CHỈÅNG 5 : ÀN MN V BO VÃÛ VÁÛT LIÃÛU 5.1.KHẠI NIÃÛM VÃƯ ÀN MN KIM LOẢI : Trong quạ trçnh sỉí dủng, cáúu trục v tênh cháút ca váût liãûu bë biãún âäøi theo thåìi gian lm cho váût liãû bë thoại hoạ âi. Âäúi våïi váût liãûu kim loải ngun nhán thoại hoạ chúu l do hiãûn tỉåüng àn mn. Do vë trê quan trng ca váût liãûu kim loải trong nãưn kinh tãú nãn váún âãư bo vãû kim loải chäúng sỉû phạ hu do àn mn ln âỉåüc quan tám k lỉåỵng. Ngỉåìi ta ỉåïc tênh tiãu hao cho àn mn v bo vãû kim loải åí cạc nỉåïc cäng nghiãûp phạt triãøn chiãúm cåỵ 4,20% GDP. Täøn hao kim loải do àn mn ráút låïn, cỉï cọ nàm nh mạy luûn kim thç cọ mäüt nh mạy sn xút kim loải âãø b cho täøn hao âọ . Chi phê cho váún âãư àn mn v bo vãû kim loải åí Phạp l 88 t fràng (1982), åí M l 70 t USD (1975). Àn mn kim loải l sỉû phạ hu chụng do tạc dủng âiãûn hoạ hay hoạ hc ca mäi trỉåìng xung quanh. Quạ trçnh àn mn kim loải chia ra hai loải : *àn mn hoạ hc (àn mn khä) : l quạ trênh àn mn xy ra khi kim loải tạc dủng våïi dung dëch khäng âiãûn ly v khê khä. *àn mn âiãûn hoạ : l sỉû àn mn kim loải trong moii trỉåìng cháút âiãûn gii, trong âọ sỉû ion hoạ ca ngun tỉí kim loải, sỉû khỉí ca cháút äxy hoạ khäng phi xy ra chè trong mäüt phn ỉïng trỉûc tiãúp. Âáy l dảng àn mn phäø biãún nháút trong kim loải. 5.1.1.Täúc âäü àn mn : Âãø xạc âënh täú c âäü àn mn kim loải ta sỉí dủng hai cạch sau : a-Täøn tháút trng lỉåüng (P TL ) : l trng lỉåüng kim loải täøn tháút trãn mäüt âån vë bãư màût, trong mäüt âån vë thåìi gian. P TL = 1 . mm St − 2 mg/dm 2 .ngy. (5.1) Trong âọ : - m 1 , m 2 : l trng lỉåüng máùu kim loải trỉåïc v sau khi bë àn mn, mg -S : diãûn têch bãư màût kim loải, dm 2 -t : thåìi gian, ngy. b-Âäü thám nháûp P TN : tênh theo chiãưu sáu kim loải bë àn mn trong mäüt nàm. P TN = .0,0365 TL P ρ mm/nàm (5.2) Trong âọ : -ρ : l trng lỉåüng riãng ca kim loải, G/cm 3 Ngoi ra täúc âäü àn mn cọ thãø âỉåüc âo bàòng máût âäü dng âiãûn àn mn I hồûc thãø têch khê hydrä thoạt ra. 5.1.2.