Tratamento de efluente em galvanoplastia

Tratamento de efluente em galvanoplastia

(Parte 1 de 3)

Fatec São Paulo

FACULDADE DE TECNOLOGIA DE SÃO PAULO

GLEISON HARISON MOREIRA

LUCINETE MASSEIS DE CARVALHO

GALVANOPLASTIA

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SÂO PAULO 2012

Fatec São Paulo

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FACULDADE DE TECNOLOGIA DE SÃO PAULO

GLEISON HARISON MOREIRA

LUCINETE MASSEIS DE CARVALHO

GALVANOPLASTIA

Trabalho apresentada à Faculdade de Tecnologia de São Paulo, como parte Integrante da matéria de TEIND do curso de Tecnólogo em Hidráulica e Saneamento Ambiental.

Professor Paulo

SÂO PAULO 2012

SÚMÁRIO

1. INTRODUÇÂO

Galvanoplastia é um ramo da indústria metal-mecânica onde se realiza o tratamento de superfícies metálicas ou plásticas mediante processos químicos ou eletrolíticos, sendo considerada uma das mais tóxicas entre os mais diversos tipos de indústrias devido à presença de metais pesados.

O objetivo da galvanoplastia é prevenir a corrosão, aumentar a dureza e a condutividade das superfícies, além de tornar os produtos com aparência mais atrativa através da deposição de uma fina camada metálica sobre a superfície.

Os processos de galvanização geram em geral graves problemas de poluição nos ecossistemas aquáticos devido aos seus despejos conterem metais pesados e grande quantidade de materiais dissolvidos e suspensos, ocasionando altos valores de cor e turbidez, respectivamente.

O efeito acumulativo desses metais pesados pode causar alterações em órgãos do sistema cardiovascular, lesões no córtex, na capa granular, perda de coordenação dos movimentos, entre outros. Tratar os poluentes gerados em indústrias galvânicas é, portanto, indispensável.

2. PROCESSO DE GALVANIZAÇÃO

A galvanoplastia é um processo químico que consiste no depósito de finas camadas de um metal sobre superfícies de corpos metálicos ou não, por meios químicos ou eletroquímicos, a partir de soluções aquosas que contêm metais, tais como, o cromo, o níquel, o cobre, o zinco, o cádmio, entre outros, seguidos de enxágues com água para limpeza.

O processo de galvanização, basicamente envolve uma sequência de banhos consistindo de etapas de pré-tratamento, de revestimento e de conversão de superfície. Entre estas etapas, a peça sofre um processo de lavagem.

A tecnologia da galvanização é semelhante para todos os metais base, diferindo somente em detalhes de operações. Em todos os tratamentos de superfície metálica, a superfície a ser recoberta deve estar limpa, isto é, isenta de qualquer substância estranha, esta condição é fundamental para que se consiga um revestimento de boa aderência, uniforme e aparência. O processo de preparação da superfície consiste, basicamente, das seguintes etapas.

Acabamento mecânico;

Remoção de óleos e graxas (desengraxe);

Remoção de camada de óxido (decapagem).

O acabamento mecânico se faz necessário para dar a uma peça estampada, fundida, forjada, extrudada, injetada, etc., condições de perfeição técnica para receber um acabamento superficial decorativo, protetor ou funcional.

Este acabamento consiste de três etapas: escovação, lixamento e polimento.

A escovação tem a finalidade de remover camadas de óxido, resíduos de tinta, resíduos de solda, para isso normalmente se utilizam escovas de aço ou latão.

O lixamento remove rebarbas e dá acabamento em quinas, sendo também

utilizado para a remoção de camadas mais aderentes de óxido ou de excesso de soldas e nivelamento. Nessa etapa, são utilizados rolos de esmeril ou de lixas, lixas de correia, dentre outras formas.

O polimento permite deixar a superfície da peça extremamente lisa, sob o ponto de vista macroscópico, reduzindo com isso a área a ser tratada, pois uma superfície lisa necessita uma quantidade menor de metal a ser depositado em relação a uma superfície áspera. A superfície não apresentando fissuras, poros ou frisos, também evita que íons fiquem retidos nesses locais, facilitando a posterior oxidação, ou então graxas que impeçam um contato elétrico perfeito Neste processo, são utilizados rolos de feltro, tecido simples, tecido e sisal. O material abrasivo é transferido para esses rolos, através de barras abrasivas, compostas por um material aglomerante e o abrasivo. Os abrasivos utilizados são: esmeril (óxido de alumínio e de ferro com 57 a 75 % de óxido de alumínio), corundum (óxido de alumínio natural), carbeto de silício e alumina (óxido de alumínio artificial). Dentre estes abrasivos, o mais utilizado é a alumina .

Após o pré-tratamento mecânico as peças são submetidas ao pré-tratamento químico chamado desengraxamento. O desengraxamento funciona como uma etapa preliminar e obrigatória para a deposição, atuando de forma específica e, visa a eliminar óleos e graxas que se encontram aderidos às peças metálicas. Tais contaminantes são provenientes de diversas fontes: do contato com as mãos; de óleos empregados para proteção durante o armazenamento e o transporte; de óleos usados nas operações de corte; de estampagem; de trefilagem; de pastas de polimento, etc.

