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1. ROSSANA CHIARELLI CHEIK ESTUDO DE UMA LINHA DE CROMAGEM VISANDO AUMENTO DE PRODUTIVIDADE CANOAS, 2010.
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1.
ROSSANA CHIARELLI CHEIK
ESTUDO DE UMA LINHA DE CROMAGEM VISANDO AUMENTO
DE PRODUTIVIDADE
CANOAS, 2010.
ROSSANA CHIARELLI CHEIK
ESTUDO DE UMA LINHA DE CROMAGEM VISANDO AUMENTO
DE PRODUTIVIDADE
Trabalho de conclusão apresentado ao curso de Bacharelado em Química do Centro Universitário La Salle – Unilasalle, como exigência parcial para obtenção do grau de Bacharel em Química.
CANOAS, 2010.
ROSSANA CHIARELLI CHEIK
ESTUDO DE UMA LINHA DE CROMAGEM VISANDO AUMENTO DE
PRODUTIVIDADE
Trabalho de conclusão apresentado ao curso de Bacharelado em Química do Centro Universitário La Salle – Unilasalle, como exigência parcial para obtenção do grau de Bacharel em Química.
Aprovado pela avaliadora em 09 de dezembro de 2010.
________________________________________
Profª Dr.ª Marisa Tsao
Aos meus pais, todo meu carinho e eterno amor.
AGRADECIMENTOS
Agradeço a Deus por tudo que permitiu,
Agradeço a todos que de alguma forma contribuíram e permitiram a
elaboração deste trabalho,
A empresa que permitiu o estudo,
Aos colegas que questionavam fazendo com eu pensasse,
A minha orientadora por me ouvir tão carinhosamente e me guiar na
solução dos problemas,
Aos amigos por estarem presentes, me apoiando das formas mais
impensáveis,
A família de meu companheiro por compreender minhas ausências,
A minha família, que mesmo distante me apoiou,
A Luiz Felipe, por acreditar que eu pudesse ser capaz, mesmo quando
algumas vezes até eu duvidava, pelo carinho que muitas vezes me servia de
incentivo.
A Carolina,
Aos meus pais, pelo apoio, compreensão e dedicação incondicional.
Aquilo que você faz com amor, em troca você recebe felicidade. Valdir Corvelo
RESUMO
Com a crescente busca pelo mercado consumidor dos artigos de consumo
produzidos por uma indústria metalúrgica, houve a necessidade de buscar a
ampliação das margens de produtividade em uma linha produtiva de cromagem
mantendo a mesma qualidade. A fim de possibilitar o maior aproveitamento
possível, iniciou-se um estudo do processo produtivo de cromagem dura e
decorativa de quatro artigos diferentes. Para obtenção do objetivo delimitado,
foi realizada uma pesquisa das principais variáveis que afetam a produtividade
e a qualidade do depósito de cromo, bem como a fundamentação teórica que
sustenta estas variáveis. Com ensaios simples realizados em mini linha
galvânica manual foi simulado o processo onde ocorre a produção de artigos.
Com o conhecimento adquirido através desta revisão bibliográfica foi possível
estudar e controlar os agentes que prejudicavam o processo de deposição de
cromo, delimitar novas condições de trabalho para estas variáveis e apreciar os
resultados obtidos. Muito embora tenha sido possível obter ganhos, o
conhecimento agregado com o estudo possibilitará crescente manutenção das
condições estabelecidas, possibilidade de melhorias contínuas e
desenvolvimentos futuros, possibilitando crescimentos que atualmente não
foram projetados.
Palavras chave: Galvanoplastia. Cromagem. Fundamentos de cromagem.
ABSTRACT
With the growing demand by the consumer market of consumer goods
produced by a metallurgical industry, there was a need to seek the expansion of
production margins in a plating production line while maintaining the same
quality. To enable the best possible use, began a study of the production
process of hard chrome and decorative from four different items. To achieve the
goal defined, we conducted a survey of the main variables that affect
productivity and quality of the deposit of chromium as well as the theoretical
underpinning of these variables. With simple tests performed in mini line manual
galvanic was simulated the process in which occurs the production of articles.
With the knowledge gained through this bibliographic review, it was possible to
study and monitor the agents who defrauded the deposition process of
chromium, define new working conditions for these variables and assess the
results. Although it has been possible to gain, the added knowledge will enable
the study of the growing conditions of maintenance, possibility of continuous
improvement and future developments, allowing growth that is not currently
designed.
Keywords: Electroplating. Chroming. Fundamentals of plating.
LISTA DE SIMBOLOS
∆G: variação da energia livre
n: número de elétrons envolvidos na reação
F: constante de Faraday
E: potencial da célula
k: propriedade do material (ou da solução eletrolítica) chamada de
condutância específica ou condutividade (unidade mho cm -1 ou mho m -1);
A: área superficial dos eletrodos em cm2 ou área superficial dos artigos
em dm2;
l: distância entre os eletrodos em cm.
E: potencial da meia-célula
E0: potencial padrão da meia-célula
R: constante dos gases
T: temperatura absoluta
n: número de elétrons transferidos
F: constante de Faraday
aoxid e ared: atividades (concentrações) das espécies oxidadas e reduzidas
k: condutância específica, ohm.cm;
c: concentração molar, mol.L-1
Λ: condutância molar, mho cm -2.mol-1
Eq: equivalente-grama do elemento;
t: tempo, em s;
i: intensidade de corrente elétrica, em A;
m: massa eletrolisada, em g.
EQ: Equivalente eletroquímico do metal depositado em g/Ah;
I: Densidade de corrente em A/dm2;
RC: Rendimento de corrente em %;
e: Espessura em micrômetros;
pe: Massa específico do metal depositado, em gramas;
p: Massa do depósito em gramas, em gramas.
V: diferença de potencial, em Volts;
R: resistência, em Ohms.
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ........................................................................................... 11
1.1 OBJETIVOS ............................................................................................... 12
1.2 JUSTIFICATIVA .......................................................................................... 12
1.3 METODOLOGIA ......................................................................................... 13
2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ................................................................. 15
2.1 DEFINIÇÃO DE ELETROQUÍMICA .................................................................. 15
2.2 ENERGIA LIVRE DE GIBBS ......................................................................... 17
2.3 POTENCIAL DE ELETRODO ......................................................................... 18
2.4 CONDUÇÃO DE ELETRÓLITOS ..................................................................... 19
2.5 LEIS DE FARADAY ..................................................................................... 21
2.6 RESISTÊNCIA ELÉTRICA E LEI DE OHM ........................................................ 22
2.7 GALVANOPLASTIA ..................................................................................... 23
2.8 HISTÓRICO ............................................................................................... 23
2.8.1 DEFINIÇÃO ............................................................................................ 24
2.8.2 ETAPAS DO PROCESSO DE TRATAMENTO DE SUPERFÍCIES ......................... 25
2.8.3 PRÉ-TRATAMENTO ................................................................................. 27
2.8.4 TRATAMENTO SUPERFICIAL .................................................................... 31
2.8.5 PÓS-TRATAMENTO ................................................................................. 34
2.8.6 EQUIPAMENTOS ..................................................................................... 34
2.9 ELETRODEPOSIÇÃO DE CROMO ................................................................ 388
2.9.1 TEORIA DE DEPOSIÇÃO ........................................................................... 39
2.9.2 COMPOSIÇÃO DO BANHO ........................................................................ 42
2.9.3 FATORES QUE INFLUENCIAM O PROCESSO DE DEPOSIÇÃO ......................... 44
2.10 CARACTERÍSTICAS DO CROMO ................................................................... 47
2.11 CARACTERÍSTICAS FISICO QUÍMICAS .......................................................... 47
2.11.1 TOXICIDADE .......................................................................................... 48
2.12 LEGISLAÇÃO ............................................................................................ 48
3 CARACTERIZAÇÃO DO PROCESSO ATUAL ........................................ 50
4 DESCRIÇÃO DOS ENSAIOS .................................................................... 54
4.1 EQUIPAMENTOS E ACESSÓRIOS .................................................................. 54
4.2 SOLUÇÕES ELETROLÍTICAS ........................................................................ 54
4.3 PROCEDIMENTOS DE ENSAIO...................................................................... 55
4.3.1 LEVANTAMENTO DAS CONDIÇÕES INICIAIS ................................................ 55
4.3.2 ENSAIOS EM MINI LINHA .......................................................................... 56
5 RESULTADOS E DISCUSSÕES .............................................................. 61
6 CONCLUSÃO ............................................................................................ 69
7 OPORTUNIDADES DE DESENVOLVIMENTOS FUTUROS .................... 70
REFERÊNCIAS ................................................................................................ 71
APENDICE A - DETERMINAÇÃO DA CONCENTRAÇÃO DE
DESENGRAXANTE ......................................................................................... 73
APÊNDICE B - DETERMINAÇÃO DA CONCENTRAÇÃO DE SOLUÇÕ ES DE
ÁCIDO CLORÍDRICO ...................................................................................... 74
APÊNDICE C - DETERMINAÇÃO DA CONCENTRAÇÃO DE BANHOS DE
CROMO 75
APENDICE D – PROCEDIMENTO PARA IDENTIFICAÇÃO DO ÍON
CLORETO NO BANHO DE CROMO ............................................................... 78
APENDICE E – ENSAIO EM CELULA DE HULL ........................................... 79
APENDICE F – ANÁLISE QUALITATIVA SISTEMÁTICA DE CÁT IONS....... 81
APENDICE G – TRATAMENTO BANHO DE CROMO PARA DIMINUI ÇÃO DE
CONTAMINANTES .......................................................................................... 83
11
1 INTRODUÇÃO
É notório o crescimento da competitividade do mercado consumidor em geral.
Com isso a indústria deve manter-se atualizada, agregando tecnologias, estudando
processos, mantendo a qualidade em nível já esperado e conhecido. Mesmo assim,
a indústria deve manter-se atuante e isso significa manter os custos de produção em
níveis que o mercado consumidor seja capaz de absorver.
Os artigos cromados por uma indústria metalúrgica estão sendo visualizados e
solicitados cada vez mais. Com isso, a indústria deve procurar atender a demanda
solicitada, para manter a expectativa de quem espera apreciar os artigos em
questão. Entretanto a linha produtiva que obtém as peças cromadas esta em sua
capacidade produtiva máxima.
Conhecendo as dificuldades atuais e observando a tendência de crescimento
foi iniciado um estudo para aumento de produtividade dessa linha de cromagem.
12
1.1 Objetivos
Segue os objetivos do trabalho:
a) objetivo geral: obter maior produtividade em linha industrial de cromagem
decorativa e técnica de artigos de cutelaria;
b) objetivos específicos:
- aplicar conhecimentos específicos na deposição de cromo nos processos
envolvidos
- otimizar variáveis envolvidas no processo de cromagem,
- manter qualidade do depósito de cromo obtido atualmente,
- aumentar produtividade de artigos que recebem cromo técnico,
- aumentar produtividade de artigos que recebem cromo decorativo através
de modificações no processo, e consequentemente redução de
retrabalhos.
1.2 Justificativa
Soluções eletrolíticas contendo cromo são há muito e frequentemente usadas
para obtenção de depósitos superficiais que conferem características estéticas e
técnicas com diversas finalidades, onde a indústria metalúrgica de cutelaria obtém
depósitos decorativos com banhos de cromo hexavalente. Com a crescente
exigência de qualidade, houve a necessidade de obter depósitos de cromo que
confeririam características técnicas, ou seja, depósitos de cromo duro.
As indústrias frequentemente buscam processos que permitam a redução do
custo de produção, para poder se manter competitivas no mercado. Uma alternativa
foi a instalação de um banho de cromo duro utilizando a linha produtiva de cromo
decorativo, tornando-a também linha de cromo duro em série. Podem ser utilizadas
linhas produtivas com equipamentos automáticos com geometria elíptica, que não
permitem a instalação de novos banhos, por exemplo, para a deposição de cromo
duro. Foi necessário obter depósitos decorativos e técnicos com a mesma estrutura,
13
modificando apenas a solução de cromo utilizada para cromagem. Esta ação foi
realizada juntamente com um fabricante de banhos de cromo.
Com a grande aceitação dos novos artigos produzidos pelo mercado
consumidor, atualmente há a necessidade de aumentar a produtividade dos
processos que envolvem artigos que recebem cromo decorativo e cromo duro.
Por isso, o presente trabalho visa identificar as condições atuais de produção e
a partir destas, propor alternativas para obtenção de maior produtividade em artigos
com os recursos presentes.
1.3 Metodologia
Para alcançar os objetivos propostos foi utilizada, a seguinte metodologia de
trabalho:
a) revisão bibliográfica: se procurou encontrar na literatura a fundamentação
teórica dos fenômenos que regem os processos e parâmetros que afetam uma
linha produtiva de cromagem decorativa e técnica;
b) Identificação das variáveis importantes para o processo de cromagem
decorativa e técnica;
c) estudo de modificações das variáveis: ensaios laboratoriais utilizando
técnicas simples, foi possível observar as teorias apresentadas nas literaturas;
d) ensaio em linha produtiva piloto: antes de aplicação direta em linha
produtiva dos ensaios realizados em laboratório químico, procurou-se conhecer
alguns resultados através de linha piloto, preparada para testes na área de
galvanoplastia;
e) testes em linha produtiva: foram produzidos lotes pilotos em linha produtiva
para obter resultados do comportamento em função do aumento de escala;
f) verificação dos resultados: para conhecer o resultado final foi necessário
ensaios de aceleração de corrosão, chamado de imersão em água quente
neste caso, verificação visual do depósito, medição da espessura da camada
através de ensaios metalográficos;
14
g) avaliação da produtividade final: com a utilização de uma planilha foi
possível calcular as diferenças de produtividade no início do estudo e ao final
do estudo.
15
2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
Neste capítulo são apresentados os conceitos que fundamentam os processos
de tratamentos de superfícies.
2.1 Definição de Eletroquímica
Sabemos que cátions e ânions são todas as espécies com carga que através
do fluxo de elétrons interagem quimicamente. Os elétrons se movem de uma
espécie a outra, a fim de formar alguma coisa nova. Estes movimentos podem ser
espontâneos ou forçados, podem envolver sistemas simples ou muito complexos.
Ball (1962), afirma que poucas pessoas compreendem a vasta aplicação da
eletroquímica na vida moderna. Todas as baterias e células a combustível podem
ser entendidas nos termos da eletroquímica. Todos os processos de oxidação e
redução podem ser interpretados em termos eletroquímicos. A corrosão de metais,
não metais e cerâmicas é eletroquímica.
Em função disso e para auxiliar na compreensão dos conceitos inseridos neste
trabalho, foi realizada uma revisão bibliográfica.
De acordo com Ball (1962), eletroquímica é o conhecimento da química das
partículas eletricamente carregadas, que é baseada na termodinâmica.
Sendo específica para o trabalho em questão, conforme Ollard (1968), a
Eletroquímica pode ser considerada como a ciência da aplicação de uma corrente
elétrica para produzir mudanças químicas.
Então, através da termodinâmica é possível aplicar os seguintes conceitos,
vizualisados conforme o esquema apresentado na figura 1:
Pilha: reação espontânea – célula galvânica (a)
Eletrólise: reação forçada – célula eletrolítica (b)
16
Figura 1: Direção da corrente através de uma célula galvânica e uma célula eletrolítica.
Fonte: Bagatosky (2006).
Uma célula galvânica é um dispositivo que permite a conversão de energia
química em energia elétrica através de uma reação de oxidação/redução,
espontânea, que ocorre em uma interface eletrodo/solução. No exemplo (a) o cátodo
é o eletrodo positivo onde está ocorrendo as semi-reações de redução e o anodo é o
eletrodo negativo, onde está ocorrendo as semi-reações de oxidação. Com isso o
anodo passa a perder massa e o catodo a ganhar massa.
Uma célula eletroquímica é um dispositivo que através de uma corrente elétrica
produz uma reação química de oxidação/redução, não-espontânea, que ocorre na
interface eletrodo/solução. No exemplo (b) o cátodo é o eletrodo negativo, onde está
ocorrendo as semi-reações de redução, e o anodo é o eletrodo positivo, onde está
ocorrendo as semi-reações de oxidação. Com isso o anodo passa a perder massa e
o catodo a ganhar massa.
Nos dois casos, é necessária uma solução que permita o contato entre os
eletrodos, ou seja, uma solução que permita a mobilidade iônica.
17
2.2 Energia Livre de Gibbs
A energia de Gibbs é a quantidade de trabalho que pode ser extraído de algum
sistema operando a pressão constante. É calculado através da diferença do sistema
ao término da transição quando comparado com o sistema no início da transição. A
alteração na energia livre de um sistema é uma função de estado e independe do
caminho da reação. A variação de energia livre que acompanha uma reação
eletroquímica pode ser determinada pela seguinte equação:
...(1)
onde:
∆G: variação da energia livre
n: é o número de elétrons envolvidos na reação
F: constante de Faraday
E: potencial da célula.
Esta alteração na Energia Livre fornece uma medida direta da capacidade de
realizar trabalho ou da energia elétrica máxima disponível em um sistema. Se a
alteração na energia livre, em função de uma transição do sistema de um estado a
outro, é negativa, isto indica uma perda de energia livre, significando que a reação
que se processou é espontânea naquela direção do sistema. Por outro lado, se a
alteração é positiva, isto indica que a transição representa um acréscimo na energia
livre do sistema, requerendo energia adicional para o mesmo.
O potencial de célula (E), por sua vez, depende da atividade das espécies
oxidadas e reduzidas, presentes no sistema, podendo ser calculada através da
equação (2):
...(2)
onde:
E: potencial da meia-célula
18
E0: potencial padrão da meia-célula
R: constante dos gases
T: temperatura absoluta
n: número de elétrons transferidos
F: constante de Faraday
aoxid e ared: atividades (concentrações) das espécies oxidadas e reduzidas
2.3 Potencial de eletrodo
Uma reação eletroquímica é um processo químico heterogêneo, ou seja, que
envolve uma interface sólido/solução, envolvendo a transferência de cargas.
A variação na Energia Livre que acompanha uma reação eletroquímica pode
ser calculada através do conhecimento do potencial de célula da reação, conforme
equações 1 e 2.
Pode-se aplicar, por exemplo, a reação entre cobre e zinco onde ocorre o
seguinte equilíbrio:
...(3)
Esta reação pode ser dividida nas duas seguintes meias-reações:
...(4)
Para avaliar a mudança na energia livre associada com a reação acima, pode-
se construir uma célula eletrolítica contendo cobre e zinco, separados por uma
membrana porosa para retardar a mistura, ambos em equilíbrio com os seus íons.
As concentrações dos íons metálicos são mantidas em atividade unitária. Cada
solução contém aproximadamente um grama de íon metálico por litro. Em uma das
extremidades da superfície do metal, átomos de cobre são oxidados a íons cúpricos,
e na outra extremidade, oposta a primeira, íons cúpricos são reduzidos a cobre
19
metálico. As condições de equilíbrio indicam que as velocidades de reação são
iguais. Exemplos similares se aplicam ao eletrodo de zinco. Estes compartimentos
em equilíbrio são chamados meias-células e quando as concentrações de todos os
reagentes são mantidas em atividade unitária, eles são chamados meias-células
padrão.
Se um voltímetro de alta resistência é conectado entre os dois eletrodos (Cu e
Zn), uma diferença de potencial de aproximadamente 1,1 Volts é observada. Este é
o potencial de célula (E0), o qual é usado na determinação da Energia Livre da
reação eletroquímica completa. Para se obter uma leitura adequada ao no voltímetro
é necessário conectar terminal positivo do ao eletrodo de cobre, que é o cátodo da
célula galvânica, e o terminal negativo deve ser conectado ao eletrodo de zinco, que
é o anodo da célula galvânica, como é possível observar com as equações 3 e 4.
Devemos lembrar que os cálculos dos potenciais de células são em relação a
uma reação de meia-célula arbitrária que foi definida como potencial zero, e todos os
outros potenciais de meias-reações são calculados com referência a este potencial,
muito embora qualquer reação possa ser escolhida para este referencial. A reação
hidrogênio-íon hidrogênio (2H+ + 2e = H2) é universalmente aceita.
As tabelas de potenciais de meia-célula para reações eletroquímicas são
facilmente encontradas em literatura. Estas tabelas são chamadas séries de Força
Eletromotriz, FEM, ou de potenciais de oxidação-redução. Este último termo também
é conhecido como potencial redox. Importante citar que em todos os casos, estes
potenciais se referem a eletrodos nos quais todos os reagentes estão em atividade
unitária, a 25°C e a pressão de 1 atm.
2.4 Condução de eletrólitos
Rangel (2006) apresentou que a dificuldade que uma amostra oferece à
passagem da corrente elétrica é denominada de resistência e é medida em Ohm
(Ampére/Volt). A condutância C é o inverso da resistência e sua unidade é, portanto,
Ohm-1 (também chamado Siemens).
20
...(5)
onde:
k: uma propriedade do material (ou da solução eletrolítica) chamada de
condutância específica ou condutividade (unidade mho cm -1 ou mho m -1);
A: área superficial dos eletrodos em cm2;
l: distância entre os eletrodos em cm.
No caso de soluções, κ varia com a concentração, de modo que a grandeza
mais conveniente é a condutância molar Λ, que é igual ao quociente entre κ e a
concentração molar c.
...(6)
onde:
k: condutância específica, ohm.cm;
c: concentração molar, mol.L-1;
Λ: condutância molar, mho cm -2.mol-1.
21
2.5 Leis de Faraday
Em 1830, o cientista inglês Michael Faraday enunciou duas leis sobre
eletrólise, as quais vigoram até hoje.
A primeira Lei de Faraday diz que a massa de uma substância hidrolisada é
diretamente proporcional à quantidade de carga elétrica que atravessa a solução.
Isto significa que para uma dada reação, considerando uma mesma corrente, a
massa eletrolisada é diretamente proporcional ao tempo de passagem da corrente
ou, considerando o tempo constante, a massa depositada é diretamente
proporcional à corrente elétrica que passa na célula eletrolítica.
A segunda lei observou que a massa de uma substância eletrolisada, para uma
mesma quantidade de carga elétrica, é diretamente proporcional ao equivalente-
grama do elemento.
A equação (7) exprime a união das duas leis:
...(7)
Onde:
Eq: equivalente-grama do elemento;
t: tempo, em s;
i: intensidade de corrente elétrica, em A;
m: massa eletrolisada, em g.
Baseado nas Leis de Faraday, Bertorelle (1960) propôs as seguintes equações
para quantificar alguns parâmetros que delimitam os processos de deposição:
a) tempo de deposição:
t = 60.e.pe ...(8)
EQ.i.RC
b) espessura do depósito:
22
e = 100.p ...(9)
pe.A
c) intensidade de corrente:
I = 60.e.pe.(A) ...(10)
EQ.t.RC
onde:
EQ: Equivalente eletroquímico do metal depositado em g/Ah;
A: Área em dm2;
I: Corrente em Amperes;
I: Densidade de corrente em A/dm2;
RC: Rendimento de corrente em %;
e: Espessura em micrômetros;
pe: Massa específico do metal depositado, em gramas;
p: Massa do depósito em gramas, em gramas.
2.6 Resistência elétrica e Lei de Ohm
Halliday (200 9) esclareceu que a Lei de Ohm é a afirmação de que a corrente
que atravessa um dispositivo é sempre diretamente proporcional à diferença de
potencial aplicada ao dispositivo, e que essa afirmação é correta em certas
situações, mas por razões históricas continua a ser chamada de “lei”. Esta afirmação
gerou a equação (11) que é usada para definir o conceito de resistência e se aplica
a todos os dispositivos que conduzem corrente elétricas.
V = i.R ...(11)
Onde:
V: diferença de potencial, em Volts;
I: intensidade de corrente, em Amperes;
23
R: resistência, em Ohms.
Foi esclarecido ainda por Halliday (2009), que um dispositivo obedece a Lei de
Ohm se a resistência do dispositivo não depende do valor absoluto nem da
polaridade da diferença de potencial aplicada.
2.7 Galvanoplastia
A galvanoplastia é o segmento industrial onde a deposição de cromo metálico
está inserida. O termo correto para o processo de eletrodeposição de uma fina
camada de metal sobre outro é galvanostegia. O termo galvanoplastia aplica-se a
deposição de um metal sobre um molde. Contudo no Brasil é comum a utilização
para todos os processos, seja eletrodeposição metálica ou obtenção de moldes, do
termo galvanoplastia, bem como processos galvânicos. Neste capítulo, serão
abordadas de uma forma geral as operações que envolvem o processo de
galvanoplastia.
2.8 Histórico
Segundo Bertorelle (1960), revestimentos de materiais metálicos e cerâmicos
datam de 1000 anos a.C, pois foram encontrados em escavações de cemitérios
romanos, vasos decorados com lâminas de chumbo e objetos cerâmicos com traços
metálicos.
Dentre os processos de revestimento, a Zincagem é um dos mais utilizados na
proteção de objetos feitos de ferro ou de aço. O processo é o mesmo utilizado para
outros materiais, porém o zinco possui uma temperatura de fusão de
aproximadamente 419°C e, por isso, a solução e os s ubstratos devem estar a uma
temperatura entre 430 e 460°C, acelerando a reação entre ferro e zinco. Esse
processo é popularmente conhecido como galvanização a fogo ou galvanização à
24
quente. Foi descoberto pelo químico francês Melouin, em 1741 e patenteado pelo
engenheiro Sorel, em 1837.
O estudo desta ciência teve inicio com Luigi Galvani cuja denominação
“Galvanização ou Galvanoplastia”, foi dada em sua homenagem. Luigi Galvani foi
um médico italiano que, em 1786, presenciou um fenômeno intrigante. Galvani
estava dissecando uma rã em uma solução ácida e amarrou um de seus nervos a
um fio de cobre. Acidentalmente, o fio de cobre tocou uma placa de ferro e a rã,
morta, entrou em violentas convulsões. Este fato auxiliou, posteriormente,
Alessandro Volta na construção da pilha Voltaica e o descobrimento do primeiro
método de geração de eletricidade.
Em 1805 – Luigi Brugnatelli – inventou a galvanoplastia. Usando uma pilha
voltaica, Luigi Brugnatelli, realizou a eletrodeposição de ouro. Era amigo de
Alessandro Volta. A publicação de seu trabalho foi rejeitada na Academia de
Ciências da França pelo ditador Napoleão Bonaparte. Luigi reportou seu
experimento então ao Jornal Belga de Física e Química. Desde sua invenção, a
galvanoplastia tornou-se uma indústria de revestimento usada extensivamente.
Em 1840, H. e G. Elkington patenteou estes processos. Segundo Birmingham
Jeweler Quarter – John Wright, Birmingham – Inglaterra - descobriu que cianeto de
potássio é um eletrólito adequado para eletrodepositar ouro e prata, através de uma
corrente elétrica.
Através dos estudos destes cientistas, a galvanoplastia se tornou um ramo da
indústria utilizado em diversos segmentos, com grande investimento em pesquisa
ampliando a faixa de utilização, tornando-a também aplicável em questões
relacionadas com ser humano e meio ambiente.
2.8.1 Definição
Galvanoplastia, muitas vezes chamada de eletrodeposição, é um processo de
tratamento superficial de peças, metálica ou não, baseada na técnica de deposição
de metais em superfícies metálicas a partir do fornecimento de diferença de
potencial.
25
O Manual de Segurança e Saúde no trabalho elaborado pelo (SESI) (2007) diz
que, no Brasil, o processo galvânico foi iniciado para atender requisitos decorativos
de peças para bicicletas, arreios de cavalos, fivelas de cintos, bandejas, bules e
ourivesaria. A chegada da indústria automobilística favoreceu o desenvolvimento
das indústrias galvânicas, incentivando a profissionalização e introduzindo, a partir
de 1920, novas tecnologias, normas e requisitos de qualidade.
Casagrande (2009) mencionou que a galvanoplastia atua como um ramo da
indústria metal-mecânica, dedicada ao tratamento de superfícies metálicas ou
plásticas, mediante processos químicos ou eletrolíticos, com materiais diversos, tais
como: cádmio, cobre, níquel, estanho, ouro, prata, cromo e zinco,
A galvanoplastia tem aplicação nos seguintes ramos de atividades, SESI
(2007):
a) indústria Automotiva;
b) indústria de Bijuterias;
c) construção Civil;
d) indústria de Utensílios Domésticos;
e) indústria de Informática;
f) indústria de telefonia;
g) recuperação de Objetos decorativos.
É possível compreender que a eletrodeposição é o processo que origina
depósitos metálicos, em uma peça pela ação de corrente elétrica. Segundo Ollard
(1969) a deposição de um revestimento metálico sobre um objeto é alcançada
conectando o objeto a ser revestido no pólo negativo de um gerador de energia
elétrica e este objeto imerso em uma solução contendo o sal do metal a ser
eletrodepositado. Em outras palavras, o objeto a ser revestido é transformado em
um dos eletrodos de uma célula eletrolítica, mais especificamente, no cátodo, como
será explicado a seguir.. Os íons metálicos carregados positivamente são atraídos
para o objeto que é a peça a ser revestida. Na interface entre objeto e a solução
ocorre à redução do íon metálico através de elétrons fornecidos pelo cátodo,
ocorrendo então à deposição.
26
2.8.2 Etapas do processo de tratamento de superfícies
As soluções de eletrodeposição, chamadas de banhos galvânicos, foram
desenvolvendo-se e ampliando sua faixa de aplicação. Uma das causas para
revestir um metal com outro é devido aos dos metais apresentarem uma condição
termodinâmica instável e tenderem a mudar para uma condição mais estável pela
formação de óxidos, hidróxidos, sais, etc. Dessa maneira é que se observa a
corrosão, que é um processo natural indesejável. Contudo, há outros fatores que
levam a utilização de revestimentos metálicos, onde podemos citar: melhora na
condutividade; auxílio na soldagem; estética (aparência); diminuição de atrito;
aumento da dureza superficial; resistência à temperatura, entre outras.
A eficiência destes revestimentos ou recobrimentos protetores depende,
todavia, do preparo da superfície receptora. Uma superfície bem limpa, livre de
ferrugem, graxa, sujidades e umidade são tidas como o melhor substrato a um bom
recobrimento protetor ou decorativo. Contudo, não existe um tratamento preparatório
de superfícies de caráter universal. São diversas as variáveis, entre eles, o tipo de
substrato, o fim a que se destinam condições econômicas, além da quantidade e
qualidade das impurezas ou sujidades, a serem removidas. Existem ainda outros
fatores que afetam a eletrodeposição de metais, entre eles: densidade de corrente,
concentração das soluções usadas como banhos, presença de materiais estranhos
nestas soluções, temperatura, relação anodo/catodo, entre outras. Estas variáveis
mudam ao mudar o tipo de banho bem como as peças a serem banhadas. Não
existe uma condição ideal e sim a melhor condição para uma determinada
finalidade.
Casagrande (2009) propôs as seguintes etapas para um processo de
eletrodeposição:
27
Figura 2: Sequência de Operações
Fonte: Casagrande, (2009).
2.8.3 Pré-tratamento
É uma das etapas que antecede a eletrodeposição de metais podendo ser
subdividido em pré-tratamento mecânico e pré-tratamento químico que, de acordo
com Nogueira e Pasqualeto (2008), são as etapas responsáveis por retirar as
imperfeições e materiais aderidos à superfície das peças. A seguir serão descritos a
seguir as etapas de cada tipo de pré-tratamento:
a) pré tratamento mecânico objetiva a regularização da superfície utilizando
processos mecânicos. A quantidade de operações unitárias, bem como suas
sequências, dependerá de variáveis já mencionadas, como tipo de substrato e
metal a ser depositado. Podem ser utilizadas as seguintes operações unitárias,
mas além das que serão mencionadas podem existir diversas outras
tecnologias:
⋅ Jateamento com óxido de alumínio ou micro esfera de vidro,
⋅ Polimento com pastas a base de graxa e abrasivos,
⋅ Vibroacabamento,
⋅ Tamboreamento.
b) Pré-tratamento químico e eletrolítico: Miranda (1995) explica que o pré-
tratamento químico ou eletrolítico, que ocorre com o auxílio de corrente elétrica,
geralmente ocorre após o tratamento mecânico e é feito através de desengraxe
28
e/ou decapagem permitindo a perfeita deposição nos tratamentos galvânicos
posteriores. Miranda (1995) completou ainda, que uma superfície
satisfatoriamente limpa para a eletrodeposição pode ser considerada como
aquela que permite o escorrimento da água em uma película contínua, isenta,
portanto de “quebra-de-água”. O fenômeno pode ser observado figura 3.
Figura 3 – Demonstração da limpeza efetiva Fonte – ABTS (1995).
Loweinheim (1978) apresentou a seguinte classificação para os
desengraxantes:
a) Solventes orgânicos: possui a finalidade de retirar grandes quantidades de
óleos e materiais orgânicos. Estes solventes são aquecidos até a temperatura
de ebulição e o vapor é o responsável pela limpeza. O artigo a ser limpo é
acomodado na região de condensação do vapor. Este vapor, depois de
condensado, retorna ao reservatório com o líquido. Este processo permite a
29
limpeza isenta de contaminantes, tornando-a muito eficiente. Os solventes
utilizados normalmente são hidrocarbonetos clorados, como percloetileno
(C2Cl4), tricloroetileno (C2HCl3) ou triclotrifluoretano (C2Cl3F3), entre outros. A
desvantagem deste método de limpeza é a alta toxicidade dos solventes
orgânicos;
b) Desengraxantes alcalinos: quando atuam quimicamente, realizam a
retirada de sujidades por saponificação, emulsificação, solubilização. Esta
etapa, esta associada a altas temperaturas, que diminui a viscosidade de
sujidades como óleos e aumenta a velocidade das interações. Para isso são
utilizados desengraxantes químicos, normalmente a base de hidróxido de sódio
e potássio associados à metassilicatos, fosfatos, carbonatos e bicarbonatos,
entre outros. Em todas as formulações são utilizados surfactantes entre 1 a
5%. Esta limpeza, além de interação/reação química, pode ocorrer
eletroliticamente, onde a peça é conectada ao pólo negativo, cátodo, ou ao
pólo positivo, anodo. Loweinheim (1978) enfatizou que o trabalho realizado no
cátodo, o gás liberado, hidrogênio (H2), atua mecanicamente, arrastando as
sujidades para a solução de limpeza. A formação de gás hidrogênio (H2),
ocorre conforme equação 12, e em função de que a peça é o pólo negativo os
cátions, contidos na solução, também serem atraídos para o cátodo.
2H2O H2 + O2 ...(12)
Quando a peça a ser limpa está conectada ao ânodo, o gás evoluído é o
oxigênio (O2). Contudo, a quantidade de gás oxigênio (O2) produzido é a
metade da quantidade de gás hidrogênio (H2) gerado no cátodo, conforme se
observa na equação (12). Com isso, a limpeza mecânica perde eficiência.
Entretanto, o trabalho anódico torna-se efetivo por retirar partículas carregadas
positivamente da superfície. Por esta razão não é aconselhável limpar
anodicamente peças que contenham cobre, latão, níquel, etc. Isto
impossibilitaria a posterior deposição. Mesmo assim esta limpeza é muito
efetiva em peças de aço.
c) Desengraxe por ultrassom: para esta limpeza, utiliza-se o processo de
cavitação, que ocorre a uma frequência de ultrassom, associada a um produto
30
químico capaz de diminuir a tensão superficial da solução. É usado para
limpeza de peças que possuem geometria de difícil penetração, como regiões
internas de tubos, furos, etc..
d) Decapagens: podem ser utilizadas para retirada de óxidos com o uso de
ácidos fortes, mas existem variações com soluções fortemente alcalinas ou
ainda com uso de oxidantes como permanganato de potássio. Pode ser
associada ao uso de corrente elétrica ou não.
e) Ativação química: normalmente é a última etapa do pré-tratamento. É
realizada através de soluções de ácidos em concentrações baixas, máximo de
10%, para eliminação de óxidos superficiais e manter a superfície reativa para
a eletrodeposição. Os ácidos mais utilizados nesta etapa são: ácido clorídrico,
ácido nítrico, ácido sulfúrico, ácido fluorídrico ou ácido fosfórico. Listados por
Caracciolo (2003) as principais reações químicas que regem este processo
são:
1) FeO + HCl FeCl2 + H2O ...(13)
2) Fe + 2HCl FeCl2 + H2 ...(14)
3) Fe3O4 + HCl 2FeCl3 + 2H2O ...(15)
4) Fe3O4 + 6HCl 2FeCl3 + 2H2O ...(16)
5) FeCl3 + 1/2H2 FeCl2 + HCl ...(17)
6) 2FeCl3 + Fe 3FeCl2 ...(18)
As reações descritas se processam da mesma maneira para o ácido sulfúrico,
mudando somente a estequiometria das equações.
As maiorias destas etapas podem estar inseridas na linha de produção
galvânica, tratamento superficial, ou associadas a outras etapas do processo
produtivo. A retirada de qualquer material estranho e preparação dos grãos
superficiais do substrato para receber o metal têm grande variedade e é necessário
levar em consideração: o tipo de substrato a ser banhado, o tipo de depósito a ser
obtido e a aplicação posterior, portanto não existe uma única sequência de limpeza
de peças.
31
2.8.4 Tratamento Superficial
A etapa de tratamento superficial é aquela que confere as características
desejadas ao artigo. De acordo com Casagrande (2009) a etapa de tratamento é
realizada em uma célula eletrolítica, constituído por um eletrodo ligado ao pólo
positivo da fonte de corrente (ânodo) e o outro ligado ao pólo negativo (cátodo).
Além destes, é necessário, uma solução contendo os íons metálicos a serem
depositados sobre o cátodo.
Quando se aplica uma corrente elétrica, os íons metálicos carregados
positivamente são depositados no cátodo (peça). A água é dissociada, liberando
hidrogênio no cátodo e oxigênio no ânodo. Gases estes que são liberados para a
superfície da solução eletrolítica. A densidade de corrente, expressa em A.dm-2 da
superfície da peça em trabalho, varia de acordo com a operação – quanto maior a
densidade de corrente, maior a taxa de evolução do gás, ou seja, maior a taxa de
desenvolvimento da H2O e portanto maior a velocidade de deposição sobre a peça,
conforme as Leis de Faraday expressas pela equação (7).
O tratamento pode se desenvolver numa sequência de eletrólitos, ou seja, o
cátodo pode receber uma camada metálica preliminar de determinado metal e na
seqüência ser conduzido para outra solução com eletrólito, onde irá receber outro
depósito de um metal diferente. Por exemplo, para a cromação, a peça é
inicialmente niquelada para posteriormente receber uma camada de cromo, ou
muitas vezes recebe cobre, níquel e posteriormente cromo.
As figuras 4 e 5 demonstram fluxogramas completos de linhas galvânicas,
muito embora, seja possível encontrar diversos outros tipos de acabamentos
superficiais.
32
Figura 4: Fluxograma de uma galvanoplastia. Fonte: Casagrande (2009)
Figura 5 – Fluxograma de um processo de cromo decorativo
Fonte: Silva (1997)
33
A figura 4 apresenta um fluxograma para obtenção de níquel fosco ou cromo
fosco, mostrando que é possível, com a mesma linha produtiva, obter dois tipos de
tratamento superficial. A figura 5 apresenta a necessidade de uma preparação
mecânica na superfície do substrato que vai receber o depósito. Comparando os
dois fluxogramas, percebe-se a diferença de geometria e de sujidades entre as
peças, pois o fluxograma da figura 4 necessita de dois tipos de desengraxe, por
ultrassom e químico, e o fluxograma apresentado pela figura 5 necessita apenas de
um desengraxe químico. Os dois fluxogramas utilizam camadas de
cobre/níquel/cromo, que melhora significativamente o nivelamento superficial, e
agrega uma ótima resistência a corrosão. Fluxogramas de processos de cromo duro
apresentam a realização da cromagem diretamente sobre a superfície a ser tratada
quando o substrato é aço, podendo sofrer variações quando trata-se de outro
material.
A Associação Brasileira de Tratamento de Superfícies (ABTS) (1995) apresenta
as seguintes possibilidades de tratamento superficial:
a) Fosfatização;
b) Eletrodeposição de zinco e suas ligas;
c) Eletrodeposição de cobre e suas ligas;
d) Eletrodeposição de níquel;
e) Eletrodeposição de metais preciosos;
f) Eletrodeposição de cromo decorativo;
g) Deposição de metais para fins técnicos como o cromo duro e ferro;
h) Tratamento químico e eletroquímico do alumínio;
i) Deposição de metais para circuitos impressos;
j) Vernizes cataforéticos;
k) Deposição química de níquel e cobre.
Bertorelle (1960) apresentou ainda, a deposição de índio, rutênio, cádmio e
outros metais.
34
2.8.5 Pós-tratamento
No pós-tratamento, as peças podem passar pelo processo de lavagem com
água fria ou quente; secagem em centrífuga, estufa ou jatos de ar; camada de óleo
para embalagem e proteção e pintura ou envernizamento para encaminhamento
para a embalagem, estoque. A escolha do pós-tratamento é realizada conforme
aplicação final do artigo.
2.8.6 Equipamentos
A ABTS constantemente publica em periódicos equipamentos e acessórios ou
gerais específicos para a área de galvanoplastia a seguir serão apresentados.
Contudo, antes de iniciar uma atividade no ramo galvânico é importante
escolher o local que se instalará os processos galvânicos, adequadamente. ABTS
(1995) reforça a necessidade de prédios altos com pisos com revestimentos
adequados, como fibra de vidro, assim como instalações elétricas que resistam aos
materiais altamente corrosivos utilizados.
Em função dos diferentes tipos de peças a serem revestidas, existem também
diferentes sistemas de trabalho. Uma maneira e aplicação muito utilizada é a
deposição através de gancheiras, onde as são peças presas em ganchos que
permitem contato elétrico para serem dispostas no banho galvânico. A figura 6
apresenta diferentes modelos de gancheiras para diferentes aplicações.
Figura 6: Gancheira para eletrodeposição Fonte: Gancheiras Moura (2010).
35
As figuras 6 e 7 apresentam que a maior área da gancheira é recebe o
revestimento de plastissol, polímero similar ao PVC, que serve como isolante. Como
a gancheira é fabricada com material condutor e se esse material ficar exposto
durante a eletrólise, parte da correte aplicada será utilizada para depositar o material
metálico na gancheira. Então a única região da gancheira que fica exposta são os
contatos, região superior que realiza o contato com barramento negativo e o local
onde as peça são presas para imergir na solução eletrolítica.
Figura 7: Exemplo de peças carregadas em gancheira. Fonte: Newman Gancheiras (2010)
Outra forma de aplicação do banho galvânico é com tambor rotativo, onde as
peças são dispostas no interior de um tambor de plástico perfurado e este
permanece girando dentro do banho. O contato elétrico é realizado através de um
cabo catódico no interior do tambor. Através das figuras 8 e 9 é possível observar a
forma do tambor.
Contato de cobre superior. Realiza o
contato da gancheira com o
barramento carregado
negativamente, catodo.
Contato da gancheira com
as peças. Mantém as
peças presas para receber o
depósito.
Peças cromadas
36
Figura 8: Tanque de tambor rotativo Fonte: Equipamentos Famag (2010).
Figura 9: Retirada do tambor do tanque de eletrodeposição Fonte:Borgoa (2010).
Os tanques utilizados são normalmente de polipropileno (PP) com revestimento
conforme o banho a conter, como exemplo se pode citar o tanque para o banho de
cromo que deve receber revestimento de cloreto de polivinila (PVC). Os gases
gerados pelas soluções e processos devem ser exauridos e passar por um lavador
de gases.
São utilizados também retificadores, sistemas de filtração, sistemas de
aquecimento e/ou resfriamento, sistemas de agitação dos banhos, entre outros
equipamentos dependendo da tecnologia utilizada.
As linhas produtivas podem ser manuais, automáticas, conforme Figura 10, ou
semiautomáticas (Figura 11):
37
Figura 10: Linha galvânica automática Fonte: Química e derivados (2010)
38
Figura 11: Linha galvânica semiautomática
Fonte: Química e derivados (2010)
Além de todos estes equipamentos é importante que uma indústria de
galvanoplastia conte com uma estação de tratamento de efluentes para tratamento e
redução retirada dos contaminantes, agregados à água durante o processo de
tratamento de superfícies, antes de seu descarte para o meio ambiente.
2.9 Eletrodeposição de cromo
Muito embora o cromo tenha sido depositado em laboratório por Bunsen em
1864, este processo só foi usado quando Sargent descreveu um banho contendo
250 g.L-1 de ácido crômico e 3 g.L-1 de sulfato. Isso porque os sais de cromo usados
por Bunsen eram instáveis comercialmente. Após 1925 a eletrodeposição de cromo
começou a fazer parte do mercado.
Uma das razões por ter sido lento o desenvolvimento da deposição de cromo
após os estudos de Bunsen, é porque o cromo metálico é um depósito difícil de
obter. O íon cromo no ácido crômico está presente como ânion em solução e em
39
uma eletrólise o ânion migra para o pólo positivo, o pólo oposto ao que deve ser
obtido cromo reduzido.
Atualmente o cromo pode ser obtido como cromo decorativo ou como cromo
duro. Bertorelle (1960) trousse que a cromagem decorativa é realizada para
obtenção de um filme finíssimo de cromo brilhante sobre uma superfície brilhosa. O
depósito é na ordem de 0,25-0,50 micrometros, com aspecto azul prateado. É
aplicado sobre níquel, pois o níquel contribui para a proteção contra a corrosão e
apresenta um coeficiente linear de dilatação próximo ao do cromo. De acordo com
Loweinheim (1978) a cromação dura, que é obtida agregando uma espessura de
depósito maior, tem a capacidade de agregar uma rara combinação de
características: baixo coeficiente de fricção, alta dureza, boa resistência a corrosão,
alta resistência ao aderir e propriedades anti-galling. A cromagem dura pode ser
brilhante, semi-brilhante, opaca, etc. e suas características mecânicas variam
conforme as condições de deposição.
Para elucidar estas questões será descrito a teoria que fundamenta a
deposição eletrolítica do cromo.
2.9.1 Teoria de deposição
Segundo ABTS. (1995) o processo de deposição de cromo metálico é muito
mais complexo que a de cobre ou níquel, porque o íon que conduz o metal é o
ânion, e é a parte que deveria migrar para o anodo durante a eletrólise. Bertorelle
(1960) apresentou que, do ponto de vista eletroquimico, a cromagem (que é feita
com anodos insolúveis) é claramente diferente de todas as outras eletrodeposições,
pois ele usa uma solução de eletrodeposição de anidrido crômico em que o cromo
não esta presente em um estado trivalente (Cr+3) do cátion, mas como hexavalente
do ânion (Cr2O7-).
Bertorelle (1960) apresentou o seguinte equilíbrio quando anidrido crômico é
dissolvido em água:
CrO3 + H2O H2CrO4 ...(19)
40
H2CrO4 H+ + HCrO4- ...(20)
HCrO4- H+ + CrO4
-- ...(21)
2HCrO4- H2O + Cr2O7
— ...(22)
Em 1960 Bertorelle já comentava que se uma solução de anidrido crômico é
eletrolisada, será obtido cromo reduzido no cátodo. Somente se há em solução,
ácido residual como sulfúrico, fluorídrico, fluorsilicato ou fluorsilicio, onde estes
ácidos provávelmente atuariam como catalisadores. Entretanto, afirmou que para
uma eletrodeposição regular de cromo seria necessário que se mantivesse uma
relação (por massa CrO3/SO42-) bem definida com anidrido crômico, podendo ser
expresso em porcentagem do anidrido crômico, correspondendo a uma
concentração equivalente a 1 de 2% da concentração de anidrido crômico em
solução.
Em 1960 Bertorelle elucidou que na deposição de cromo metálico a partir de
uma solução de ácido crômico na presença de um catalisador adequado, se
processa junto a, e possivelmente por intermédio da liberação de hidrogênio pela
redução eletroquímica de íons de cromo hexavalente, conforme equações 24, 25 e
26 . Se a eletrólise for feita com um potencial catódico baixo, de maneira que não
haja descarga de hidrogênio, só obteremos uma redução para cromo trivalente.
Apenas acima de um determinado potencial catódico aparece hidrogênio molecular
(H2) e a partir deste ponto obtém-se a redução para cromo metálico.
O mecanismo de deposição proposto por Bertorelle (1960), com polarização
catódica, com potenciais muito baixos, há passagem de corrente pelo eletrólito e um
aumento da densidade de corrente em função do potencial. No cátodo formam-se
íons de cromo trivalente (Cr3+) e álcali livre (OH-). Se o eletrólito tornar-se alcalino
diretamente sobre o catodo, forma-se rapidamente cromato trivalente (CrO2-), que é
insolúvel e recobre o catodo como um filme isolante. Estas moléculas são situadas
de tal maneira que a extremidade básica, Cr(OH)3, fique projetada para o catodo e a
extremidade ácida, CrO42-, para a solução. Com a formação deste filme isolador, o
ácido crômico não pode mais atingir o catodo e não consegue prosseguir a redução.
Com o aumento da tensão aplicada, inicia-se novamente a passagem de corrente
elétrica, quando o potencial de hidrogênio é atingido. A formação de hidrogênio no
cátodo só é possível porque os íons, por seu reduzido tamanho, conseguem difundir
41
através dos poros do filme de cromato até o cátodo. O radical ácido HCrO4- não
consegue porém difundir por estes poros e migrar ao anodo, onde, por dissociação
de água e liberação de oxigênio, o ácido crômico regenerado. Com o contínuo
aumento de tensão e densidade de corrente, em solução pura aquosa de ácido
crômico, só ocorrerá a dissociação de água com liberação de hidrogênio no catodo e
de oxigênio do anodo. É somente na presença de ânions adequados, como os
mencionados anteriormente, que a deposição de cromo metálico torna-se possível.
Também neste caso, há a formação de um filme isolante de cromatos de cromo
básicos. Entretanto, encontram-se presentes em solução, além de íons hidrogênio
(H+) e do radical ácido (HCrO4-), íons HSO4
-. Ocorre, em primeiro lugar, a difusão do
íon de hidrogênio pelos poros do filme isolante, que é descarregado no catodo. Uma
vez que o radical HCrO4- não pode passar pelos poros do filme isolante, o radical
HSO4- passa pelos poros do filme isolante e reage com a parte básica da molécula
de cromato com a formação de cromo trivalente (Cr3+). Este é reduzido a cromo
metálico segundo as semi-reações de redução (equação 23):
Cr3+ + 1e Cr2+ + 2e Cr0 ...(23)
Pelo vão aberto no filme isolante um novo radical ácido pode difundir ser
reduzido, reformando o filme. Este processo de migração de íons de ácidos,
formação de espaços no filme isolante, deposição de cromo e fechamento dos vãos,
dá-se continuamente em toda a superfície catódica, de modo que com a superação
do potencial de cromo, cromo metálico deposita-se por descarga de cromo
hexavalente ao cromo metálico, sem que os produtos intermediários possam ser
observados em concentrações mensuráveis.
As reações anódicas ocorrem na superfície do peróxido de chumbo presente
nos anodos. Este peróxido é um bom condutor elétrico, enquanto que o óxido de
chumbo (PbO2) é quase um isolador. Por isso o filme anódico, que é um filme preto
característico do óxido de chumbo (PbO2), tem de ser formado antes ou no início da
cromação. Como os cromatos trivalentes formados no cátodo devem ser reoxidados
para o ácido crômico (cromo hexavalente) no anodo, uma área anódica bastante
grande é necessária para conseguir um equilíbrio estável do eletrólito.
42
Loweinheim (1978) apresentou as três reações que ocorrem no cátodo e três
reações ocorrem no ânodo, constituindo o mecanismo de reação descrito abaixo:
Reações catódicas:
a) desprendimento de hidrogênio:
- 2H+ + 2e H2 ...(24)
b) formação de cromo trivalente:
- Cr2O7-- + 14H+ + 6e 2Cr3
+ + 7H2O ...(25)
c) deposição de cromo:
- Cr2O7-- + 14H+ + 12e 2Cr + 7H2O ...(26)
Reações anódicas:
a) desprendimento de oxigênio:
- 2H2O O2 + 4H+ + 4e ...(27)
b) oxidação do cromo:
- 2Cr3+ + 6H2O 2CrO3 + 12H+ + 6e ...(28)
c) produção de dióxido de chumbo:
- Pb + 2H2O PbO2 + 4H+ + 4e ...(29)
2.9.2 Composição do banho
Os banhos de cromo não possuem grandes variações quando se tratam de
seus constituintes, contudo, variações em pequenas escalas, muitas vezes, alteram
significativamente os resultados.
Por se tratar de ácido crômico não há necessidade de controles de pH como
apresentam outros banhos, entretanto controles analíticos de concentração dos
constituintes apresenta grande importância. Os principais constituintes do banho de
cromo e seus contaminantes, conforme descrito por Bertorelle (1960), devem se
situar dentro das seguintes faixas de concentração, de acordo com as
características discriminadas:
a) trióxido de cromo (CrO3): é o sal responsável pelo fornecimento do metal a
solução. A concentração pode variar de 200 a 500 g.L-1, dependendo da
43
aplicação. É um produto químico de difícil manipulação e alta toxicidade,
merecendo grande atenção.
b) ácido sulfúrico (H2SO4): através de sua adição é que se processa a
deposição do metal reduzido no cátodo. Normalmente se utiliza uma relação de
uma parte de ácido sulfúrico para cem partes de ácido crômico. O ácido
sulfúrico garante a deposição do cromo e aumenta a velocidade desta
deposição, contudo modifica a capacidade de depósito em zonas distantes das
pontas.
c) fluoreto (F-): quando em solução de um banho de cromo, possui a
capacidade de aumentar o poder de penetração, o limite de cromagem
brilhante, bem como a velocidade das reações químicas que estão ocorrendo
na interface ânodo/solução/cátodo. É usado em baixa concentração e
normalmente sofre reposição conforme necessidade de trióxido de cromo.
d) contaminantes: é comum a presença de outros elementos em solução
como impurezas, ferro (Fe+3), níquel (Ni+2), cobre (Cu+2), zinco (Zn+2), cloreto
(Cl-), nitrato (NO3), que são provenientes do substrato, arraste de banhos
anteriores, barramentos, água de abastecimento, composição química dos
anodos e reações químicas que ocorrem no processo de deposição. Bertorelle
(1960) afirmou que até certo limite de concentração não são interferentes
importantes no banho de cromo. Contudo, concentrações até 35 g.L-1 de íons
ferro (Fe+3) mantém o banho com um bom poder de penetração do depósito no
substrato, entretanto diminuem o brilho da película de cromo obtida. Para
eliminação deste íon é necessário uma diluição do banho. Com o cromo
trivalente (Cr+3) em quantidades superiores a 6 g.L-1 o banho perde o poder de
penetração e de brilho do depósito. Em função do efeito conjunto destes
contaminantes, atualmente são aceitos teores de contaminantes bem mais
baixos. O cloreto (Cl-) é muito prejudicial para o depósito, pois durante a
eletrólise migra para o ânodo formando cloreto de chumbo (PbCl2) que é
solúvel em água quente e atacado por ácido crômico, de modo que se forma
cromato de chumbo (PbCrO4)e cloreto (Cl-) inativando o anodo, diminuindo
grandemente o poder penetrante. O correto é ter a formação de óxido de
chumbo, para obter a oxidação do cromo trivalente (Cr+3), conforme equações
28 e 29.
44
Os apêndices C, e E apresentam os métodos de análise para determinação de ácido
crômico, cromo trivalente, sulfato e testes em Célula de Hull.
2.9.3 Fatores que influenciam o processo de deposição
Bertorelle (1960), Ollard (1968), ABTS (1995) e Loweinheim (1978) mencionam
os efeitos da influência diferentes fatores na eletrodeposição e que existem
inúmeras modificações do depósito, produzidos por pequenas mudanças das
condições de deposição e que os principais parâmetros de controle são:
a) concentração de ácido crômico;
b) escolha do catalisador;
c) proporção entre ácido crômico e catalisador;
d) temperatura;
e) densidade de corrente anódica e catódica;
f) rendimento de corrente;
g) duração da deposição;
h) difusão de hidrogênio.
ABTS (1995) mencionou que o rendimento de corrente aumenta com a
diminuição da concentração de anidrido crômico. A condutibilidade elétrica atinge
um máximo com cerca de 450 g.L-1 de CrO3 e aumenta com a temperatura do
banho. Contudo o que realmente ocorre é a redução da condução de corrente com a
temperatura e o que aumenta é a velocidade de reação na superfície catódica e
anódica.
Bertorelle (1960) concluiu que, para a cromagem dura industrial, é conveniente
usar os banhos com concentrações menores de CrO3, isto é 250 g/l, para poder
trabalhar com densidades de corrente mais elevadas obtendo-se camadas de cromo
mais espessas por unidade de tempo.
ABTS (1995) verificou que um maior rendimento de corrente é obtido com a
utilização de ácido fluorídrico (HF) e ácido fluosilícico (H2SiF6). Mas mesmo assim é
o ácido sulfúrico (H2SO4) o mais usado hoje como catalisador. Isto porque, os ácidos
45
fluorídricos (HF) e fluosilícico (H2SiF6) exercem forte ataque sobre os anodos, sobre
as peças a serem cromadas e sobre o revestimento dos tanques de processamento.
A relação de ácido sulfúrico e ácido crômico varia de 1 a 2% para depósitos
industriais brilhantes e duros. Com o aumento desta porcentagem, não ocorre
deposição de cromo, devido à formação de cromo trivalente, e com porcentagens
abaixo de 0,5% também não ocorre deposição de cromo.
A Figura 12 mostra a variação da dureza do depósito em função da variação
da temperatura.
Figura 12 - variação da dureza do depósito em função da variação da temperatura. Fonte: ABTS (1995).
A partir da Figura 12, ABTS (1995) pôde concluir as seguintes características
obtidas com a variação da temperatura, que estão descritas na Tabela 1.
Temperatura crítica: 55°C.
46
Tabela 1 – Características do depósito de cromo em função da variação de
temperatura da solução eletrolítica.
Temperatura(°C) Característica do depósito
20 Cromo queimado por uma camada de flocos e partículas
duríssimas, porém soltas, que por tensões internas
excessivas se desprendem do material-base durante a
eletrodeposição.
40 Cromo duríssimo, porém quebradiço com uma rede
bastante pronunciada de fissuras.
55 É um dos pontos críticos de deposição do cromo
65 Cromo leitoso, mole, que possibilita um polimento
posterior.
Acima de 65 Não ocorre deposição do metal
Fonte: ABTS (1995).
ABTS (1995) observou um ponto em comum, à temperatura de 55°C,
utilizando-se diferentes densidades de corrente obtém-se também a mesma dureza
de camada. Para a densidade de corrente vale o inverso já dito sobre a temperatura,
ou seja, com densidades de corrente demasiadamente elevadas obtém-se o cromo
duríssimo queimado e com densidades de corrente demasiadamente baixas cessa a
deposição de cromo.
O rendimento de corrente e duração da deposição são dois fatores que
influenciam a espessura da camada depositada. Evidentemente, quanto maior é o
rendimento de corrente, tanto menor poderá ser o tempo necessário para a
obtenção da mesma espessura de camada. É possível determinar o rendimento de
corrente facilmente levando em consideração as Leis de Faraday descritas na
equação 7, (pag. 23)
ABTS (1995) comentou ainda que a difusão do hidrogênio em quantidades
apreciáveis é fator importante na deposição, contamos portanto, com a presença de
íons, átomos e moléculas de hidrogênio. Enquanto parte deste hidrogênio é
incorporada à camada de cromo, temos também uma forte difusão de hidrogênio
para o material-base, que é proporcional ao tempo de exposição. Se for certo que
este hidrogênio causará uma fragilização do material-base, as teorias sobre este
47
fenômeno, os efeitos causados pelo mesmo, e eventuais medidas posteriores para a
eliminação parcial do fenômeno são das mais desencontradas. Se até agora a
desgaseificação é um procedimento normalmente especificado e utilizado nas
indústrias, pode ser altamente prejudicial à resistência à fadiga.
2.10 Características do cromo
Descoberto pelo químico francês Nicolau-Louis Vauquelin em 1797, o cromo foi
usado como metal em 1798. Cromo, nome originado do grego Khroma – cor – por
causa do seu forte poder de coloração. A esmeralda, a safira, o rubi, o jade e outras
pedras devem suas cores a presença do cromo em sua composição.
Serão descritas características físico químicas e toxicológicas do cromo e do
processo de eletrodeposição.
2.11 Características Fisico químicas
De acordo com Bertorele (1960) as características físico químicas do cromo
eletrolítico de interesse para a cromação são as seguintes:
a) Massa atômica (A) 51,996 g
b) Número atômico (Z) 24
c) Peso específico (g.cm3) 7,138 g.cm3-1
d) Ponto de fusão (P.F) 1857°C
e) Ponto de ebulição (P.E.) 2672°C
f) Estrutura cristalina Cubo centrado
g) Propriedade magnética Amagnético
h) Dureza do cromo duro brilhante (Brinell) 800 – 1100 Brinell
48
2.11.1 Toxicidade
Elexandre et. al (2007) explicaram que o cromo varia sua toxicidade em função
do estado de oxidação, que o cromo hexavalente existe como ânion cromato
tetraédrico em pH fisiológico e é permeável através de canais de membrana celular,
Entretanto o cromo trivalente forma complexos octaédricos e não consegue penetrar
facilmente através destes canais. Eles explicam que através disso se consegue
compreender as diferenças de toxicidade. O cromo hexavalente se inalado em
concentrações maiores que 2µ/m3, pode causar irritação no nariz, coriza, espirros,
coceira, sangramentos, ulcerações e ruptura do septo nasal. Exposição por longo
período, com concentrações do ar superiores 100 vezes a concentração de
ambientes naturais, tem sido associada a câncer de pulmão. A ingestão de cromo,
acidental ou não, provoca fortes dores abdominais, vômito, necrose tubular aguda e
danos nos rins e no fígado, hemorragia e até a morte.
2.12 Legislação
Segundo NR-15*, item 15.1.5 – Limite de Tolerância (LT): “entende-se por
limite de tolerância, para fins desta norma, a concentração ou intensidade máxima
ou mínima, relacionada com a natureza e o tempo de exposição ao agente, que não
causará dano á saúde do trabalhador, durante a sua vida laboral”. No Brasil, quando
não há limite de tolerância para determinado composto, a legislação brasileira, de
acordo com NR-9 item 9.3.5.1 alínea “c”, utiliza valores da ACGIH – American
Conference of Governmental Industrial Hygyenists, ou aqueles que venham a ser
estabelecidos em negociação coletiva e trabalho, desde que mais rigorosos do que
os critérios técnico-legais estabelecidos. No caso do cromo, o único limite que
consta é para o ácido crômico, composto solúvel, com LT de 0,04 mg/m3.
Segundo a Resolução do Consema n° 128/2006 que disp õe sobre a fixação de
padrões de emissão de efluentes para fontes de emissão que lancem seus efluentes
em águas superficiais no estado do Rio Grande do Sul, regulamenta através do Art.
49
10 que o padrão máximo de emissão de cromo hexavalente é de 0,1 mg.L-1. Essa
Resolução obriga indústrias a manter instalações de tratamento de efluentes com a
mínima tecnologia capaz de atingir os padrões exigidos pela legislação.
50
3 CARACTERIZAÇÃO DO PROCESSO ATUAL
Com o objetivo de registrar o processo no início do estudo, foi levantado o
parâmetro de trabalho das principais variáveis de cada etapa, bem como algumas
características do depósito. A tabela 2 apresenta estes parâmetros associando-os a
sua variável. Os artigos foram identificados da seguinte forma: 1, artigo de superfície
polida que recebe cromo duro; 2, artigo de superfície opaca que recebe cromo duro,
3, artigo montado que recebe cromo decorativo; 4, artigo desmontado que recebe
cromo decorativo.
Tabela 2 – Delimitação das principais variáveis do processo
Condições de processo de cada artigo Variável Unidade de
medida 1 2 3 4
Tempo desengraxe Min. 18 10 2,5 2,5
Concentração
desengraxe
g.L-1 60,0 60,0 60,0 60,0
Temperatura
desengraxe
°C 40 40 40 40
Densidade de corrente
no desengraxe
A.dm-2 18 18 10 10
Tensão
desengraxante
V 5,5 5,5 5,5 5,5
Concentração ácido
clorídrico
% 4,0 4,0 4,0 4,0
Acidez livre água de
enxague 3
% 0,5 0,5 0,5 0,5
Temperatura banho de
cromo
°C 52 - 58 52-58 52 52
Concentração ácido
crômico
g.L-1 270,0 270,0 270,0 270,0
Concentração sulfato g.L-1 0,5 0,5 0,5 0,5
Densidade de corrente A.dm-2 35 40 12 12
51
catódica
Tensão banho de
cromo
V 5,5 5,5 6,5 6,5
Fonte: Autoria própria (2010).
A Tabela 3 apresenta dados referentes à qualidade do depósito obtido. As
características importantes são:
a) espessura da camada, aplicada a todos os artigos;
b) resistência à oxidação quando imerso em água a 85°C;aplicada a camada
de cromo duro;
c) porosidade da camada, aplica-se a camadas decorativas.
Os procedimentos de ensaio estão descritos nos apêndices G, H, I
respectivamente.
Para obtenção destes dados foram realizados ensaios em cinco amostras de
cada artigo e os dados apresentados em função da média de observações.
Tabela 3 – Características do depósito
Ensaio Artigo 1 Artigo 2 Artigo 3 Artigo 4
Espessura de camada 3/5 7/10 N.A(1) N.A(1)
Ciclos em água
quente 8 2,6 N.A(1) N.A(1)
Porosidade N.A(1) N.A(1) 7 pontos 10 pontos
Fonte: Autoria própria (2010).
Além destas características, é necessário registrar e mencionar as dificuldades
do processo atual que afetam a qualidade e a produtividade:
a) Paradas em função de aquecimento do banho com artigos técnicos;
b) Alto índice de retrabalhos com artigos decorativos: média de 45%;
c) Baixa produtividade com artigo 1;
d) Baixa qualidade com artigo 2
Apresentação dos problemas e possíveis causas evidenciadas nos artigos que
recebem cromo decorativo, através da tabela 4. As peças recebem avaliação visual
e é realizada em 100% dos artigos durante todo o período produtivo.
52
(1) Não aplicável a este artigo.
Tabela 4 – Problemas dos artigos decorativos e possíveis causas
Problema Possíveis causas
Manchas brancas Deficiência de limpeza
Manchas brancas leitosas
em toda extensão do artigo
Relação CrO3/SO4
insuficiente
Manchas brancas na área de
aplicação de baixa densidade de
corrente
Baixa penetração do
depósito
Tonalidade do cromo
diferente do azul-prateado
característico
Presença de contaminantes
Fonte: Autoria própria (2010).
A figura 14 apresenta o fluxograma do processo e a disposição do
equipamento com relação a abastecimento.
4 5
67891
2 3
10Carga Descarga
Figura 13 – Fluxograma processo de cromagem em estudo
Fonte: Autoria própria (2010)
Descrição do fluxograma:
53
1: Desengraxante eletrolítico
2: Enxague em cascata
3: Enxague em cascata
4: Ativação ácida imersão
5: Enxague
6: Banho de cromo
7: Enxague em cascata
8: Enxague em cascata
9: Enxague em cascata
10: Desaguante
Utiliza-se equipamento automático elíptico para realizar a cromagem. Sendo
possível apenas alterar o tempo em que o equipamento permanece em repouso até
iniciar o próximo carregamento/descarregamento. Com isso, ao alterar o tempo de
cromagem altera-se o tempo de permanência em todos os estágios.
54
4 DESCRIÇÃO DOS ENSAIOS
Em uma área reservada para testes, chamada de mini linha, foi preparada a
estrutura que possibilitou a simulação do processo produtivo. Todos os ensaios
foram realizados como em uma linha galvânica produtiva manual. A relação
aproximada entre os banhos de cromo utilizados para produção e a linha de testes
foi de 30:1.
4.1 Equipamentos e acessórios
Será listada a estrutura necessária para realização dos diversos ensaios:
a) Retificador de 100 Amperes e 10 Volts;
b) 02 Cabos de cobre eletrolítico de 5 metros;
c) 02 Resistências de 3000 Watts e interruptor;
d) 03 Barras de cobre por tanque com conexão entre dois barramentos;
e) Termômetro com escala de – 10°C até 110°C;
f) 02 chapas de aço carbono de 300 x 300 mm com contatos de cobre
eletrolítico, para trabalhar como anodo no desengraxe;
g) 08 chapas de chumbo estanho 100 x 300 mm com composição de 90:10,
respectivamente, para trabalhar como anodos nos banhos de cromo;
h) 04 tanques com capacidade para 120 litros cada;
i) 02 tanques com capacidade de 50 litros cada;
j) Suportes para as peças serem cromadas, gancheiras.
4.2 Soluções eletrolíticas
Foram utilizadas diferentes soluções eletrolíticas para realização dos ensaios,
sendo elas:
55
a) Solução retirada do banho de cromo usado na linha produtiva. Foram
retirados 100 litros do banho de produção, que foi usado integralmente;
b) Solução preparada nova. Foi preparado um banho preenchendo um tanque
de 120 litros com 1/3 de água, 270 g.L-1 ,de trióxido de cromo aditivado com sal
de fluoreto pelo fabricante e 0,5 g.L-1 de ácido sulfúrico industrial;
c) Solução de desengraxe preparada, preenchendo um tanque de 120 litros
com 1/3 de água e dissolvendo 60 g.L-1 de desengraxante a base de hidróxido
de sódio;
d) Solução de ativação ácida em um tanque 120 litros usando 4% de ácido
clorídrico industrial, ácido muriático.
4.3 Procedimentos de ensaio
Será descrito os procedimentos utilizados para realização de todos os ensaios
bem como as formas de avaliação.
4.3.1 Levantamento das condições iniciais
Para levantamento das condições iniciais, foi registrado a faixa de trabalho de
cada variável considerada relevante. Este registro foi feito através de determinação
de variáveis químicas através de análise química das soluções utilizadas como
banhos produtivos; medição de variáveis físicas como temperatura, intensidade de
corrente e voltagem.
Para determinação da área superficial dos artigos foi utilizado software de
modelagem, onde o objeto é desenhado com as medidas originais e o programa
obtém a área superficial, entre outras características. A densidade de corrente foi
calculada com os valores de intensidade de corrente utilizada na solução eletrolítica
e a área superficial total.
56
Logo após o levantamento destas variáveis de processo foi coletado de forma
aleatória cinco amostras dos artigos 1, 2, 3 e 4. Os artigos 1 e 2 foram submetidos a
ensaios de resistência a oxidação quando imerso em água quente e espessura de
camada, os artigos 3 e 4 foram submetidos a ensaios de porosidade da camada e
espessura da camada para conhecer algumas características que o metal
depositado possui ou agrega, entretanto a principal avaliação é o aspecto visual.
Com informações fornecidas pelo processo produtivo foi possível conhecer o
percentual de artigos que após a cromagem apresentam alguma falha e necessitam
ser recromados.
4.3.2 Ensaios em mini linha
Foram realizados diversos ensaios baseados nas condições iniciais de
processo. Para cada ensaio foi modificado a condição de uma variável, mantendo as
demais constantes.
Todas as amostras dos artigos 1 e 2 obtidas nos ensaios foram submetidas a
avaliação visual e ensaios de resistência a oxidação quando imersos em água
quente. As amostras dos artigos 3 e 4 obtidas dos ensaios foram submetidas a
avaliação visual. Os ensaios estão numerados e serão descritos a seguir:
a) comparativos entre a solução nova e a solução atual:
- estimativa do rendimento catódico da solução eletrolítica de cromagem
atual e da solução eletrolítica preparada nova: esta estimativa foi realizada
preparando uma chapa de aço carbono 1020 de 100 x 50 mm e 0,5 mm de
espessura. Esta chapa foi lixada, polida, desengraxada, ativada e seca, e
logo após pesada em balança com precisão analítica. A chapa foi
submetida a ensaio de Célula de Hull, conforme apêncidice E. Ao término
do ensaio, a chapa foi novamente seca e pesada com precisão analítica.
Os pesos no início e no final do processo foram comparados com os
valores teóricos obtidos com a equação 6.
- Obtenção dos artigos em mini linha: foram cromados os quatro tipos de
artigos com as condições do processo de acordo com a tabela 2.
57
b) ensaio com aumento da concentração de desengraxe: foi adicionado ao
banho de desengraxante descrito na seção 4.2, quantidade suficiente para
obtenção de 90 g.L-1. A concentração foi verificada através de metodologia
descrita no apêndice A. Foram cromadas amostras conforme a descrição da
Tabela 5 mantendo as demais variáveis conforme condições da tabela 2.
Tabela 5 - Descrição do ensaio b
Variável
alterada Quantidade de amostras por artigo
Concentração
desengraxante
g.L-1
Artigo 1 Artigo 2 Artigo 3 Artigo 4
90 2 2 10 10
c) ensaio com aumento da densidade de corrente catódica no desengraxe:
utilizando as condições de trabalho da Tabela 2 foram cromadas amostras com
aumento na concentração de desengraxante com trabalho catódico. A
densidade de corrente aplicada foi dobrada. A quantidade de amostras
cromadas por artigos e a variável alterada estão descritas na Tabela 6.
Tabela 6 – Descrição do ensaio c
Artigo 1 Artigo 2 Artigo 3 Artigo 4
Densidade de
corrente no
desengraxante
A.dm-2
35 35 20 20
Quantidade de
amostras por
artigo
2 2 10 10
Fonte: Autoria própria (2010).
58
d) ensaio com aumento da intensidade de corrente de cromagem no artigo 3:
foi realizado a cromagem de 10 amostras do artigo 3 utilizando um aumento de
densidade de corrente para cromar de 10 A.dm-2 para 20 A.dm-2. As demais
variáveis foram mantidas constantes conforme a Tabela 2.
e) ensaio com diminuição da relação CrO3/SO4: todos os artigos foram
cromados com uma diminuição da relação de CrO3/SO4. A relação foi
modificada de 540 para 180. As concentrações e reestimativa d
comportamento, foram verificadas conforme apêndices C e E.
f) ensaio com diminuição da relação CrO3/SO4 e aumento da densidade de
corrente no artigo 3: foram cromadas amostras utilizando a solução eletrolítica
do ensaio “e” e um aumento na densidade de corrente para cromagem de 10
A.dm-2 para 20 A.dm-2.
g) ensaio com diminuição da relação CrO3/SO4 após diminuição dos
contaminantes: o ensaio Tabela 6 foi reproduzido após diminuição de
contaminantes da solução eletrolítica de cromagem. A diminuição dos
contaminantes foi realizada conforme descrição do apêndice J que foi
recomendado pelo fabricante da solução de cromagem.
h) ensaios para aumento produtividade do artigo 1: foram cromados amostras
com as modificações descritas pela tabela 7. As demais variáveis foram
mantidas constantes conforme Tabela 2.
Tabela 7 – Ensaios para aumento de produtividade do artigo 1
Variável Artigo 1
Tempo desengraxe –
Min. 13 13 13 13
Tempo ativação –
Min. 2,8 2,8 2,8 2,8
Tempo cromagem –
Min. 30 30 30 30
Densidade catódica –
A.dm-2 40 30 25 20
Fonte: Autoria própria (2010).
59
i) Ensaios para aumento produtividade artigo 2: foram cromados amostras
com as modificações descritas pela Tabela 8. As demais variáveis foram
mantidas constantes conforme Tabela 2.
Tabela 8 – Ensaios para aumento de produtividade do artigo 2
Artigo Artigo 2
Tempo
desengraxe – Min. 11,5 11,5 11,5 11,5
Tempo ativação –
Min. 2,2 2,2 2,2 2,2
Tempo cromagem
– Min. 25 25 25 25
Densidade
catódica – A.dm-2 40 30 25 20
Fonte: Autoria própria (2010).
j) Ensaios em linha produtiva: os ensaios em linha produtiva foram realizados
após diminuição dos contaminantes. O procedimento utilizado para diminuição
dos contaminantes está descrito do apêndice J. Foram realizados lotes de
produção dos artigos 1 e 2 com as condições das variáveis descritas nas
Tabelas 7 e 8, onde foram escolhidas as densidades de corrente para
cromagem 20 e 25 A.dm-2 respectivamente. Foram coletadas amostras de
forma aleatória para ensaios de resistência a oxidação em imersão em água
quente. Após a realização da diminuição dos contaminantes iniciou-se a
produzir os artigos 3 e 4 conforme as condições de trabalho de desengraxe
descritas na Tabela 6 e demais variáveis descritas na Tabela 2. Foi realizado
acompanhamento por um mês das inspeções visuais realizadas por
operadores habilitados para a atividade. Estas inspeções geraram o índice de
peças com defeitos de cromo, e que devem ser recromados.
60
5 RESULTADOS E DISCUSSÕES
Foi realizada uma estimativa do rendimento catódico de cada solução, sendo
que para o banho atual foi registrado um rendimento próximo a 1% e para o banho
novo 5,5%. O objetivo dos ensaios de comparação entre um banho novo e o banho
usado atualmente foi conhecer a influência da solução eletrolítica no resultado final.
A Tabela 9 apresenta os resultados do ensaio “b”. É possível observar que a solução
eletrolítica influencia diretamente no resultado, e que uma alternativa seria trocar
toda a solução de cromagem, pois os artigos cromados com a solução nova não
apresentaram manchas e tiveram ótima resistência a oxidação. Contudo, a troca,
total ou parcial, do banho de cromo geraria um resíduo, que atualmente a empresa
não tem conhecimento de destino ambientalmente correto. O tratamento
ambientalmente correto, utilizado pela empresa, aplica-se as águas de enxague
(efluentes contendo cromo hexavalente), onde é realizado a redução do cromo
hexavalente para cromo trivalente usando metabissulfito de sódio (Na2S2O5) e
posterior precipitação em pH 8,5. Então, foi realizado o tratamento de uma solução
de efluente, gerado normalmente, acrescido de 15% do banho de cromo
concentrado, a fim de simular o tratamento do efluente contendo parte do banho de
cromo e possibilitar o envio do lodo para aterro. Para redução do cromo hexavalente
a cromo trivalente, foi necessário adicionar 60 g.L-1 de redutor metabissulfito de
sódio (Na2S2O5), 95% a mais quando comparado com a solução de efluente original.
Ocorreu também um aumento de temperatura até 50°C g erado pela reação de
redução do cromo, sendo que a temperatura inicial era de 20°C. Não foi realizada a
prensagem para redução do volume, tendo em vista que as condições geradas para
tratamento, que foram quantidades de metabissulfito de sódio (Na2S2O5) muito
elevada e aumento da temperatura, inviabilizam o tratamento de efluente com
acréscimo de concentração em função de descarte de banho de cromo.
61
Tabela 9 – Resultado do ensaio comparativo entre o banho atual e um novo
Artigo 1 2 3 4
Resultado
com banho
atual
Aspecto
brilhante.
Oxidação no
9°ciclo
Aspecto
normal
Oxidação no
2° ciclo
Depósito
brilhante com
manchas
brancas e
manchas
leitosas em
áreas
específicas
Depósito
brilhante com
áreas com
manchas
leitosas.
Resultado
com banho
novo
Aspecto
brilhante.
Oxidação no
51°ciclo.
Aspecto
normal
Oxidação no
19° ciclo.
Depósito
brilhante azul-
prateado com
manchas
brancas.
Depósito
brilhante azul-
prateado livre
de manchas.
Fonte: Autoria própria (2010).
Em função da impossibilidade de troca da solução de cromagem, os testes
foram conduzidos de forma a encontrar a modificação necessária para melhorar a
deposição com a solução atual. Foi realizada também análise sistemática qualitativa
para identificação de possíveis contaminantes, descritas no apêndice F. Foi
encontrado ferro na análise sistemática de cátions, sendo que este contaminante de
acordo com Bertorelle (1960) não traz muitos efeitos danosos, mas modifica a
condução de corrente pela solução eletrolítica. Foi encontrado cromo trivalente em
faixas de 7 g.L-1 e foi possível identificar qualitativamente cloreto através de
tratamento preliminar da amostra e visualização em Célula de Hull.
Ensaios realizados com a concentração de desengraxante aumentada em 50%
tiveram o objetivo de observar alguma modificação que possa auxiliar na redução
das manchas encontradas principalmente no artigo 3. Os resultados são
apresentados na tabela 10.
62
Tabela 10 – Resultado do ensaio de modificação da concentração do desengraxante
Artigo 3 1 4
Resultado
Peças brilhosas
com manchas
leitosas em área de
baixa densidade de
corrente.
Peças muito
enegrecidas após
desengraxante e
com cromo
desprendendo após
deposição.
Peças brilhosas
com manchas
brancas
leitosas.
Fonte: Autoria própria (2010).
Foi observado que modificações na concentração de desengraxante agregam
significativamente na eliminação ou redução da incidência de manchas brancas no
artigo 3, características de presença de sólidos na superfície do substrato.
Entretanto, acarretam na formação de óxido preto na superfície das peças que
recebem cromo duro. Por este motivo o aumento da concentração da solução de
desengraxe foi eliminado.
A Tabela 11 apresenta resultado do ensaio referente ao aumento de densidade
de corrente no desengraxante com trabalho catódico. Foi observado que a evolução
de gás ocorreu de forma mais intensa quando comparado com a evolução de gás ao
aumentar a concentração.
A modificação da concentração do desengraxante do processo durante o
período produtivo não é conveniente, tendo em vista que é muito trabalhoso
modificar o banho de desengraxe todos os dias para alterar concentrações.
63
Tabela 11 – Resultados do ensaios de modificação da densidade de corrente de
desengraxe
Artigo 3 1 4
Resultado
Peças brilhosas
com manchas
leitosas em área
de baixa
densidade de
corrente.
Peças muito
enegrecidas após
desengraxante e
com cromo
desprendendo após
deposição.
Peças brilhosas
com manchas
brancas
leitosas.
Modificações na densidade de corrente utilizadas apenas para desengraxe de
artigos que recebem cromo decorativo, apresentou resultados satisfatórios, não
sendo aplicado a artigos que irão receber cromo duro. O fator positivo na
modificação deste parâmetro é a possibilidade de trabalhar com faixas de
densidades de corrente diferentes entre os artigos, pois para os artigos 3 e 4 a
modificação acarretou em uma grande diminuição das manchas brancas
observadas, mas no artigo 1 acarretou em deposição de cromo falha.
O ensaio modificando a densidade corrente de cromagem do artigo 3, teve
como finalidade a visualização do melhor recobrimento do artigo pelo depósito. Os
resultados do ensaio foram peças brilhosas sem manchas brancas, mas com
manchas leitosas em área de baixa densidade de corrente. O resultado mostrou que
as manchas são devido ao baixo poder de penetração do banho de cromo, pois com
o aumento descrito não foi observado manchas no artigo.
A Tabela 12 apresenta os resultados do ensaio de diminuição da relação de
CrO3/SO4.
64
Tabela 12 – Resultado dos ensaios com diminuição da relação CrO3/SO4
Artigo 1 3 4
Resultado
Peças brilhosas
sem manchas.
Oxidação no 3°
ciclo em zona de
baixa densidade de
corrente
Zonas de baixa
densidade de
corrente com
manchas leitosas.
Depósito
brilhante com
aspecto azul-
prateado.
Fonte: Autoria própria (2010)
Com a diminuição da relação de CrO3/SO4.foi possível visualizar uma redução
no poder penetrante do banho, tendo em vista que o artigo 1 apresentou baixa
resistência a corrosão em áreas de baixa densidade de corrente e que o artigo 3
manteve as manchas brancas leitosas nas mesmas áreas. Este fenômeno já era
esperado, pois, em ensaios realizados em Célula de Hull se observou significativa
perda de penetração ao aumentar a concentração de sulfato. Todavia, em função de
informações mencionadas por Bertorelle (1960) suspeitou-se de que os íons cloreto
e cromo trivalente, presentes como contaminantes, pudessem estar afetando
significativamente o efeito penetrante do banho de cromo. Para confirmação deste
efeito realizou-se investigação através das análises sistemáticas qualitativas e
quantitativas foi possível visualizar a presença de alguns contaminantes como
cloreto e cromo trivalente. Os ensaios estão descritos no apêndices C e D. A
concentração de cromo trivalente era de 7 g.L-1, e posterior as diminuições de
contaminantes reduziu para 2 g.L-1. Os resultados observados a partir da diminuição
destes íons em solução confirmaram as suspeitas do efeito intolerante destes
contaminantes.
Os resultados da reprodução do ensaio anterior com aumento da densidade
de corrente para cromagem estão expressos na Tabela 13.e tiveram o objetivo de
observar maior recobrimento dos artigos. Entretanto, houve queima das
extremidades dos artigos.
65
Tabela 13 - Ensaios com aumento da relação CrO3/SO4 e aumento da densidade de
corrente utilizada na cromagem
Artigo 1 3 4
Resultado
Peças brilhosas sem
manchas/oxidação.
10° ciclo em zona de
baixa densidade de
corrente
Zonas de baixa
densidade de
corrente com
manchas
leitosas.
Depósito
brilhante com
aspecto azul-
prateado.
Fonte: Autoria própria (2010).
Os resultados do ensaio “g” estão descritos na Tabela 14, onde é possível
observar significativa melhora no aspecto do depósito que está livre de manchas.
Estes resultados confirmam que os contaminantes estavam interferindo de forma
negativa para o processo de deposição.
Tabela 14 – Ensaios com diminuição da relação CrO3/SO4 após eliminação de
contaminantes do banho
Artigo 3 4
Resultado Depósito brilhante com
aspecto azul-prateado.
Depósito brilhante
com aspecto azul-
prateado.
Fonte: Autoria própria (2010)
Os ensaios realizados para aumento de produtividade dos artigos que recebem
cromo duro apresentaram aumento na resistência à corrosão variando apenas a
densidade de corrente no banho de cromo. Com isso, se objetivou manter a
resistência a oxidação do artigo 1. Foi observado a veracidade das Leis de Faraday
descritas pelas equações 5 e 6, pois quanto maior a corrente aplicada por unidade
de área, maior foi a massa depositada no mesmo intervalo de tempo. Relação
observada no resultado dos ensaios apresentados pelas tabelas 15 e 16.
66
Tabela 15 – Resultado do ensaio para aumento de produtividade do artigo 1
Densidade de
corrente para
cromagem
A.dm-2
40 30 25 20
Resultado
Peças
brilhosas sem
manchas/oxida
ção 49° ciclo
em zona de
baixa
densidade de
corrente
Peças
brilhosas
sem
manchas/oxi
dação 35°
ciclo em
zona de
baixa
densidade
de corrente
Peças
brilhosas sem
manchas/oxid
ação 22°
ciclo em zona
de baixa
densidade de
corrente
Peças
brilhosas sem
manchas/oxid
ação 17°
ciclo em zona
de baixa
densidade de
corrente
Fonte: Autoria própria (2010).
Tabela 16 – Resultado do ensaio para aumento de produtividade do artigo 1
Variável 40 A.dm-2 30 A.dm-2 25 A.dm-2 20 A.dm-2
Resultado
Peças
brilhosas
sem
manchas.
Oxidação 45°
ciclo em zona
de baixa
densidade de
corrente
Peças
brilhosas
sem
manchas
Oxidação 29°
ciclo em zona
de baixa
densidade de
corrente
Peças
brilhosas
sem
manchas.
Oxidação 15°
ciclo em zona
de baixa
densidade de
corrente
Peças
brilhosas
sem
manchas.
Oxidação 8°
ciclo em zona
de baixa
densidade de
corrente
Fonte: Autoria própria (2010).
Os resultados dos ensaios realizados em linha produtiva estão descritos na
Tabela 17.
67
Tabela 17 – Resultados dos ensaios em linha produtiva dos artigos 1 e 2
Artigo 1 2
Resultado Peças brilhosas sem
manchas. Oxidação
12° ciclo em zona de
baixa densidade de
corrente
Peças brilhosas sem
manchas Oxidação 9°
ciclo em zona de baixa
densidade de corrente
Os resultados dos artigos 3 e 4, foram uma redução dos índices de retrabalho
para 28,5%.
Foi observado diferença de resultados nos ensaios em mini linha e no banho
de cromo utilizado em produção. Isso ocorreu provavelmente em função da distância
entre os anodos nos banhos da mini linha ser menor, ao fato de que foi cromado
uma gancheira por banho, reduzindo a perda de penetração do banho e no banho
produtivo são cromados 9 gancheiras simultaneamente.
68
6 CONCLUSÃO
A avaliação final da produtividade foi realizada utilizando uma planilha no
programa Excel. A planilha apresenta a produtividade atual e os percentuais de
ganhos modificando as variáveis, conforme foi realizado nos ensaios. Desta forma
obtiveram-se os dados demonstrados na Tabela 18.
Tabela 18 – Diferença de produtividade por artigo em percentual
Artigo Diferença em percentual
1 68,4 %
2 - 4,3 %
3 50,0 %
4 21,4 %
Fonte: Autoria Própria (2010).
Muito embora tenha ocorrido perda de produtividade no artigo 2, houve ganho
aproximado de 8 vezes na qualidade, o que justifica a perda individual.
Avaliando a capacidade produtiva instalada levando em consideração todos os
grupos, o ganho gerado com o estudo foi de 33,5%.
Utilizando ensaios simples foi possível prever o resultado da deposição de
cromo metálico em linha produtiva de cromagem. Estes ensaios possibilitaram a
delimitação de novos parâmetros de cromagem, e que um trabalho contínuo deve
ser realizado para que os mesmos resultados sejam obtidos ao longo do tempo.
A visualização prática da descrição realizada em revisão bibliográfica
direcionou e sustentou as ações de trabalho. Entretanto, é possível realizar
questionamentos a conceitos apresentados, e todo leitor, baseado em fatos e dados
é capaz de exercê-lo.
O resultado foi muito positivo, e além disso, o maior ganho esta no
conhecimento agregado, pois através dele será possível, com melhorias contínuas,
obter maior rendimento do que o descrito neste trabalho. Com isso mantém-se a
constante renovação exigida para que empresas mantenham-se competitivas no
mercado.
69
7 OPORTUNIDADES DE DESENVOLVIMENTOS FUTUROS
Com base na fundamentação teórica e nos resultados obtidos foi observado
que ainda é possível realizar os seguintes ensaios:
a) ensaios com aumento de área anódica e com isso aumento da área para
ocorrer as reações de redução do metal. Possivelmente ocorrerá aumento do
rendimento de deposição;
b) ensaios com utilização de desengraxe com reversão de polaridade nos
artigos 1 e 2 a fim de melhorar a limpeza e facilitar a cromagem posterior;
c) ensaios com diferentes ácidos para ativação dos artigos, visualizando não
continuar contaminando o banho de cromo com cloreto do ácido clorídrico
usado atualmente;
d) Pesquisa dos mecamismos envolvidos no tratamento para eliminação dos
íons cloreto (Cl-) e (CrO3).
70
REFERÊNCIAS
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE TRATAMENTOS DE SUPERFÍCIES, Curso de Galvanoplastia . São Paulo, 1995. BAGOTSKY Y. S. Fundamentals of electrochemistry . Hoboken, New Jersey. Jonh Wiley & Sons, Inc. 2006 pg. 30. BALL, David W. Físico química Vol 1. São Paulo, SP: Pioneira Thomson Learning, 2005. BERTORELLE, Eugenio. Trattato de galvanostegia . 3 ed. Milão, Itália. Hoelpi, 1960. BRASIL, Portaria GM n°3.214. (1978). Norma Regulamentora n°15 , Atividades e operações insalubres, Anexo 11, Agentes químicos cuja insalubridade é caracterizada por limite de tolerância e inspeção no local de trabalho. CASAGRANDE, Delci Fátima Meneguetti, Minimização dos Impactos de uma indústria galvânica através do uso de soluções livr es de cianeto , monografia de mestrado, Centro Universitário Feevale 2009 EQUIPAMENTOS e Montagens para Galvanoplastia. <www.famag.com.br> Acessado em 04/06/2010. GANCHEIRAS MOURA. <www. Gancheirasmoura.com.br> Acessado em 04/06/2010 INVESTIMENTOS em tecnologia avançada estimula a concentração de negócios. Química e derivados.Ed. 456. <www. Quimicaederivados.com.br> Acessado em 04/06/2010. LOWENHEIN, Frederick A. Eletroplating: fundamentals of surface finishing . New York: NY, McGraw-Hill Book Company, 1978. NEWMAN PRODUTOS LTDA. <www. Gancheira.com.br> Acessado em 04/06/2010. OLLARD, E. A. Introductory Electroplating . London: Robert Draper Ltd, 1969
71
PASQUALETO, Antonio; Nogueira, Luciana Soares. Plano de Prevenção de Riscos Ambientais (PGRA) Para Empresas de Galvanopl astia . Universidade Católica de Goiás (2007 RANGEL, R.N., Práticas de Físico-Química , São Paulo, Edgard Blücher, 3ed, 2006 RIO GRANDE DO SUL, Resolução do Consema n° 128/2006 que dispõe sobre a fixação de padrões de emissão de efluentes para fontes de emissão que lancem seus efluentes em águas superficiais no estado do Rio Grande do Sul, Art. 10. SESI - Manual de Segurança e Saúde no Trabalho . Gerência de Segurança e Saúde no Trabalho – São Paulo, 2007 TSAO, Marisa, Apostila de Química analítica qualitativa . Unilasalle. 2005.
72
APENDICE A - DETERMINAÇÃO DA CONCENTRAÇÃO DE DESENG RAXANTE
Será descrito o procedimento de ensaio para determinação da concentração de
desengraxante. O método de análise foi fornecido pelo fabricante do desengraxante:
a) princípio: a determinação da concentração do desengraxante SK 309 é
feita através de uma titulação de neutralização com ácido clorídrico utilizando
fenolftaleína como indicador;
b) definições: foram usadas as seguintes definições:
- desengraxante utilizado na linha de cromagem: desengraxante em pó
formulado e fornecido por uma indústria química, que é utilizado para
limpeza de peças na linha de niquelagem e cromagem de peças.
c) materiais:
- Bureta graduada de 50 mL;
- Erlenmeyer de 250 mL;
- Pipeta volumétrica de 5 mL;
d) reagentes:
- Ácido clorídrico 1 N
- Fenolftaleína 0,1
- Água destilada ou deionisada isenta de gás carbônico
e) procedimento:
- Pipetar 5 mL da amostra para um erlenmeyer de 250 mL;
- Adicionar 2 gotas de fenolftaleína 0,1%;
- Titular com ácido muriático 1 N até atingir a coloração translúcida.
f) cálculo:
g/l de SK 309 = V x f x 10,3 onde:
V = volume gasto de hidróxido de sódio 0,1 N
f = fator de correção de normalidade do hidróxido de sódio.
73
APÊNDICE B - DETERMINAÇÃO DA CONCENTRAÇÃO DE SOLUÇÕ ES DE ÁCIDO CLORÍDRICO
Será descrito o procedimento de ensaio para determinação da concentração
percentual de ácido clorídrico:
a) Princípio: a concentração da solução é feita através da titulação de
neutralização com uma solução de hidróxido conhecida.
b) Materiais:
- Bureta de 25 mL;
- Pipeta de 1 mL;
- Erlenmeyer de 250 mL
c) Reagentes:
- Hidróxido de sódio 0,1 N
- Fenolftaleína 0,1
- Água deionisada isenta de gás carbônico.
d) Procedimento:
- Pipetar 1 ml da amostra para um erlenmeyer de 250 mL;
- Adicionar 5 gotas de solução indicadora;
- Titular com hidróxido de sódio 0,1 N até atingir a coloração rosa claro.
e) Cálculos
% HCl = V x f x 0,3645
Onde:
V = volume gasto de hidróxido de sódio 0,1 N
f = fator de correção de normalidade do hidróxido de sódio.
74
APÊNDICE C - DETERMINAÇÃO DA CONCENTRAÇÃO DE BANHOS DE
CROMO
Será descrito o procedimento de ensaio para determinação da concentração de
ácido crômico, sulfato e cromo trivalente em banhos de cromo:
a) princípio
- determinação de ácido crômico: a determinação de ácido crômico é feita
através de uma titulação de oxirredução, onde o cromo hexavalente é
reduzido a cromo trivalente.
- determinação de cromo trivalente: o cromo trivalente é oxidado a cromo
hexavalente e logo após é determinado por titulação de oxirredução.
- determinação de sulfato por gravimetria: o método consiste em adicionar,
lentamente, uma solução diluída de cloreto de bário a uma solução quente
de sulfato onde foi anteriormente adicionado ácido clorídrico. O precipitado
formado é calcinado.
b) Materiais:
- Balão volumétrico de 100 mL;
- Pipeta volumétrica de 4 mL;
- Pipeta volumétrica de 5 mL;
- Pipeta graduada de 10 mL;
- Bureta volumétrica de 25 mL;
- Copo Becker de 250 mL;
- Erlenmayer de 250 mL;
- Balança semi-analítica e analítica;
- Cloreto de bário 10%;
- Ácido clorídrico 184 ml/L;
- Funil de vidro e papel filtro Whatann nº42 ou 40;
- Cadinho de porcelana;
- Forno mufla.
c) Reagentes
- Tiossulfato de sódio 0,1N;
- Iodeto de potássio P.A;
75
- Àcido sulfúrico 50%;
- Solução de amido;
- Fluoreto de sodio PA;
- Peróxido de sódio PA;
- Ácido acético PA;
- Álcool etílico PA;
- Solução de cloreto de bário (BaCl2) 10% e 15%;
d) procedimento para determinação da concentração de ácido crômico:
- foi pipetado 4 mL do banho de cromo para o balão volumétrico, elevar a
marca, homogeneizar;
- foi transferido 5 mL desta solução para o erlenmayer;
- adicionado 5 mL de ácido sulfúrico a 50%;
- adicionado 2 g de iodeto de potássio;
- titulado com tiossulfato de sódio até a solução ficar amarelada;
- foi adicionado 1 mL de amido;
- foi titulado até a viragem verde claro.
- para o cálculo foi utilizado a seguinte equação:
g/l de ácido crômico = A x f x 16,67
Sendo: A – mililitros de tiossulfato de sódio
f – fator de normalidade do tiossulfato de sódio.
e) Procedimento para determinação da concentração de cromo trivalente
foi pipetado 5 mL da solução preparada para a análise de ácido crômico e
transferir para o erlenmeyer de 250 mL
- adicionado 100 mL de água e 0,2 g de peróxido de sódio PA;
- mantido em ebulição por 30 min.
- adicionado mais 100 mL de água, 2 g de fluoreto de sódio, 3 g de iodeto
de potássio, 10 mL de ácido sulfúrico 50 % e 1 mL de amido 1%;
- titulado com a solução de tiossulfato de sódio 0,1 N até o
desaparecimento da cor escura.
- foi realizado o cálculo utilizando a seguinte equação:
g/l de cromo trivalente = (B – A) x f x 8,7, sendo B a quantidade de mL de
tiossulfato de sódio e A a quantidade e mL de tiossulfato utilizado na
determinação de ácido crômico.
76
f) procedimento para determinação da concentração de sulfato pelo método
gravimétrico:
- foi aquecido um cadinho até peso constante no forno mufla ao rubro;
- foi pipetado 10 mL do banho de cromo e transferir para um copo becker
de 400 mL;
- diluido com 100 mL de água destilada, adicionar 10 mL de ácido
clorídrico, 15 mL de ácido acético e 20 mL de álcool etílico;
- Mantido em ebulição por 30 min., ainda em ebulição, adicionado 15 mL de
cloreto de bário a 10 %;
- Foi mantido em ebulição por 10 min. para que o precipitado fique
cristalizado;
- Foi deixado em repouso para decantar durante 1 hora e logo após filtrado;
- o pape foi transferido juntamente com o precipitado para o cadinho
pesado;
- mantido em forno mufla a 400ºC, por 30 min.
- aquecido a 600°C, quando o precipitado estiva bra nco e calcine ao rubro
por 10 a 15 min.
- mantido em dessecador para esfriar e logo após pesar.
- o cálculo foi realizado usando a seguinte equação:
g/L ácido sulfúrico = peso do resíduo X 42,02
77
APENDICE D – PROCEDIMENTO PARA IDENTIFICAÇÃO DO ÍON CLORETO NO
BANHO DE CROMO
Foi utilizado o seguinte procedimento para determinação da concentração de
sulfato pelo método gravimétrico
a) foi medido 50 mL de banho de cromo com pipeta volumétrica e diluido com
200 mL de água;
b) adicionado 20 gramas de metabissulfito de sódio ou até a solução tornar-se
azul – esverdeado e deixou-se esfriar;
c) foi adicionado hidróxido de sódio 6 N até atingir pH 8,5;
d) a solução foi filtrada em funil de Buchner transferindo quantitativamente;
e) o filtrado foi ser transferido a um erlenmeyer de 500 mL quantitativamente;
f) procedeu-se conforme método de Mohr para identificação do íon cloreto.
78
APENDICE E – ENSAIO EM CELULA DE HULL
Será descrito o procedimento de ensaio de Célula de Hull para banhos de
cromo:
a) princípio: a Célula de Hull é um equipamento auxiliar utilizado em
laboratório para, em ensaio prático, estudar o aspecto de camadas
eletrodepositadas, em todas as faixas de densidade de corrente utilizáveis na
deposição. Consiste em depositar o metal em questão em uma chapa de latão
em uma célula de formato e volume constante, o que reduz as variáveis. É
usada para:
- verificar contaminações presentes;
- verificar nível de brilho;
- verificar falta de sais;
- verificar falta de catalisadores em banho de cromo;
- verificar se o pré-tratamento é a causa do problema.
b) materiais:
- Célula de hull conforme desenho anexo;
- Retificador;
- fonte de aquecimento;
- balão volumétrico de 250 mL;
- chapas de latão ou aço de 6 cm x 10 cm, para o catodo;
- Anodo de chumbo.
c) reagentes e soluções
- solução de desengraxante;
- solução de HCl 2 %.
d) procedimento
- desengraxa-se a chapa de latão niquelada para avalição de cromo
decorativo ou sobre o latão para avaliação de cromo duro, até formação de
um filme de água contínuo, tomando o cuidado para não arranha-la;
- ativa-se por aproximadamente 30s com sol. de HCl 2%;
-com a solução de amostra à temperatura de 55°C se coloca chapa na
Célula, ajusta-se a amperagem em 6 Amperes e aguarda-se 5 minutos.
79
APENDICE F – ANÁLISE QUALITATIVA SISTEMÁTICA DE CÁT IONS
As marchas analíticas seguiram os fluxogramas a seguir:
Figura 15 – Fluxograma de marcha analítica dos cátions do grupo 2 Fonte – Tsao (2005)
80
Figura 16 - Fluxograma de análise dos cátions do grupo 3 Fonte: Tsao (2005)
81
APENDICE G – TRATAMENTO BANHO DE CROMO PARA DIMINUI ÇÃO DE CONTAMINANTES
O banho de cromo foi eletrolisado por 20 horas com a maior área catódica
possível e com a maior corrente elétrica que o sistema permitia. Logo após o banho
foi eletrolisado com ferros de construção, que atingiam a proximidade do fim do
tanque pelo mesmo tempo e com a mesma corrente elétrica aplicada
anteriormente.
