طلاء الزنك
يستخدم الطلاء الكهربائي بالزنك على نطاق واسع بسبب قدرته على حماية الفولاذ من التآكل. إن الطبيعة التضحية للحماية والتسامح مع الخدوش تجعل أداءها متفوقًا على الدهانات وحدها. ومع ذلك، فإن الاستخدام على المعادن الأساسية غير الفولاذ أو الفولاذ المقاوم للصدأ أمر نادر الحدوث. يمكن تحضير طلاء الزنك للحصول على مظهر جذاب، وبما أن التكلفة منخفضة نسبيًا، فهو طلاء شائع جدًا للأجزاء الصغيرة مثل البراغي والصواميل والمسامير والغسالات والمسامير والمفصلات والخطافات ولقطع غيار السيارات والأجزاء الداخلية المكونات، وما إلى ذلك. كما أنه يعمل أيضًا كطبقة تحتية فعالة للدهانات.
يتم تحديد الحد الأدنى لنطاقات السماكة النموذجية بين 5 و25 ميكرومتر (8). تعتمد مقاومة الطلاء للتآكل على سمك الطبقة وتطبيقها بعد المعالجة.
يتم استخدام ثلاث عمليات رئيسية لطلاء الزنك: السيانيد، القلوية غير السيانيد، ومحاليل الكلوريد الحمضية ضعيفة. يعتمد اختيار المحلول على قدرات معالجة النفايات السائلة للمحطة ونوع والمادة المكونة للمكونات المراد طلائها.
تتمتع عملية السيانيد بقدرة رمي كبيرة جيدة، وبالتالي فهي تعطي سماكة طلاء متساوية تمامًا بغض النظر عن الشكل الهندسي للمكون. من السهل صيانة الحمام، ويتحمل الاختلافات الكبيرة في التركيزات. وبما أن الحمام قلوي، فإنه لا يؤدي إلى تآكل الأجزاء الفولاذية، كما أن له خصائص تنظيف السطح لتحمل كميات صغيرة من الشوائب العضوية. ومع ذلك، نظرًا لمحتوى السيانيد، فإن الحمام شديد السمية، مما يتسبب في ارتفاع تكاليف مياه الشطف والنفايات. عند كثافات التيار العالية، تكون كفاءة التيار منخفضة، ويكون خطر تقصف الهيدروجين للأجزاء المعالجة بالحرارة والنتريد الكربوني مرتفعًا. الجوانب السلبية الأخرى لحمامات السيانيد هي قوة الرمي الدقيقة الضعيفة والصعوبات في طلاء الحديد الزهر. ويرجع ذلك إلى وجود الجرافيت على سطح الحديد الزهر وانخفاض الجهد الزائد للهيدروجين في محلول السيانيد مقارنة بالزنك، مما سيؤدي إلى تطور الهيدروجين على بقع الجرافيت بدلاً من ترسيب الزنك (9).
يوجد الزنك في حمامات السيانيد على شكل مركب رباعي السيانيد Zn(CN)42−، والذي ينفصل بنفس سرعة ترسيب أيونات Zn2 عند الكاثود (10). إن الارتباط مع مجمع السيانيد، والذي يتسبب في استقطاب تركيز كبير كأيون أنيوني، يعزز قوة الرمي الكلي للحمام، ولكنه يجعل الكفاءة الحالية منخفضة. قوة الرمي الدقيق (الرافعة المالية) لحمام السيانيد ضعيفة. يجعل مركب السيانيد البنية البلورية للمعدن المترسب دقيقة، مما يعطي أساسًا جيدًا للمبيضات لصنع طبقات لامعة، على الرغم من أن سطوع الرواسب من حمام السيانيد وحده ليس جيدًا مثل أنواع الحمامات الأخرى. في حمامات السيانيد القلوية، ترتبط أيونات الزنك أيضًا بأيونات الهيدروكسيل مثل Zn(OH)42−، ويوجد توازن بين مجمعات السيانيد والهيدروكسيل، والذي يعتمد على كمية هيدروكسيد الصوديوم المضافة إلى الحمام.
بسبب الآثار الضارة للسيانيد السام، تباينت كميته في الحمام من حمامات السيانيد العالية إلى الحمامات المتوسطة والمنخفضة السيانيد. إجمالي محتوى سيانيد الصوديوم في الحمام عالي السيانيد هو 75-115 جم لتر، بينما في حمامات السيانيد المتوسطة يكون 35-55 جم لتر وفي السيانيد المنخفض 6-15 جم لتر (10-12). تكون تكاليف السحب والتخلص من النفايات أقل في الحمامات منخفضة السيانيد، ولكن متطلبات المعالجة المسبقة وتغير معلمات التشغيل تكون أعلى. يجب أن يكون محتوى هيدروكسيد الصوديوم عاليًا بدرجة كافية، 80-100 جم/لتر، للحصول على موصلية جيدة وذوبان الأنود وإنتاج سطوع جيد.
عادة ما تكون المواد المضيئة المضافة إلى حمام السيانيد عضوية، نظرًا لأن تركيز المواد المضيئة المعدنية حرج للغاية. عادةً ما توجد مواد تفتيح أولية وثانوية. المُبيض الأولي الأكثر شيوعًا هو كحول البولي فينيل (PVA)، في حين أن المُبيض الثانوي النموذجي عبارة عن جزيئات أصغر تحتوي على روابط غير مشبعة ومجموعات قطبية، على سبيل المثال، الألدهيدات العطرية والبيريدين.
