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SUMÁRIO
- Introdução.........................................................................................
- Galvanoplastia..................................................................................
- O que é galvanoplastia....................................................................
2.2 Como surgiram à galvanoplastia.....................................................
2.3 Tipos de galvanização.....................................................................
2.4 Realizações da galvanoplastia........................................................
2.5 Anodização......................................................................................
- Galvanização a fogo.........................................................................
3.1 Como surgiram à galvanização a fogo............................................
3.2 Como é o processo de galvanização a fogo...................................
- Processos Galvânicos.......................................................................
4.1 Cromagem.......................................................................................
4.2 Niquelagem......................................................................................
4.3 Zincagem.........................................................................................
4.4 Prateação.........................................................................................
4.5 Tops Coats (Selantes)......................................................................
- Indústria de Galvanoplastia............................................................... 5.1 Objetivos da Indústria......................................................................
- Meio Ambiente................................................................................... 6.1 Poluentes Gerados no processo..................................................... 6.2 Efluentes líquidos............................................................................ 6.3 Emissões Gasosas..........................................................................
6.4 Resíduos sólidos............................................................................. 6.5 Destinações finais...........................................................................
1. Introdução
O processo de eletrodeposição, denominado galvanoplastia, trata-se de um processo de revestimento de materiais condutores, ou não condutores, por metais a partir de uma solução contendo íons destes metais. Esse processo gera, como consequência, efluentes líquidos, resíduos sólidos e emissões gasosas, com considerável grau de toxicidade.
Basicamente, o processo de galvanoplastia 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.
Desta forma, são originados efluentes líquidos, emissões gasosas e resíduos sólidos que necessitam de tratamento específico. Dependendo dos procedimentos adotados durante o processo, é possível obter-se uma
Processo eletrolítico que consiste em revestir superfícies de peças metálicas com outros metais, mais nobres. Esse processo tem por objetivo proteger uma peça de metal da corrosão, bem como conferir melhor acabamento estético ou decorativo à mesma. De acordo com o Dicionário Rosseti de Química, podemos definir galvanoplastia como a tecnologia responsável pela transferência de íons metálicos de uma dada superfície sólida ou meio líquido denominado eletrólito, para outra superfície, seja ela metálica ou não. Este processo usa a corrente elétrica, sendo chamado de “eletrólise”.
2.2 Como surgiram a Galvanoplastia
O termo galvanização nasceu da descoberta do cientista Luigi Galvani (1757 - 1798) que consiste em aplicar uma camada de Zinco a um metal a fim de protegê-lo contra a corrosão.
Trata-se de um dos mais antigos processos industriais, que surgiu com a necessidade de obterem-se características físico-químicas diferentes das dos materiais utilizados para confecção de diferentes tipos de peças e equipamentos.
2.3 Tipos de Galvanização
Existem diferentes tipos de galvanização, como, a frio, a fogo, eletrolítica. Sendo um dos mais antigos e eficazes a zincagem por imersão a quente, ou galvanização a fogo. O principal objetivo deste processo é impedir o contato do material base, o aço (liga Ferro Carbono), com o meio corrosivo.
2.4 Realizações da galvanoplastia
A galvanoplastia é realizada através da eletrólise aquosa de um sal do metal a ser depositado sobre a peça metálica.
A peça metálica é colocada no cátodo de uma cuba eletrolítica contendo uma solução aquosa do sal.
Figura1. Eletrólise aquosa
2.5 Anodização
Anodização é um processo no qual a superfície de um metal, usualmente alumínio, é convertida, por oxidação eletrolítica, em um revestimento protetor. A anodização pode ser entendida como o oposto da eletrodeposição, na qual uma película metálica é depositada na superfície do metal. Em virtude de ser o revestimento obtido por anodização, na realidade, uma conversão da superfície, ela possui excelente aderência, pois está integrada com o próprio metal.
No processo de anodização, o alumínio funciona como ânodo, um outro metal, aço por exemplo, ou carbono, funciona como cátodo. O eletrólito dentro do qual é colocado o alumínio é geralmente ácido sulfúrico ou ácido crômico. Uma corrente elétrica é aplicada aos elementos que compõem o processo, convertendo a superfície do alumínio em um revestimento de óxido de alumínio. É possível também incorporar cores ao processo de anodização.
