UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA
INSTITUTO DE QUÍMICA
ROSÂNGELA MAYARA DUARTE DA SILVA
Relatório de atividades do estágio supervisionado
Controle de qualidade na Bonor - Indústria de botões do Nordeste
NATAL-RN DEZEMBRO DE 2017
ROSÂNGELA MAYARA DUARTE DA SILVA
Relatório de atividades do estágio supervisionado
Controle de qualidade na Bonor - Indústria de botões do Nordeste
NATAL-.RN DEZEMBRO DE 2017
Relatório de estágio apresentado a Universidade Federal do Rio Grande do Norte – UFRN, como requisito parcial à obtenção do título de Bacharelado em Química. Orientador(a): Lívia Nunes Cavalcanti
AGRADECIMENTOS
Primeiramente à Deus, pela força e amparo durante todo o período de graduação.
Aos meus pais Rosineide e Messias, pelo amor, paciência, incentivo e suporte para que fosse possível a minha total dedicação aos estudos. Além do apoio e segurança para que eu ultrapassasse as dificuldades encontradas no decorrer do curso.
À minha irmã Rosana, que sempre tive como espelho nos estudos.
Aos meus amigos e amigas, que me deram auxílio, conselhos, e que também me fizeram críticas, mas que contribuíram positivamente ao longo da minha graduação.
Aos meus colegas de curso, pelas experiências e conhecimentos trocados.
À professora Lívia Nunes Cavalcanti pela orientação e apoio durante a graduação.
À Bonor pela concessão de realização do estágio.
A todos que contribuíram de alguma maneira durante esses quatro anos de curso.
RESUMO
O estágio é uma etapa muito importante para o desenvolvimento de todo estudante, sendo uma poderosa ferramenta de aprendizagem e um ótimo meio de inserção no mercado de trabalho. As experiências do cotidiano fornecem inúmeros aprendizados nas mais variadas situações. Este trabalho descreve algumas atividades desenvolvidas na Bonor – Indústria de Botões do Nordeste, durante o período de estágio, no setor de galvanoplastia. Foram desenvolvidas análises para o controle de qualidade dos processos de galvanoplastia e dos procedimentos realizados na estação de tratamento de efluentes.
LISTA DE FIGURAS
FIGURA 1-TAMBOR VIBRATÓRIO - SETOR TAMBOREAMENTO ... 5
FIGURA 2-DESENGRAXE ELETROLÍTICO ... 6
FIGURA 3-TANQUE COM BANHO DE NÍQUEL ... 7
FIGURA 4-FLUXOGRAMA GENÉRICO DE UM PROCESSO DE GALVANOPLASTIA ... 7
FIGURA 5-ESQUEMA SIMPLIFICADO DE UMA CÉLULA ELETROLÍTICA ... 8
FIGURA 6-LABORATÓRIO DA GALVÂNICA ... 17
FIGURA 7-MANUAL TÉCNICO DA SURTEC ... 18
FIGURA 8-CÉLULA DE HULL: BANHO DE NÍQUEL ... 20
FIGURA 9-CÉLULA DE HULL: BANHO DE LATÃO ... 21
FIGURA 10-DEPÓSITO DE NÍQUEL CONTAMINADO POR IMPUREZAS METÁLICAS ... 21
FIGURA 11-DEPÓSITOS DE LATÃO: CONCENTRAÇÃO FORA DA FAIXA / CONCENTRAÇÃO CORRIGIDA ... 22
FIGURA 12-TESTES DE BANCADA ... 23
FIGURA 13-TABELAS COMPARATIVAS PARA A DETERMINAÇÃO DA CONCENTRAÇÃO APROXIMADA DE ALGUNS ÍONS ... 23
FIGURA 14-COLUNAS DE TROCA IÔNICA ... 24
FIGURA 15-EQUIPAMENTOS PARA CONTROLE DE PARÂMETROS DO PROCESSO ... 25
FIGURA 16-SETOR DE NÍQUEL ... 30
FIGURA 17-SISTEMA DO VERNIZ CATAFORÉTICO... 30
FIGURA 18-SETOR DE TAMBOREAMENTO ... 31
FIGURA 19-REATORES DA E.T.E ... 31
FIGURA 20-FILTRO PRENSA DA E.T.E ... 32
FIGURA 21-DEPÓSITO DE RESÍDUOS SÓLIDOS ... 32
LISTA DE TABELAS
TABELA 1- CONCENTRAÇÕES DOS CONSTITUINTES DOS BANHOS DE COBRE ALCALINO ERRO!
INDICADOR NÃO DEFINIDO.