Para as diferentes propriedades das graxas e óleos que aderem aos metais, três processos principais de desengraxamento são usados na prática: com solventes orgânicos ou emulsões, o alcalino e o alcalino eletrolítico.

O desengraxamento com solventes tem se ampliado nos últimos anos devido à eliminação simples e rápida de toda classe de óleos e graxas, entretanto, apresenta como desvantagem o seu alto custo e a sua toxidez (cancerígeno). Já o desengraxamento com emulsões apresenta uma qualidade insuficiente para a posterior eletrodeposição, necessitando ainda de um desengraxamento mais fino, alcalino por imersão e/ou eletrolítico citado Exemplos típicos de solvente utilizados são o tri e tetracloroetileno e o percloroetileno.

O desengraxe alcalino de forma geral, remove a maior parte dos resíduos de óleo e de graxas, mas uma fina camada de resíduos persiste sobre a superfície da peça. Como o processo de revestimento necessita de uma superfície isenta desses resíduos, faz-se necessário realizar um segundo processo para a remoção total desses resíduos. Normalmente, o desengraxamento eletrolítico é empregado após o desengraxamento a quente (alcalino), com o propósito de formar uma superfície metálica microscopicamente limpa e totalmente molhada, o que permite uma galvanização isenta de manchas e com boa aderência. O desengraxante alcalino é composto por soluções quentes de sais e bases com as mais diversas composições, sendo os principais ingredientes, hidróxidos, carbonatos, fosfatos, silicatos e boratos (todos de sódio) juntamente com detergentes e outras substâncias tensoativas e pode ser aplicado de forma manual ou por imersão. O processo a ser utilizado dependerá da natureza do substrato e dos resíduos a serem removidos. Em geral, um banho de desengraxe dura cerca de duas semanas. Após esse período há o descarte de banho.

O banho de desengraxamento eletrolítico geralmente utiliza uma solução à base de compostos de cianeto ou sais de sódio. Este banho eletrolítico pode ser anódico, quando utiliza soluções ácidas, ou catódico, quando utiliza soluções alcalinas. O desengraxamento alcalino apresenta a composição dos banhos praticamente com as mesmas propriedades mencionadas para os banhos alcalinos, sendo considerado como uma combinação do processo alcalino com corrente elétrica.

Em geral, este processo é considerado o mais eficiente devido à formação de gases (H2 ou O2), que arrastam as impurezas retidas em regiões de difícil acesso.

A etapa de decapagem ácida consiste na remoção de óxidos, hidróxidos ou outros tipos de impurezas sólidas pela imersão da peça em uma solução ácida.

O processo decapante mais empregado utiliza soluções aquosas diluídas de ácidos minerais, tensoativos e inibidores. Os inibidores são substâncias que impedem a ação do ácido sobre o metal sem interferir na dissolução dos óxidos, e os agentes tensoativos são substâncias que reduzem a tensão superficial, facilitando a penetração e a molhabilidade, eliminando alguma sujeira orgânica superficial; os ácidos mais comumente usados na prática são os ácidos sulfúrico e clorídrico.

A operação de decapagem pode ser muito acelerada com o emprego de corrente

elétrica, o que constitui a decapagem eletrolítica. Neste processo, o oxigênio e o hidrogênio desenvolvidos pela eletrólise ajudam mecanicamente a remoção da camada de óxido, ao mesmo tempo em que a solução decapante atua quimicamente na dissolução deste óxido.

Segundo Verlag (1973) devido ao desenvolvimento da técnica e dos processos, torna-se difícil traçar uma separação nítida dos conceitos de “desengraxar” e “decapar”, uma vez que existem banhos desengraxantes com ação desoxidante, bem como banhos decapantes com propriedades desengraxantes.

Em cada estágio químico ou eletrolítico, um pouco de líquido permanecerá sobre

a peça metálica, necessitando ser removido ou deslocado por meio de uma boa lavagem, para que não ocorra a subseqüente contaminação dos banhos e o comprometimento do processo de eletrodeposição. A quantidade de líquido, introduzida ou carregada, depende de diversos fatores, entre eles pode-se citar: a forma e colocação das peças (bordos, furos e lugares ocos), o tempo de espera entre um estágio e outro, concentração, temperatura, viscosidade, ou tensão superficial do líquido, e filmes que restam sobre a superfície .metálica.