Os revestimentos de óxido assim obtidos apresentam muito boa resistência à abrasão, excelente proteção contra corrosão e boa rigidez
Academia Real Francesa. Entretanto, o método não foi muito utilizado até que outro químico francês, Sorel, obteve a patente, em 10 de maio de 1837, introduzindo a decapagem sulfúrica (a 9%) e a fluxagem com cloreto de amônio como etapas anteriores e fundamentais do processo. A principal parte do processo patenteado por Sorel é ainda atualmente utilizada. Em um apêndice à sua patente, datado de julho de 1837, Sorel denominou o método de “galvanização”, referindo-se à cela galvânica que é criada quando o revestimento de zinco é danificado. Como visto anteriormente, o aço é protegido galvanicamente pelo revestimento de zinco. O termo foi subsequentemente adotado a outros métodos de revestimento do aço pelo zinco, e, algumas vezes, é utilizado para a deposição metálica eletrolítica em geral. Para evitar confusão, a imersão do aço em zinco líquido deve ser referida como galvanização a fogo, ou, alternativamente, galvanização a quente. Uma patente inglesa para um processo similar foi depositada em 1837. Em 1850, a indústria de galvanização inglesa já utilizava 10.000 ton. de zinco por ano na proteção do aço. A galvanização a fogo pode ser encontrada em quase que todo tipo de aplicação e indústria onde o aço é empregado. As indústrias de utilidades domésticas, processos químicos, papel e celulose, construção civil, automotiva e de transporte, para numerar algumas poucas, tem feito grande uso, histórico, da galvanização, no controle da corrosão. E elas continuam a fazer uso da técnica ainda hoje.
3.2 Como é o processo de galvanização a fogo?
O processo de galvanização a fogo consiste em limpeza de peças de aço ou ferro fundido com posterior imersão no zinco líquido, esse processo de limpeza é um meio versátil e econômico de proteger estruturas, peças e equipamentos contra a corrosão. Esse processo consiste em 7 fases
(banhos) importantes para a limpeza e imersão de peças.
Primeiro Banho: Desengraxante - O processo inicia com o material a ser galvanizado sendo fixado em uma grua aérea, que percorre todo o comprimento da fábrica destinado ao processo. Após isso, o material preso à grua começa o processo sendo mergulhado em uma cuba repleta de soda cáustica. Isso gera vapor que é coletado pelos ventiladores para tratamento nas torres de lavagem de gases.
Segundo Banho: Lavagem - O segundo banho é feito com água quente para retirada do ácido e limpeza em geral, não gerando resíduos.
Terceiro Banho: Decapagem - Ácido muriático é o reagente do terceiro banho. Devido à saturação do ácido, o líquido é encaminhado à estação de tratamento via bombeamento.
Quarto Banho: Lavagem - Consiste na lavagem do material com água, para limpeza em geral. A água é enviada para tratamento através de bombas.
Quinto Banho: Fluxagem - Na fluxagem são utilizados o cloreto de amônia e o cloreto de zinco. Serve para abrir os poros do ferro para maior ancoragem do zinco. Essa etapa do processo gera vapor que é encaminhado à torre de lavagem.
Sexto Banho: Banho de zinco fundido - Processo efetivo de proteção do ferro, que é mergulhado em cuba com zinco derretido. Gera a borra de zinco na superfície e o zinco ferro no fundo. Ambos resíduos são removidos e vendidos para terceiros.
É extremamente aderente quando depositado sobre aço, o que torna, juntamente com sua dureza muito empregado para fins industriais.
Por outro lado, como o cromo repele óleos e meios aquosos deve ser tornado rugoso quando usado em superfícies que devem ser lubrificadas.
Podem ser formados vários tipos de camadas de cromo, conforme o banho utilizado, e conforme sejam as condições de deposição. Assim temos o cromo brilhante, mais usado para fins decorativos. O cromo duro, não brilhante, que pode ser isento de fissuras ou microfissurado para fins técnicos, tendo uma espessura maior do que o cromo brilhante.
Boa resistência à corrosão e acabamento decorativo é obtida quando se deposita uma camada de níquel, previamente à camada de cromo brilhante.
4.2 Niquelagem
O níquel é um metal duro, de cor cinza claro, bastante resistente ao ataque químico de vários ácidos, bases e da água. É atacado pelo ácido nítrico, clorídrico e amoníaco.
O níquel depositado eletroliticamente pode ser fosco ou brilhante, dependendo do banho utilizado. Em contato com o ar o níquel sofre embaçamento rápido. Geralmente após a niquelação é feita uma cromagem, o que evita o embaçamento e aumenta a resistência à corrosão.