Âiãûn thãú âiãûn cỉûc : Khi kim loải tiãúp xục våïi cháút âiãûn ly thç tải bãư màût tiãúp xục s xy ra sỉû tạc dủng giỉỵa cháút âiãûn ly v kim loải. Tải vng phán chia giỉỵa hai pha (kim loải - dung dëch âiãûn ly) xút hiãûn låïp âiãûn têch kẹp cọ âiãûn thãú nháút âënh gi l âiãûn thãú âiãûn cỉûc. Vê dủ : nhụng Cu vo dung dëch sunphat âäưng, giỉỵa âäưng v dung dëch cọ cán bàòng sau : 69 ọxy hoaù Me ---------------- Me n+ + ne khổớ Khi coù quaù trỗnh cỏn bũng giổợa õióỷn cổỷc vaỡ dung dởch coù õióỷn thóỳ õióỷn cổỷc cỏn bũng E tờnh theo hóỷ thổùc Nernst : E = E O + RT nF ln a (5.3) Trong õoù : -R : hũng sọỳ khờ, R = 8.31441J/mol. O K -T : nhióỷt õọỹ tuyóỷt õọỳi, O K -F : hũng sọỳ Faraõỏy, F = 96 500 C/mol -a :hoaỷt õọỹ cuớa ion Me n+ trong chỏỳt õióỷn giaới -E O : õióỷn thóỳ õióỷn cổỷc tióu chuỏứn cuớa kim loaỷi ổùng vồùi dung dởch coù hoaỷt õọỹ a = 1 Trong thổỷc tóỳ ta khọng thóứ õo trổỷc tióỳp giaù trở tuyóỷt õọỳi õióỷn thóỳ õióỷn cổỷc cỏn bũng (thuỏỷn nghởch) giổợa kim loaỷi vaỡ dung dởch chổùa muọỳi cuớa chuùng. Ta thổồỡng tióỳn haỡnh õo õióỷn thóỳ õióỷn cổỷc bũng pin õióỷn hoaù gọửm hai nổớa pin : mọỹt nổớa pin laỡ õióỷn cổỷc kim loaỷi nghión cổùu, nổớa kia laỡ õióỷn cổỷc so saùnh. ióỷn thóỳ tióu chuỏứn cỏn bũng ồớ 25 o C cuớa mọỹt sọỳ phaớn ổùng phỏn cổỷc Phaớn ổùng ióỷn thóỳ tióu chuỏứn cỏn bũng so vồùi õióỷn cổỷc hyõrọ E 0 , V Au 3+ + 3e Au O 2 + 4H + + 4e 2H 2 O Ag + + e Ag O 2 + 2H 2 O + 4e 4OH - Cu 2+ + 2e Cu 2H + + 2e H 2 Pb 2+ + 2e Pb Sn 2+ + 2e Sn Fe 2+ + 2e Fe Cr 3+ + 3e Cr Zn 2+ + 2e Zn Al 3+ + 3e Al Mg 2+ + 2e Mg Na + + e Na 1.50 1.23 0.80 0.40 0.34 0.00 -0.13 -0.40 -0.44 -0.74 -0.76 -1.67 -2.37 -2.71 70 5.2.CẠC DẢNG ÀN MN KIMLOẢI 5.2.1.Àn mn hoạ hc : Dảng àn mn ny xy ra do tạc dủng hoạ hc ca kim loải våïi mäi trỉåìng lm viãûc ca chụng v âỉåüc chia lm hai loải : a-Àn mn trong dung dëch khäng âiãûn ly : Âa säú cạc cháút hỉỵu cå khäng l cháút âiãûn ly, do váûy chụng khäng dáùn âiãûn nãn khäng xy ra àn mn âiãûn hoạ. Vê dủ : thẹp cạc bon lm viãûc trong cạc dung mäi hỉỵu cå, cạc nhiãn liãûu lng hçnh thnh tỉì cạc lai cạc bua hydrä khäng dáùn âiãûn. Nãúu cọ chỉïa nỉåïc s xy ra àn mn âiãûn họa. b-Àn mn khê : L quạ trçnh àn mn hoạ hc xy ra trong khê khä åí nhiãût âäü cao. Vê dủ : sỉû ä xy hoạ cạc chi tiãút trong l nung, âäüng cå âäút trong, âäüng cå phn lỉûc . Quạ trçnh àn mn khê xy ra do tạc âäûng âäưng thåìi ca nhiãût âäü cao v cạc khê àn mn (xám thỉûc) nhỉ : O 2 , S 2, Cl 2 vo kim loải. Täúc âäü àn mn khê phủ thüc vo tênh cháút kim loải v håüp kim, tênh cháút ca mäi trỉåìng khê åí nhiãût âäü cao v tênh cháút ca cạc sn pháøm àn mn. Quạ trçnh äxy hoạ l