تحتوي حمامات السيانيد أيضًا على كربونات الصوديوم، والتي تتشكل عندما تتأكسد جزيئات السيانيد بواسطة الأكسجين الموجود في الهواء. يلزم وجود بعض الكربونات لتكوين طبقة طلاء كثيفة، ولكن يجب إزالة كمية زائدة تزيد عن 70-80 جم/لتر من الحمام عن طريق خفض درجة حرارة الحمام إلى ما دون حد ذوبان كربونات الصوديوم.
معلمات التشغيل المهمة هي العلاقات بين تركيزات NaCN وZn وكثافة التيار الكاثودي. كلما زادت كمية Zn، انخفض عامل NaCN/Zn، مما يعزز الكفاءة الحالية. ومع ذلك، فإن قوة الطرح الكلي ستكون أضعف، وتشغيل عملية الطلاء هو أكثر تطلبا. يعتمد اختيار كثافة التيار الكاثودي على التركيزات والمشرقات المستخدمة ودرجة الحرارة والإثارة. القيم النموذجية هي 2-5 Adm−2. ستؤدي الكثافات الحالية الأعلى إلى خفض كفاءة التيار الكاثودي. يتم تشغيل حمامات السيانيد في درجة حرارة الغرفة.
نقاء ان مادة الأنود مهم لحمامات السيانيد لأنه يؤثر على سطوع طبقة الطلاء. عادة، تكون مادة الأنود أكثر من 99.99% من الزنك النقي، سواء في شكل كرة أو شريط. عندما لا يتم استخدام الحمام، سوف يذوب الزنك في الحمام؛ لتجنب تراكم الزنك المفرط، يجب إزالة الأنودات.
يمكن تحضير حمامات الزنك القلوية غير السيانيدية عن طريق إذابة أكسيد الزنك ZnO إلى هيدروكسيد الصوديوم وإضافة مواد مضيئة. سيحتوي الحمام على الزنك 8-10 جم l−1 وNaOH 90-120 جم l−1، وسيكون الزنك في المحلول على شكل Zn(OH)42−-ions (11,12). يتم تحديد معظم خصائص الحمام من خلال أنظمة التفتيح، والتي عادة ما تكون حاصلة على براءة اختراع ويمكن أن تشمل، على سبيل المثال، PVA والإيمينات. الخصائص الجيدة للحمامات هي المحتوى المعدني المنخفض ومعالجة النفايات السائلة غير المكلفة عادةً، والسطوع الجيد، وقوة الرمي الكبيرة الجيدة، وقوة الرمي الدقيقة المعتدلة. إن خطر التقصف الهيدروجيني للفولاذ المعالج بالحرارة العالية أقل مقارنة بحمامات السيانيد. يتطلب الحمام تحكمًا أفضل في التشغيل من حمامات السيانيد؛ على وجه الخصوص، يجب التحكم في المحتوى المعدني أثناء فترات الخمول، نظرًا لأن التركيزات المعدنية العالية جدًا ستؤدي إلى تدهور السطوع. ومع ذلك، فإن المحتوى المعدني المنخفض للغاية سوف يقلل من الكفاءة الحالية. يتم تشغيل الحمام في درجة حرارة الغرفة.
اكتسبت محاليل الكلوريد الحمضية الضعيفة حصة أكبر في السوق حيث تم تطوير خصائص المحاليل. يحتوي الحمام على الزنك 15-30 جم/لتر وإما كلوريد الأمونيوم أو البوتاسيوم، بحيث يكون محتوى الكلوريد في الحمام 110-150 جم/لتر (10,11). يجب تضمين مواد تفتيح عضوية في الحمام. نطاق الرقم الهيدروجيني الأمثل هو 4.5-5.5. سيتم إذابة الزنك في المحلول على شكل أيونات Zn2-. سيكون الراسب عموديًا وخشنًا ما لم يتم استخدام مواد مضيئة. يمكن الحصول على رواسب شديدة السطوع عن طريق استخدام مواد تفتيح، وتعتبر المحاليل الحمضية الضعيفة بشكل عام هي التي تعطي أفضل سطوع بين عمليات طلاء الزنك. كفاءة التيار عالية جدًا في نفس الوقت، حوالي 95-98% في منطقة كثافة تيار كبيرة، وهو مفيد لطلاء الفولاذ المحتوي على نيتريد الكربون والحديد الزهر. قوة الرمي الدقيق جيدة جدًا، ولكن بما أن الكفاءة الحالية عالية، فإن قوة الرمي الكلي ضعيفة. وهذا، إلى جانب كيمياء الحمام، يتطلب تنظيف الأجزاء بعناية قبل الطلاء، ويجب إيلاء الكثير من الاهتمام لتركيبات الطلاء. التأثير السلبي لمحلول الكلوريد الحمضي هو التآكل المحتمل للمواد الأساسية وتلطيخ الطلاء ما لم يتم شطفه بعناية. ولذلك، فإن الأجزاء الملحومة البقعية أو الأجزاء الأخرى ذات الهياكل الصفائحية ليست مناسبة للحل. عادة ما تكون معالجة النفايات السائلة سهلة، على الرغم من أن الأمونيوم قد يعطل عمل محطة النفايات السائلة عن طريق تكوين مجمعات تحتوي على معادن ثقيلة. يتم تشغيل الحمام في درجة حرارة الغرفة، ويمكن استخدام كثافات تيار تصل إلى 6 Adm−2 دون انخفاض كبير في الكفاءة الحالية.