Defeitos comuns em banho de níquel:
- Porosidade e Aspereza: Porosidade é produzida por inclusão de gases óleos que podem estar no depósito ou na superfície do metal a ser beneficiado. A maioria das porosidades é causada por bolhas de hidrogênio, ar dissolvido, dióxido de carbono dissolvido, ou gotas de óleos ou graxas dispersas.
Um dos melhores métodos para prevenir a porosidade é a agitação da solução.
Aspereza é produzida por partículas presentes na solução, as quais durante a deposição ficam encapsuladas no depósito.
A prevenção de aspereza pode ser feita com a filtração que ajuda a manter a solução limpa de uma série de impurezas internas e externas.
- Aderência: Falta de aderência pode ser definida como a separação da camada depositada do metal-base ou separação de camadas dentro do próprio depósito. A maior parte dos problemas de aderência que ocorrem na niquelação procede de fatores externos do banho de níquel. Nestes casos, os mais diversos problemas podem causar a presença de filmes na superfície, tais como: insuficiente desengraxamento, formação de óxidos e filmes de óleo na superfície dos tanques operacionais. Baixa ductilidade ou alta tensão interna no depósito pode contribuir para os problemas de aderência, quando a limpeza da superfície não for bastante cuidadosa.
4.3 Zincagem
O processo aplicação de revestimento de zinco pode ser realizado das seguintes maneiras:
- Zincagem por Imersão a Quente; (ou a fogo), passando a peça através de zinco fundido;
- Zincagem ou Galvanização Eletrolítica; (a frio) por eletrodeposição de zinco, no qual se tem uma superfície mais lisa e brilhante, porém com menor camada que pelo procedimento a fogo. Ela se denomina desta maneira porque quando o aço e o zinco entram em contato em um meio úmido é criada uma diferença de potencial elétrico entre os metais.
Na imersão da peça em zinco fundido (zincagem), existem alguns fatores que vão influenciar na formação do revestimento:
- Material base que compõe a peça
Existem alguns metaloides na composição do aço que são elementos aceleradores na reação Fe-Zn. O silício é o maior ativador na geração das fazes Fe-Zn, proporcionando rapidamente cristais longos e espessos. Quando o teor deste elemento é superior a 0,12% já se observa seu efeito com o crescimento da fase Zeta até a superfície, do recobrimento acinzentado e/ou áspero. A espessura do revestimento será maior que o especificado, podendo ser 2x maior.
Quanto maior rugosa a superfície, mais espessa é a camada de zinco, isto é explicado pelo fato de se ter maior superfície exposta à reação entre o Zn e o Fe, trazendo maior ancoragem mecânica da última camada que fica por arraste durante a remoção da peça.
- Velocidade de imersão e remoção
A imersão deve ser a mais rápida possível a fim de que a camada tenha o mesmo tempo de formação em toda a peça. A velocidade recomendada varia entre 6 e 7m/min.
A remoção deve ser mais lenta e constante para proporcionar um revestimento mais uniforme. A última camada (Eta) é formada por arraste de material da superfície do banho durante a remoção. A velocidade recomendada é por volta de 1,5m/min.
A temperatura de fusão do zinco é por volta de 419°C. A temperatura de trabalho está entre 430 e 460°C. Temperatura mais elevada acelera a reação Fe-Zn, gerando cristalizações grosseiras e frágeis com uma aparência externa irregular, além de afetar seriamente a vida útil da cuba, pois acima de 470°C, a reação do zinco com as paredes da cuba se torna mais intensa.
A camada cresce com o tempo de imersão. Até aproximadamente 1 minuto ela cresce rapidamente: a partir daí, ela é lenta. O tempo mínimo permitido de imersão é aquele necessário para que toda a peça esteja na mesma temperatura do zinco fundido.
Tempo de Imersão
Espessura (um) Sem jateamento
Com jateamento 15 s 33 80 30 s 52 110 60 s 60 130 2 min. 82 180 3 min. 110 220
exposta, durante sua vida útil, para definir a espessura de camada a ser aplicada.
4.4 Prateação
A prata metal é dúctil, de baixa dureza, ótimo condutor elétrico e térmico, não oxida, porém em contato com sulfetos ela formará uma película escura na superfície. A prata é solúvel em ácido nítrico, ácido sulfúrico e em cianeto de potássio.
As maiores partes dos metais precipitam prata por simples imersão das soluções normalmente usadas para prateação. A camada assim depositada não tem boa aderência no substrato.
Para prevenir esse defeito recomenda-se a prateação.