âiãøn hçnh nháút ca àn mn khê v âỉåüc biãøu diãùn båíi phỉång trçnh sau âáy : mMe (r) + 4 mn O 2 (k) = Me m O mn/2 (r) (5.4) Âãø âạnh giạ kh nàng lm viãûc ca kim loải åí nhiãût âäü cao ta càn cỉï vo hai âàûc trỉng sau âáy : *Bãưn nhiãût : kh nàng kim loải cọ âäü bãưn cå hc åí nhiãût âäü cao. *Chëu nhiãût : kh nàng kim loải bãưn àn mn khê åí nhiãût âäü cao. 5.2.2.Àn mn âiãûn họa 1-Khại niãûm : Khi nghiãn cỉïu quạ trçnh lm viãûc ca pin Cu-Zn trong dung dëch âiãûn l ta tháúy ràòng Zn bë mn dáưn do hiãûn tỉåüng ho tan. Trong pin ny km âọng vai tr anät v phn ỉïng âiãûn hoạ trãn anät nhỉ sau : Zn -2e = Zn 2+ Trong váût liãûu kim loải cọ cáúu tảo båíi hai hay nhiãưu pha do váûy giỉỵa cạc pha ny xy cạc quạ trçnh anät v catät lm cho kim loải bë phạ hu. Trãn bãư màût kim loải hçnh thnh ráút nhiãưu anät v catät, do váûy hçnh thnh mäüt hãû thäúng ráút nhiãưu cỉûc. Täúc âäü àn mn âiãûn họa l täøng täúc âäü àn mn ca nhiãưu pin củc bäü v phủ thüc vo âiãûn thãú âiãûn cỉûc. àn mn âiãûn họa ca kim loải gäưm ba quạ trçnh cå bn : quạ trçnh anät, quạ trçnh catät v quạ trçnh dáùn âiãûn. Quạ trçnh anät l quạ trçnh äxy hoạ âiãûn hoạ, trong âọ kim loải chuøn vo dung dëch dỉåïi dảng ion v gii phọng âiãûn tỉí, kim loải bë àn mn theo phn ỉï ng : Me → Me n+ + ne Quạ trçnh catät l quạ trçnh khỉí âiãûn ho, trong âọ cạc cháút oxy hoạ (Ox) nháû âiãûn tỉí do kim loải bë àn mn gii phọng : Ox + ne → Red Red l dảng cháút khỉí (Ox.ne) 71 Ox laỡ daỷng chỏỳt ọxy hoaù, thổồỡng laỡ H + hay O 2 thỗ quaù trỗnh catọt seợ laỡ : H + + e H hp H hp + H hp H 2 (H hp laỡ hydrọ hỏỳp phuỷ), trong trổồỡng hồỹp nay goỹi laỡ sổỷ n moỡn vồùi chỏỳt khổớ phỏn cổỷc hydrọ. Nóỳu Ox laỡ O 2 thỗ : *Vồùi mọi trổồỡng axit quaù trỗnh catọt seợ laỡ : O 2 + 4H - +4ne 2H 2 O *Vồùi mọi trổồỡng trung tờnh hay bazồ quaù trỗnh catọt seợ laỡ : O 2 + 2H 2 O +4e 4OH (hỗnh 6.2, 6.2, 6.3) 2-Caùc daỷng n moỡn õióỷn hoaù : n moỡn õióỷn hoaù laỡ daỷng n moỡn phọứ bióỳn hồn caớ vaỡ phaù huyớ kim loaỷi nhióửu nhỏỳt. Caùc daỷng n moỡn õióỷn hoùa õổồỹc chia ra nhổ sau : n moỡn õóửu (1), n moỡn galvanic hay n moỡn tióỳp xuùc (2), n moỡn do chónh lóỷch khờ (3), n moỡn lọự (4), n moỡn tinh giồùi (5), n moỡn nổùt do ổùng lổỷc (6), n moỡn moới (7), n moỡn lổỷa choỹn hay sổỷ phỏn raợ hồỹp kim (8), n moỡn maỡi moỡn (9). Sau õỏy ta seợ khaớo saùt kyợ lổồợng tổỡng daỷng n moỡn cuỷ thóứ. Hỗnh 5.1 -Phỏn loaỷicaùc daỷng n moỡn õióỷn hoaù a-n moỡn õóửu : Xaớy ra trong õióửu kióỷn kim loaỷi õọửng nhỏỳt, mọi trổồỡng, nhióỷt õọỹ vaỡ sổỷ phỏn bọỳ ổùng lổỷc laỡ õọửng õóửu, tọỳc õọỹ n moỡn laỡ nhổ nhau trón toaỡn bọỹ bóử mỷt kim loaỷi. ồn vở õo n moỡn thọng duỷng laỡ cm/nm. Ngoaỡi ra coỡn duỡng caùc õồn vở g/cm 2 .ngaỡy, mg/dm 2 .ngaỡy, mA/cm 2 . 72 Hçnh 5.2-Àn mn äúng thẹp khäng rè cọ âäü dy 4,5mm b-Àn mn tiãúp xục (ànmn Galvanic) : Dảng àn mn ny xy ra khi cạc kim loải hay håüp kim khạc nhau âỉåüc sỉí dủng trong cng mäüt cå cáúu v cọ pháưn diãûn têch tiãúp xục våïi nhau (tiãúp diãûn), trong cng mäüt mäi trỉåìng àn mn. Do tảo ra cạc pin ngàõn mảch nãn gáy ra àn mn mảnh, kim loải cọ âiãûn thãú ám hån s bë àn mn. c-Àn mn do sỉû chãnh lãûch khê (àn mn khe) : Dảng àn mn ny xy ra cọ thãø do mäi trỉåìng khäng âäưng nháút, chàóng hản sỉû khạc nhau củc bäü vãư thäng khê ho tan (äxy). Lục ny hçnh thnh mäüt pin chãnh lãûch khê v gáy ra àn mn. d-Àn mn läù : Âáy l dảng xám thỉûc củc bäü tảo nãn cạc läù, âäü sáu cạc läù cọ thãø låïn hån âỉåìng kênh läù. Hiãûn tỉåüng ny xy ra do cọ cạc läù nh trong låïp ph bo vãû chäúng àn mn âãưu (cạc låïp men, låïp ph hỉỵu cå, mng äxyt ). Cạc läù phạt triãøn tỉì bãư màût vo bãn trong theo hỉåïng gáưn nhỉ thàóng gọc. e-Àn mn tinh giåïi : Dảng àn mn ny liãn quan âãún sỉû cọ màût ca cạc pha dë thãø åí biãn giåïi hảt trong håüp kim. Loải àn mn ny thỉåìng gàûp nháút åí thẹp khäng rè, vê dủ Cr18Ni10. 73 a) b) c) d) Hỗnh 5.3- Caùc daỷng n moỡn khe a)n moỡn khe trón mỷt bờch theùp khọng rố 10Cr18Ni9 b)n moỡn khe dổồùi voỡng õóỷm pờt tọng theùp khọng rố trong nổồùc bióứn c)n moỡn õổồỡng mồùm nổồùc d)n moỡn do lừng õoỹng f-n moỡn nổùt do ổùng lổỷc : Caùc kóỳt cỏỳu kim laoỹi laỡm vióỷc trong mọi trổồỡng n moỡn, dổồùi taùc duỷng cuớa lổỷc keùo seợ gỏy ra nổùt, raỷn vaỡ gaợy. Daỷng n moỡn naỡy gỏy tọứn thỏỳt kim loaỷi rỏỳt nhoớ, nhổng khoù nhỗn thỏỳy nón rỏỳt nguy hióứm. g-n moỡn moới : Laỡ hióỷn tổồỹng n moỡn xaớy ra trong caùc kóỳt cỏỳu kim loaỷi laỡ vióỷc dổồùi taới troỹng thay õọứi coù chu kyỡ. Do taùc duỷng n moỡn taỷo õióửu kióỷn cho caùc vóỳt nổùt moới õỏửu tión dóự xuỏỳt hióỷ n hồn. h-n moỡn lổỷa choỹn (sổỷ phỏn raợ hồỹp kim) : Daỷng n moỡn naỡy xaớy ra trong caùc õióửu kióỷn nhỏỳt õởnh õọỳi vồùi caùc hồỹp kim laỡ dung dởch rừn, trong õoù kim loaỷi hoaỡ tan coù õióỷn thóỳ n moỡn ỏm hồn nhióửu so vồùi kim loaỷi nóửn. : 74 Hỗnh 5.4-Caùc daỷng n moỡn lọự Hỗnh 5.5 -n moỡn lọự cuớa theùp thuỷ õọỹng trong ion Cl - 75 Hỗnh 5.6-n moỡn tinh giồùi cuớa theùp khọng rố Hỗnh 5.7 -n moỡn nổùt ồớ bión giồùi haỷt theùp khọng rố 76 a) Hỗnh 5.8-n moỡn do ổùng lổỷc b) a)Do tọửn taỷi caùc maỷch hoaỷt tờnh b)Do caùc maỷch hoaỷt tờnh loaỷi maỡng vồợ Hỗnh 5.9- n moỡn lổỷa choỹn (sổỷ phỏn raợ hồỹp kim) i-n moỡn maỡi moỡn : Sổỷ maỡi moỡn cuớa kim loaỷi thuỷ õọỹng trong mọi trổồỡng n moỡn coù thóứ laỡm mỏỳt lồùp baớo vóỷ vaỡ hióỷn tổồỹng naỡy goỹi laỡ n moỡn maỡi moỡn. 77 a) b) a)n moỡn cuỷc bọỹ do chaớy rọỳi cuớa chỏỳt loớng trong ọỳng ngổng Hỗnh 5.10- n moỡn - maỡi moỡn b)n moỡn maỡi moỡn do sổỷ suới boỹt ồớ nổồùc laỡm laỷnh trong xylanh 5.3.BAO V KIM LOAI CHNG N MOèN 5.3.1.Baớo vóỷ kim loaỷi chọỳng n moỡn hoùa hoỹc : 1-Sổớ duỷng caùc hồỹp kim chởu noùng Duỡng caùc nguyón tọỳ hồỹp kim thờch hồỹp (thổồỡng laỡ caùc nguyón tọỳ coù maỡng ọxyt sit chỷt, nhióỷt õọỹ noùng chaớy cao .) vồùi thaỡnh phỏửn xaùc õởnh pha thóm vaỡo kim loaỷi nóửn õóứ nỏng cao khaớ nng chọỳng n moỡn khờ. 2-Sổớ duỷng caùc lồùp phuớ baớo vóỷ : Sổớ duỷng caùc lồùp phuớ baớo vóỷ bũng kim loaỷi (Al, Si, Cr .), caùc lồùp phuớ phi kim loaỷi (ca ùc lồùp men chởu nhióỷt). 3-Xổớ lyù mọi trổồỡng : Bũng caùch taỷo ra xung quanh chi tióỳt mọi trổồỡng coù tờnh chỏỳt baớo vóỷ trón nguyón từc : taỷo ra mọi trổồỡng coù khaớ nng loaỷi trổỡ caùc hióỷn tổồỹng n moỡn, coù nghộa laỡ thóỳ õúng nhióỷt, õúng aùp cuớa kim loaỷi trong mọi trổồỡng naỡy laỡ dổồng. 5.3.2.Baớo vóỷ kim loaỷi chọỳng n moỡn õióỷn hoaù : 1-Xổớ lyù mọi trổồỡng : Tỗm moỹi bióỷn phaùp õóứ laoỹi boớ cỏỳu tổớ n moỡn ra khoới mọi trổồỡng laỡm vióỷc cuớa chi tióỳt. Hỏửu hóỳt caùc kim loaỷi õóửu bóửn trong mọi trổồỡng trung tờnh õaợ loaỷỹi boớ ọxy. a-Chọỳng n moỡn trong nổồùc : xy hoaỡ tan trong nổồùc gỏy n moỡn õaùng kóứ cho kim loaỷi. Do vỏỷy phaới tỗm moỹi caùch khổớ ọxy trong caù c dung dởch. ọỹ hoaỡ tan cuớa ọxy phuỷ thuọỹc vaỡo nhióỷt õọỹ, aùp suỏỳt rióng phỏửn cuớa ọxy vaỡ nọửng õọỹ muọỳi cuớa dung dởch. Loaỷi trổỡ ọxy bũng caùch : *Sổớ duỷng caùc phaớn ổùng hoaù hoỹc : O 2 + Na 2 SO 3 2Na 2 SO 4 78