 Rửa

Công đoạn rửa là khâu quan trọng nhất trong công nghệ mạ Rửa tốt sẽ kéo dài thời gian sử dụng của các bể khác, giảm được lượng nước thải, giảm được phế phẩm, tăng chất lượng sản phẩm,… Sau khi tẩy dầu mỡ, tẩy gỉ vật cần mạ thường được rửa bằng cách nhúng chìm trong nước rửa Dung dịch từ bể này lẫn sang bể khác nhiều hay ít còn phụ thuộc vào cách treo sản phẩm có dễ róc nước hay không, thời gian chờ ráo phía trên để lâu hay nhanh

Dung dịch bám theo vật gia công: 5 - 20 lít/tấn tôn đen Dung dịch tẩy dầu lẫn sang dung dịch tẩy gỉ sẽ trung hòa axit của bể tẩy gỉ sẽ tiêu tốn và làm giảm nồng độ axit trong bể tẩy gỉ Axit và FeCl2 từ bể tẩy gỉ lẫn sang bể trợ dung và

xa hơn lẫn sang bể kẽm nóng sẽ sinh nhiều “kẽm cứng” và tiêu tốn nhiều kẽm hơn Vì cứ 1 g sắt lẫn vào bể kẽm nóng sẽ sinh ra 25 g kẽm cứng

2.3.2.4 Trợ dung

Mục đích:

- Loại bỏ hơi ẩm, oxit, tạp chất không tan trong axit

- Ngăn cản xảy ra oxit hóa bề mặt tại lúc nhúng vật vào bể kẽm

- Giúp kẽm nóng dễ thấm ướt bề mặt thép nên mạ dễ hơn

Trong phương pháp khô, thép được nhúng vào dung dịch ZnCl2 + NH4Cl ở 40 -

800C Thành phần dung dịch trợ dung bao gồm:

Thực ra có thể duy trì pH từ 1 đến 5, chọn pH 4,5 là để đảm bảo kết tủa hết ion

Fe3+ dưới dạng Fe(OH)3 xuống đáy bể, giảm lượng Fe đưa vào bể (nếu nhiều Fe đưa vào bể mạ sẽ sinh ra kẽm cứng)

Nồng độ tổng các muối trong trợ dung và tỷ lệ giữa ZnCl2 với NH4Cl là hai chỉ

số kỹ thuật rất quan trọng NH4Cl thường chiếm 40 – 60 % tổng lượng muối của trợ dung

NH4Cl có tác dụng làm khô nhanh bề mặt và làm sạch hết các oxit sắt trên mặt vật mạ (do nó bị phân hủy thành NH3 và HCl, có tác dụng tẩy gỉ bổ sung)

Các phản ứng sinh ra trong quá trình mạ kẽm nóng chảy dùng chất trợ dung

NH4Cl có thể được thể hiện như sau:

NH3 (khí) +HCl (MT)  NH4Cl (mù khói hơi trắng xóa)

Công đoạn tẩy rỉ không tốt, lớp FeO dầy sẽ tạo ra Fe và Fe mới được khử dễ dàng tác dụng với Zn, sinh thêm nhiều kẽm cứng:

nFe + mZn  FenZnm

Bề mặt tẩy gỉ kém chất lượng cần phải tăng hàm lượng NH4Cl trong trợ dung ZnCl2 được sinh ra dần trong các phản ứng nên ban đầu không cần dùng nhiều ZnCl2 ngăn cản quá trình oxy hóa bề mặt vật mạ trở lại, làm Zn dễ thấm ướt bề mặt Fe, điều này rất quan trọng khi phải sấy khô lâu

Hàm lượng sắt trong trợ dung đặc biệt quan trọng, có ảnh hưởng mạnh đến việc điều khiển quá trình công nghệ, làm tăng giá thành và gây hại cho môi trường, giảm chất lượng lớp mạ, sinh nhiều kẽm cứng, làm cho lớp mạ quá dày Sắt từ dung dịch tẩy gỉ lẫn sang dung dịch trợ dung rồi lẫn sang bể mạ kẽm nóng sẽ gây nên những hiện tượng trên

2.3.2.5 Sấy

Mục đích:

- Để nước trong trợ dung bám theo bề mặt bốc hơi hết (vì nước hay dung dịch đọng lại trong các khe, lỗ của vật cần mạ, khi được đun nóng đến

4500C trong bể Zn, nước sẽ biến thành hơi và thể tích đột ngột tăng lên cỡ

1750 lần thể tích của nước, đồng thời áp suất lên đên 50 MPa và gây ra

nổ, Zn lỏng bắn ra gây nguy hiểm và làm tiêu tốn Zn)

- Làm cho vật mạ nóng lên làm giảm mất nhiệt cho bể mạ, làm cho quá trình mạ ổn định hơn (vì chênh lệch nhiệt độ giữa vật mạ và bể mạ ít) Nhiệt độ sấy 150 - 2000C Thời gian sấy 8 - 10 phút

Bảng 7 Chiều dày trung bình của lớp kẽm [9]

Chiều dày sản

phẩm, mm

Chiều dày lớp kẽm nhúng, µm Trung bình Giới hạn thấp Giới hạn cao

Các chất trung gian nằm gần Fe sẽ giầu Fe, các chất gần Zn sẽ giàu Zn Quá trình tạo thành lớp mạ kẽm và các chất trung gian phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ kẽm lỏng, thời gian nhúng, thành phần hóa học của kẽm lỏng, bản chất vật liệu cần mạ và trạng thái bề mặt của vật mạ

Tốc độ hòa tan sắt phụ thuộc vào nhiệt độ thể hiện trên hình 6

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

Hình 6 Sự phụ thuộc của tốc độ hòa tan Fe vào nhiệt độ kẽm lỏng [9]

Tốc độ hòa tan sắt phụ thuộc vào thời gian nhúng được biểu diễn trên hình 7

0 500 1000 1500 2000 2500 3000

Căn cứ vào biểu đồ hình 7, chỉ nên mạ từ 8 đến 15 phút và không nên mạ lâu ở

bể có nhiệt độ cao Thời gian mạ chỉ cần để để nền thép đạt nhiệt độ của Zn lỏng trong bể Mạ Zn cho dây, băng thép tốc độ của chúng chạy qua bể Zn lỏng thường là 15 - 45 m/phút

1 Thành phần vật liệu của vật mạ

Vật bằng gang rất khó mạ kẽm nóng vì chứa nhiều C Ngoài ra vật bằng gang đúc trên bề mặt còn có lớp vỏ đúc, dính đất hay cát khuôn làm giảm độ bám lớp

mạ gang rèn trái lại, dễ mạ nóng vì bề mặt của nó không chứa C

Mạ kẽm cho vật đúc có hàm lượng Si, P cao sẽ làm tăng độ giòn cho kim loại vật mạ

Chất lượng sản phẩm mạ phụ thuộc vào thành phần của kim loại cần bảo vệ và phương pháp gia công chúng Thép để sản xuất tôn mạ nhúng kẽm chỉ nên chứa 0,12% C; 0,30 - 0,45 Mn; 0,015%P; 0,04% Si và không được chứa Si,

1

2