TABELA 2-CONCENTRAÇÃO DOS CONSTITUINTES DOS BANHOS DE COBRE ALCALINO . ERRO! INDICADOR NÃO DEFINIDO.
TABELA 3- CONCENTRAÇÃO DOS CONSTITUINTES DO BANHO DE NÍQUEL TIPO WATTS . ERRO! INDICADOR NÃO DEFINIDO.
TABELA 4-CONCENTRAÇÃO DOS CONSTITUINTES DOS BANHOS DE ZINCO ALCALINO ... ERRO!
INDICADOR NÃO DEFINIDO.
TABELA 5- CONCENTRAÇÃO DE ÍONS METÁLICOS PARA LANÇAMENTO EM CORPOS
AQUÁTICOS ... ERRO!INDICADOR NÃO DEFINIDO.
TABELA 6-PARÂMETROS PARA EXECUÇÃO DO TESTE EM CÉLULA DE HULL ERRO!INDICADOR NÃO DEFINIDO.
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
A - Ampere
ABNT – Associação brasileira de normas técnicas
CONAMA – Conselho Nacional do Meio Ambiente
E.T.E. – Estação de tratamento de efluentes
mL - Milímetro
mg/L – Miligrama por litro
min - Minuto
M - Molar
NBR – Norma da ABNT
P.A. – Para análise
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ... 1
2 DESCCRIÇÃO DO LOCAL DE ESTÁGIO ... 3
3 REFERENCIAL TEÓRICO ... 3
3.1 A INDÚSTRIA GALVÂNICA ... 3
3.2 O PROCESSO DE GALVANOPLASTIA ... 4
3.2.1 Fundamentos da galvanoplastia ... 4
3.2.2 Etapas do processo ... 5
3.3 COMPONENTES DA CÉLULA ELETROLÍTICA ... 8
3.3.1 Composição química das soluções eletrolíticas ... 9
3.4 RESÍDUOS GERADOS NO PROCESSO ... 13
3.4.1 Tratamento dos efluentes gerados ... 14
4 OBJETIVOS ... 16
4.1 OBJETIVOS GERAIS... 16
4.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ... 16
5 METODOLOGIA ... 17
5.1 DESCRIÇÃO DAS ATIVIDADES REALIZADAS... 17
5.1.1 Análises físico-químicas: titulação ... 17
5.1.2 Análises físico-químicas: célula de hull ... 18
5.1.3 Estação de tratamento ... 22 5.1.4 Processo de galvanoplastia ... 25 6 RESULTADOS E DISCUSSOES ... 26 7 CONCLUSÕES ... 28 8 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ... 29 ANEXOS ... 30
1 1 INTRODUÇAO
O estágio é uma atividade extracurricular fundamental para o desenvolvimento de novos profissionais. Através do estágio o estudante tem a oportunidade de entrar em contato com a realidade profissional da carreira escolhida, e de ser inserido no mercado de trabalho. A realização do estágio permite que o estagiário vivencie na prática os conteúdos acadêmicos, aliando o conhecimento à experiência do ambiente de trabalho, elucidando e complementando os conteúdos aprendidos.
O estágio em questão foi realizado na Bonor – Indústria de Botões do Nordeste. A empresa é fabricante da mais completa linha de botões da América Latina, produzindo botões de diversos materiais. Dentre os vários setores que a compõe, o setor de galvanização foi onde as atividades do estágio foram desenvolvidas.
A galvanoplastia é o setor da indústria que realiza o tratamento de superfícies metálicas ou plásticas através de processos químicos e eletrolíticos. Esse processo é muito utilizado em diferentes áreas de produção, como por exemplo na produção de bijuterias e acessórios, de utensílios domésticos, de produtos de informática, na construção civil e muitos outros setores.
A eletrodeposição, fundamenta-se na deposição de uma camada metálica sobre uma superfície, a partir de uma solução com o sal do metal a ser depositado, ao aplicar uma corrente elétrica. Esse tratamento tem como objetivo a proteção contra corrosão, melhoria de características como condutividade, resistência, durabilidade e acabamento da superfície. Para que ocorra uma boa deposição, as peças são submetidas a algumas etapas de pré-tratamento antes de receber qualquer revestimento.
Os banhos galvânicos precisam passar por um controle de qualidade para que as peças recebam um bom depósito, e cabe ao químico realizar esse controle. Esse monitoramento é feito através de análises quantitativas, como volumetrias, e através da célula de Hull, que é uma unidade miniaturizada de revestimento eletrolítico, onde
2 é possível observar as características da eletrodeposição em diferentes densidades de corrente e realizar os ajustes, se necessários.