Os banhos de pré prateação do aço contêm baixo teor de prata e relativamente alto teor de cianeto livre.
A pré-prateação do aço geralmente é feita em duas etapas: a primeira, em solução contendo, além da prata, cobre a segunda, na solução convencional de pré-prateação.
Além de assegurar a boa aderência da prata do metal-base, a pré- prateação melhora a penetração e a distribuição da camada.
Em razão da rápida passiva do níquel eletrodepositado é recomendada a sua ativação antes da pré-prateação. Na mesma forma é importante a pré- ativação das ligas de níquel (alpaca kovar) e do aço inoxidável.
Os banhos de prata mais usados são os cianídricos, compostos principalmente de cianeto de prata e de cianeto de potássio ou sódio.
A prata está presente na forma de complexo duplo KA(CN)2 ou NaAg(CN)2.
Os banhos de base de potássio são preferidos porque permitem deposição mais rápida, são mais tolerantes aos carbonatos e a camada formada tem uma cristalização mais fina.
Apesar da grande variedade das formulações conhecidas, as quais trabalham em diversas condições, na prática as mesmas poderão ser divididas em apenas três tipos, como segue:
- Banhos convencionais com baixo teor de prata
- Banhos rápidos com consideravelmente mais alto teor de prata;
- Banhos de prata brilhante.
4.5 Tops Coats (selantes)
Durante os últimos dez anos ocorreu a chegada das passivações seladas, que, de modo especial, apoiaram o desenvolvimento das aplicações industriais do zinco e, particularmente, do zinco alcalino, isento de cianeto.
A definição “passivação selada” é o efeito melhorado da resistência à corrosão de peças sujeitas a condições termodinâmicas (temperatura, umidade, etc.). Para poder responder do melhor modo a estas solicitações, os pesquisadores concentraram sua atenção sobre as propriedades dos géis e das suspensões coloidais de alguns elementos.
A química dos óxidos de Si, Ti, Al mostra as possibilidades em um futuro ainda desconhecido entre o estado sólido e o líquido ou das partículas de dimensões nanométricas, oferecendo propriedades de ligações reversíveis com água e os íons.
É consequência da capacidade de permuta sob o efeito da temperatura (hidratação-desidratação) ou sob o efeito da corrosão (bloqueio dos agressores, liberação dos inibidores).
As passivações seladas conferem ao depósito de zinco cromatizado
Cromo: dureza, resistência ao desgaste e embelezamento da peça, a partir de ácido sulfúrico e anidrido do ácido crômico.
Níquel: proteção da peça e proporcionar uma base para a cromação, a partir de sulfato de níquel e sais de amônio.
Zinco: resistência à corrosão e embelezamento da peça, a partir de sulfato de zinco, cloreto de zinco, sulfato alcalino, ácido bórico, sais de alumínio, cloretos de zinco, sódio e hidróxido de sódio.
Cadmio: resistência à corrosão e embelezamento da peça, a partir de óxidos ou cianeto de cádmio em cianeto de sódio.
Cobre: embelezamento da peça a partir de sulfato de cobre, ácido bórico, cianeto de sódio, cianeto de cobre, bissulfeto de sódio, carbonato de sódio e tártaro de sódio e potássio.
Outro fator importante na indústria galvânica é o tratamento das soluções eletrolíticas para aumentar a vida útil dessas, a eficácia e a qualidade do processo, diminuindo o custo operacional (menor gasto se energia elétrica, menor consumo de água, menor geração de efluentes). A solução de banho é bombeada diretamente do tanque de processo.
Figura 3. Indústria de Galvanoplastia
6. Meio Ambiente
6.1 Poluentes gerados no processo
Tratar os poluentes gerados nos diversos tipos de empresas da área de tratamento de superfície é extremamente necessário e indispensável, independente do volume do descarte.
6.2 Efluentes Líquidos
Efluentes líquidos são provenientes do descarte de:
- Banhos químicos;
- Produtos auxiliares (desengraxantes, decapantes, passivadores);
- Águas de lavagem;
- Óleos solúveis ou não, para corte ou revestimento das peças. Os efluentes líquidos, geralmente, são coloridos. Alguns com temperatura superior a ambiente e emitem vapores, seus PHs geralmente atingem os extremos ácido ou alcalino.
No caso dos óleos, geralmente, verificam-se manchas no solo, principalmente nos locais de acúmulo de sucatas.
6.3 Emissões gasosas
As emissões gasosas são provenientes de:
