VÌ SAO BỂ ACID NHANH GIẢM NỒNG ĐỘ? NGUYÊN NHÂN VÀ CÁCH KIỂM SOÁT

Bể acid nhanh giảm nồng độ là gì?

Bể acid được sử dụng phổ biến trong tẩy gỉ và xử lý bề mặt kim loại. Acid hòa tan lớp oxide trước công đoạn xi mạ hoặc sơn phủ. Hai hóa chất thường gặp là acid hydrochloric, HCl, và acid sulfuric, H₂SO₄. Trong quá trình vận hành, lượng acid tự do sẽ giảm dần. Tuy nhiên, tốc độ giảm bất thường có thể cho thấy bể đang mất cân bằng.

Hiện tượng này thường đi kèm thời gian xử lý kéo dài. Bề mặt có thể còn oxide hoặc xuất hiện vết tẩy không đồng đều. Lượng acid bổ sung cũng tăng nhanh hơn định mức. Nguyên nhân không chỉ đến từ phản ứng tẩy gỉ. Dung dịch còn bị hao hụt qua kéo theo, trung hòa, pha loãng và thất thoát vật lý.

Xem thêm: Ứng dụng của acid trong xử lý bề mặt kim loại

Acid bị tiêu hao khi hòa tan lớp oxide

Đây là nguyên nhân trực tiếp trong bể tẩy gỉ. Acid phản ứng với các oxide trên bề mặt kim loại. Gỉ sắt có thể chứa FeO, Fe₂O₃, Fe₃O₄ và FeO(OH). Tên tương ứng là iron(II) oxide, iron(III) oxide, iron(II,III) oxide và iron(III) oxyhydroxide.

Với acid hydrochloric, một số phản ứng có thể biểu diễn như sau:

FeO + 2HCl → FeCl₂ + H₂O

Fe₂O₃ + 6HCl → 2FeCl₃ + 3H₂O

Fe₃O₄ + 8HCl → FeCl₂ + 2FeCl₃ + 4H₂O

Các phản ứng này tiêu thụ acid và tạo muối sắt hòa tan. Lớp oxide càng dày, lượng acid cần thiết càng lớn. Sản lượng xử lý tăng cũng khiến acid tự do giảm nhanh hơn. Vì vậy, tiêu hao cần được đánh giá theo tải lượng bề mặt thực tế.

Xem thêm: Gỉ sét là gì? Cách tẩy gỉ hiệu quả

Acid tiếp tục phản ứng với kim loại nền

Acid có thể tiếp tục phản ứng sau khi lớp gỉ được loại bỏ. Khi đó, kim loại nền bắt đầu hòa tan. Với sắt và acid hydrochloric, phản ứng có thể biểu diễn như sau:

Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂↑

Với acid sulfuric loãng, phản ứng đại diện là:

Fe + H₂SO₄ → FeSO₄ + H₂↑

Phản ứng tạo muối sắt và giải phóng khí hydrogen. Acid tiếp tục bị tiêu hao dù bề mặt đã sạch gỉ. Ngâm quá lâu làm mức tiêu hao tăng. Nhiệt độ cao cũng thúc đẩy tốc độ phản ứng. Chất ức chế ăn mòn không phù hợp có thể làm kim loại nền bị tấn công mạnh hơn.

Không nên tự động tăng acid khi tốc độ tẩy giảm. Thao tác này có thể làm tăng ăn mòn kim loại nền. Người vận hành cần kiểm tra thời gian, nhiệt độ và hàm lượng kim loại hòa tan.

Tình trạng bề mặt nguyên liệu thay đổi

Cùng một khối lượng sản phẩm chưa chắc tiêu hao cùng lượng acid. Mức tiêu hao phụ thuộc diện tích và tình trạng bề mặt. Vật liệu lưu kho lâu thường có lớp gỉ dày hơn. Môi trường ẩm cũng thúc đẩy quá trình hình thành gỉ.

Lớp cán oxide trên thép cán nóng khác với gỉ tự nhiên. Thành phần, độ dày và độ bám của chúng cũng khác nhau. Vì vậy, mỗi loại bề mặt cần điều kiện tẩy phù hợp.

Dầu, mỡ và cặn bẩn có thể ngăn acid tiếp xúc bề mặt. Công nhân thường phải kéo dài thời gian ngâm. Acid sau đó tiếp tục phản ứng với kim loại nền. Do đó, công đoạn tẩy dầu cần được kiểm soát ổn định.

Dung dịch acid bị kéo ra ngoài theo sản phẩm

Dung dịch bám trên sản phẩm khi rời bể được gọi là lượng kéo theo. Thuật ngữ kỹ thuật thường dùng là drag-out. Mỗi lần nâng sản phẩm, một phần acid sẽ đi sang công đoạn tiếp theo.

Mức kéo theo phụ thuộc hình dạng và diện tích sản phẩm. Chi tiết có hốc, lỗ hoặc bề mặt nằm ngang thường giữ nhiều dung dịch. Giá treo không phù hợp cũng làm lượng thất thoát tăng. Tốc độ nâng nhanh khiến dung dịch chưa kịp chảy lại bể.

Drag-out làm giảm cả thể tích và lượng acid. Người vận hành thường bổ sung nước để khôi phục mức bể. Nếu chỉ thêm nước, nồng độ acid sẽ giảm rõ rệt. Đây là nguyên nhân phổ biến nhưng dễ bị bỏ qua.

Doanh nghiệp có thể tăng thời gian thoát dung dịch trên miệng bể. Tư thế treo cũng cần giúp dung dịch chảy về bể. Bể thu hồi có thể được cân nhắc khi điều kiện dây chuyền cho phép.

Nước từ công đoạn trước đi vào bể acid

Nước bám trên sản phẩm có thể đi vào bể acid. Hiện tượng này được gọi là drag-in. Lượng acid tuyệt đối chưa chắc giảm ngay. Tuy nhiên, thể tích dung dịch tăng và nồng độ bị pha loãng.

Chi tiết có hốc thường giữ nhiều nước rửa. Khoảng cách quá ngắn giữa hai bể cũng làm drag-in tăng. Sản phẩm chưa đủ thời gian thoát nước sẽ mang nước vào bể acid. Rò rỉ đường nước cũng gây hiện tượng tương tự.

Doanh nghiệp cần ghi riêng lượng nước và acid bổ sung. Việc ghi chung sẽ gây khó khăn khi tìm nguyên nhân. Mức bể tăng kèm nồng độ giảm thường gợi ý hiện tượng pha loãng.

Acid bị trung hòa bởi hóa chất kiềm

Dung dịch kiềm từ công đoạn tẩy dầu có thể bám theo sản phẩm. Khi đi vào bể acid, chúng gây phản ứng trung hòa. Sodium hydroxide, NaOH, là hóa chất thường gặp trong dung dịch tẩy dầu kiềm.

Phản ứng với acid hydrochloric được biểu diễn như sau:

HCl + NaOH → NaCl + H₂O

Với acid sulfuric, phản ứng hoàn toàn được biểu diễn như sau:

H₂SO₄ + 2NaOH → Na₂SO₄ + 2H₂O

Sodium carbonate, Na₂CO₃, cũng có thể tiêu hao acid. Phản ứng với acid hydrochloric tạo sodium chloride, carbon dioxide và nước:

Na₂CO₃ + 2HCl → 2NaCl + CO₂↑ + H₂O

Nguồn kiềm thường đến từ bể tẩy dầu hoặc hóa chất vệ sinh. Công đoạn rửa kém hiệu quả làm lượng kiềm kéo theo tăng. Vì vậy, cần kiểm tra nước rửa giữa bể kiềm và bể acid.

Acid thất thoát qua hơi và sương acid

Dung dịch acid hydrochloric có thể giải phóng hydrogen chloride. Mức phát thải phụ thuộc nồng độ, nhiệt độ và điều kiện vận hành. Khuấy trộn mạnh cũng có thể làm thất thoát tăng. EPA kiểm soát phát thải hydrogen chloride từ hoạt động tẩy gỉ thép bằng acid hydrochloric.EPA – Quy định về nguồn phát thải công nghiệp

Acid sulfuric có độ bay hơi thấp hơn acid hydrochloric. Tuy nhiên, các giọt acid có thể phát tán dưới dạng sương. Gia nhiệt hoặc sục khí mạnh có thể làm lượng sương tăng. Hệ thống hút không phù hợp cũng có thể cuốn dung dịch ra ngoài.

Cần phân biệt mất acid với nước bay hơi. Nước bay hơi có thể làm nồng độ acid tăng. Do đó, nhiệt độ cao không đồng nghĩa nồng độ luôn giảm. Cần kiểm tra đồng thời thể tích và thành phần dung dịch.

Bể bị rò rỉ, tràn hoặc xả đáy

Rò rỉ nhỏ có thể gây thất thoát đáng kể theo thời gian. Vị trí thường gặp gồm van, đường ống, bơm và mối nối. Dung dịch cũng có thể tràn khi nhúng sản phẩm. Mực bể quá cao làm nguy cơ tràn tăng mạnh.

Một số dây chuyền phải xả đáy để kiểm soát kim loại hòa tan. Nếu không ghi chép, mức tiêu hao acid sẽ bị đánh giá sai. Nhật ký cần thể hiện lượng xả, thời điểm và nguyên nhân thực hiện.

Doanh nghiệp nên kiểm tra thành bể, đáy bể và đường ống. Khu vực quanh chân bể cũng cần được quan sát. Không nên tiếp tục bổ sung acid khi chưa loại trừ nguy cơ rò rỉ.

Kim loại hòa tan tích tụ quá nhiều

Trong quá trình tẩy gỉ, hàm lượng sắt hòa tan tăng dần. Acid tự do giảm, nhưng tổng lượng chất hòa tan lại tăng. Vì vậy, khối lượng riêng có thể không phản ánh chính xác lượng acid còn lại.

Bể có khối lượng riêng cao chưa chắc còn đủ acid. Muối sắt cũng làm khối lượng riêng tăng. Hàm lượng kim loại cao còn có thể làm thay đổi hiệu quả tẩy gỉ. Khi đó, bổ sung acid chưa chắc khôi phục được hoạt tính ban đầu.

Doanh nghiệp nên theo dõi acid tự do và kim loại hòa tan. Nhiệt độ, thể tích và thời gian xử lý cũng cần được ghi nhận. Dữ liệu nên được đối chiếu với diện tích sản phẩm đã xử lý.

Kết quả phân tích bị sai lệch

Đôi khi nồng độ acid không giảm nhanh như kết quả phân tích. Sai số có thể xuất phát từ lấy mẫu hoặc chuẩn độ. Mẫu lấy gần điểm cấp hóa chất thường không đại diện cho toàn bể.

Bể chưa được khuấy đều cũng làm kết quả dao động. Dụng cụ chưa hiệu chuẩn có thể tạo sai số đáng kể. Dung dịch chuẩn thay đổi cũng ảnh hưởng kết quả cuối cùng.

pH không thể thay thế phép xác định acid tự do. Với acid mạnh, pH thường không phản ánh chính xác nồng độ vận hành. Khối lượng riêng cũng không đủ để kết luận. Muối kim loại và tạp chất đều ảnh hưởng chỉ số này.

Phương pháp phân tích cần phù hợp từng loại bể. Bộ phận kỹ thuật phải quy định vị trí và thời điểm lấy mẫu. Mẫu lặp nên được thực hiện khi kết quả có dấu hiệu bất thường.

Cách xác định nguyên nhân bể acid giảm nhanh

Trước tiên, cần lấy lại mẫu và xác nhận kết quả phân tích. Dung dịch phải được khuấy hoặc tuần hoàn đồng đều. Vị trí lấy mẫu cần được giữ cố định. Dung dịch chuẩn và dụng cụ cũng cần được kiểm tra.

Tiếp theo, cần so sánh nồng độ với mức bể. Nồng độ giảm cùng mức bể tăng thường liên quan đến pha loãng. Nồng độ và mức bể cùng giảm có thể liên quan kéo theo hoặc rò rỉ.

Doanh nghiệp cần đối chiếu lượng acid với tải lượng sản xuất. Diện tích bề mặt là thông số quan trọng. Mức độ gỉ của từng lô cũng phải được xem xét. Nếu tải lượng tăng, tiêu hao acid tăng có thể là hiện tượng bình thường.

Hàm lượng kim loại hòa tan cần được phân tích định kỳ. Sắt tăng nhanh cho thấy acid đang hòa tan oxide hoặc kim loại nền. Khi đó, cần rà soát thời gian ngâm và nhiệt độ bể.

Cuối cùng, cần kiểm tra drag-in và drag-out. Quan sát lượng nước đi vào từ công đoạn rửa. Đồng thời, đánh giá lượng acid bám theo sản phẩm khi rời bể.

Cách hạn chế bể acid nhanh giảm nồng độ

Doanh nghiệp cần xây dựng giới hạn vận hành riêng cho từng dây chuyền. Không có một nồng độ phù hợp cho mọi vật liệu. Giới hạn phải dựa trên loại kim loại và tình trạng lớp gỉ. Nhiệt độ, thiết bị và thời gian xử lý cũng cần được xem xét.

Phương pháp phân tích acid tự do phải được chuẩn hóa. Hàm lượng kim loại hòa tan cần được theo dõi đồng thời. Lượng nước và acid bổ sung phải được ghi riêng. Thời gian ngâm cũng cần được kiểm soát chặt chẽ.

Công đoạn tẩy dầu và rửa nước phải hoạt động ổn định. Sản phẩm cần đủ thời gian thoát nước trước khi vào bể acid. Khi rời bể, dung dịch phải được chảy lại tối đa. Hệ thống bể và đường ống cần được kiểm tra rò rỉ định kỳ.

Không nên bổ sung acid chỉ dựa trên kinh nghiệm. Lượng bổ sung phải dựa trên kết quả phân tích và thể tích thực tế. Khi pha loãng, phải cho acid vào nước từ từ. Không được đổ nước trực tiếp vào acid đậm đặc.

Kết luận

Bể acid nhanh giảm nồng độ có thể xuất phát từ nhiều nguyên nhân. Phản ứng với oxide chỉ là một phần. Dung dịch còn bị mất qua kéo theo, trung hòa, rò rỉ và sương acid. Nước đi vào bể cũng làm nồng độ giảm rõ rệt.

Doanh nghiệp cần phân tích acid tự do và kim loại hòa tan. Dữ liệu này phải được đối chiếu với tải lượng sản xuất. Kiểm soát đúng giúp ổn định chất lượng và giảm tiêu hao hóa chất.