O processo propriamente dito de galvanização se inicia após a completa remoção de poeira, óleo, ferrugem ou outras impurezas (principalmente óxidos), e da perfeita lavagem das peças para remoção dos produtos desengraxantes e/ou decapantes. No revestimento da superfície (eletrodeposição de metais) à deposição eletrolítica, o processo é dado pela aderência do metal que se desprende do ânodo atravessando o banho, a qual se chama de eletrólito, pela ação da eletricidade (PASQUALINI, 2004). A 10

habilidade de um banho produzir uma camada de revestimento com espessura

relativamente uniforme numa superfície metálica com geometria macroscopicamente complexa é denominada poder de penetração. Geralmente os banhos ácidos de sais simples apresentam um baixo poder de penetração, enquanto que os banhos alcalinos de sais complexos apresentam um alto poder de penetração

A forma e a estrutura de um depósito metálico obtido eletroliticamente depende não somente do metal base e do eletrodepositado, mas também das condições em que se processa a eletrólise. Uma grande diversidade de estruturas dos depósitos metálicos, desde depósitos lisos, aderentes e regulares, até os arborescentes formados de grossos cristais sobrepostos, podem ser obtidos variando-se as condições de eletrólise (temperatura, densidade de corrente, pH, agitação) Verlag (1973)

No processo de eletrodeposição, geralmente, a qualidade do acabamento superficial é atribuída a duas propriedades dos banhos, o nivelamento (micro-penetração) e o abrilhantamento. A adição de niveladores aos banhos eletrolíticos permite atenuar ou eliminar as microirregularidades superficiais presentes no substrato, e a adição de abrilhantadores permite a obtenção de depósitos brilhantes

Entre os vários tipos de processos de tratamento de superfícies disponíveis (zincagem, cobreagem, estanhagem, niquelação, cromagem, etc), cada um segue, após a limpeza mecânica e química da peça ou metal base, uma seqüência de banhos eletrolíticos específicos. Dependendo do tipo de acabamento metálico, efluentes líquidos com características diversas são gerados, em decorrência principalmente das águas de lavagem.

2.1. Zincagem

O zinco é um metal de cor cinza, sendo um dos elementos mais encontrados na terra. Pode ser encontrado no ar, no solo, na água e está naturalmente presente nos alimentos. Bastante mole e tem como propriedade mais importante a proteção à corrosão de substratos de ferro. O zinco se distribui pelo ar, pela água e pelo solo como resultado de processos naturais e atividades humanas. Grande quantidade deste elemento entra no ambiente como resultado de atividades antropogênicas, como mineração, purificação do

zinco, chumbo, cádmio, produção de aço, queima de carvão e de lixo. O lixo das indústrias químicas, o esgoto doméstico e corrente de água de solos contendo zinco pode transportar zinco para as águas

O zinco é um elemento essencial para o crescimento, porém, em concentrações acima de 5,0 mg/L, confere sabor à água e uma certa opalescência a águas alcalinas apresenta efeito tóxico sobre os peixes, assim como sobre as algas. Entretanto, o zinco em quantidades adequadas é um elemento essencial e benéfico para o metabolismo humano, sendo que a atividade da insulina e diversos compostos enzimáticos dependem da sua presença.

O processo de zincagem é o mais empregado, em vista da fácil aplicação, resultando em produtos mais baratos do que os obtidos por outros tipos de revestimentos similares, além do fato de não ocasionar problemas de aderência. A aplicação da camada de zinco pode ser feita eletroliticamente ou quimicamente (zincagem a fogo), sendo esta última feita a altas temperaturas (em torno de 500°C). Por esse motivo, a zincagem eletrolítica é feita quando a peça sofre deformações, quando aquecida.

Para aumentar a resistência à corrosão branca e à abrasão da camada de zinco e melhorar o seu aspecto visual, realiza-se a cromatização após a zincagem. A camada formada tem diferentes colorações, dependendo da espessura da mesma. Caracteriza-se por ser de cor iridiscente.

Na Tabela 1 são apresentadas as soluções típicas de deposição de zinco.

Até 1970, praticamente todos os banhos de deposição de zinco eram os chamados “alto” cianeto, contendo cerca de 100 g/L de cianeto de sódio, o que garantia um bom depósito de zinco, com boa penetração e poder de cobertura, gerando depósitos com espessura e aparência uniforme. Devido a restrições ambientais, surgiram os banhos alcalinos sem cianeto, tendo como base solução de zincato. O zincato deposita metal escuro e esponjoso, apresentando assim, pouca robustez no banho, necessitando de um controle mais rigoroso do processo. Já os banhos a base de cloreto (sem cianeto) produzem depósitos de excelente qualidade sobre uma ampla variedade de substratos .

2.1.2. Cobreação

O cobre é um metal avermelhado, bom condutor de calor e eletricidade. Por ser

um metal maleável pode ser polido facilmente. Em contato com o ar, oxida-se

rapidamente, adquirindo uma camada de óxido sobre sua superfície. É essencial à vida e uma pessoa adulta tem no organismo cerca de 100 mg de Cu. Embora pequenas quantidades de cobre sejam essenciais, quantidades maiores são tóxicas. As necessidades diárias na alimentação são da ordem de 4 a 5 mg de cobre, e em animais a deficiência desse metal resulta na incapacidade de aproveitar o ferro armazenado no fígado, causando anemia e a absorção em excesso pelo homem pode resultar no mal de Wilson, no qual o excesso de cobre é depositado no cérebro, ossos, pâncreas, miocárdio e fígado.

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