Os efluentes gerados durante o processo de galvanoplastia são ricos em metais pesados. E, antes do descarte, devem ser tratados para se adequar aos parâmetros pré-estabelecidos pelo conselho nacional do meio ambiente – CONAMA para o lançamento nos corpos aquáticos.
Dessa forma, visando a qualidade final dos produtos, uma adequada disposição para os rejeitos gerados durante os processos, bem como o bom funcionamento do setor em questão, é de extrema importância o desenvolvimento do controle da qualidade por um profissional da área de química. Sendo, o químico, o responsável por acompanhar os processos e realizar ensaios a fim de se verificar a qualidade das peças e banhos galvânicos e garantir a conformidade dos parâmetros ambientais.
3 2 DESCRIÇÃO DO LOCAL DE ESTÁGIO
O estágio foi realizado na Bonor – Indústria de Botões do Nordeste. A empresa que é uma das maiores exportadoras de botões da américa latina, foi criada em 1966, e exporta seus produtos para o Paraguai, a Argentina, o Peru e os Estados Unidos.
Está localizada no município de Parnamirim, região metropolitana de Natal-RN. Conta com a colaboração de aproximadamente oitocentos funcionários, que são divididos em diversos setores, produzindo botões de poliéster, metal, injetados, naturais e gravados a laser.
Entre os vários setores que a compõe, a galvânica foi o setor de realização do estágio. O setor é dividido em subsetores de acordo com os tipos de processos, além de possuir um laboratório para realização das análises de qualidade.
3 REFERENCIAL TEÓRICO
3.1 A INDÚSTRIA GALVÂNICA
Na indústria, o setor de galvanoplastia é responsável pelo tratamento de superfícies utilizando processos químicos e eletrolíticos. Esse tratamento tem como objetivo a melhoria das características de uma superfície e também, fornece-la proteção. Esse processo é muito utilizado na produção de vários produtos que têm aplicações em diversos setores.
No processo de galvanoplastia, acontece a deposição da camada metálica na superfície do substrato, que está imerso em uma solução preparada com o sal do metal a ser depositado, ao aplicar uma corrente elétrica. A corrente deve ser convertida de corrente alternada (CA) para corrente contínua (CC) pelo uso de um retificador.
4 3.2 O PROCESSO DE GALVANOPLASTIA
3.2.1 Fundamentos da galvanoplastia
Os processos galvanoplásticos foram desenvolvidos com base nos seguintes fundamentos (FOLDES,1974):
• Princípio da deposição metálica: os íons metálicos da solução são reduzidos através da acepção de uma determinada quantidade de elétrons, até que o átomo esteja em seu estado de NOX = 0. A equação abaixo representa essa reação.
𝑀𝑧++ 𝑧𝑒 → 𝑀
A maneira como esses elétrons são fornecidos à solução, é o que diferencia alguns tipos de processos.
• Princípio da deposição metálica com fonte de corrente externa: esse processo fundamenta-se na eletrólise. No decorrer da eletrólise há a ocorrência de reações no limite superfície/eletrólito, acontecendo uma transferência de elétrons.
• Princípio da deposição metálica sem fonte de corrente externa: nesse tipo de processos os elétrons utilizados para reduzir os cátions metálicos são produzidos em solução. Nesse caso, existem três tipos de deposição:
- Deposição por inversão de carga: nessa deposição o metal a ser depositado deve ser mais nobre do que o metal que irá receber a camada.
- Deposição por contato: há a utilização de três tipos de metais: o metal a ser depositado, o metal a ser protegido, e um terceiro com a função de doar elétrons.
5 - Deposição por redução: o processamento dessa deposição se dá com a utilização de um redutor. O redutor sofre oxidação e libera os elétrons que irão ser utilizados pelos cátions metálicos.
3.2.2 Etapas do processo
Para que o processo apresente uma boa eficiência, é necessário que as superfícies que irão ser tratadas estejam isentas de qualquer tipo de impureza. Quando as peças chegam no setor, estão sujas de óleos e graxas, oxidadas, com rebarbas, provenientes do processo de injeção, e precisam passar por uma etapa de pré-tratamento antes de receber qualquer revestimento. A eficiência da eletrodeposição está diretamente ligada com o estado em que se encontra a superfície que vai ser trabalhada.
O processo pode ser dividido em três etapas (SILVA,1998):
• Pré-tratamento mecânico: nessa etapa, as irregularidades resultantes da injeção das peças são removidas, tornando-as homogênea. As peças podem passar por processos de esmerilhamento, tamboreamento, jateamento e escova. A figura 1 mostra o tambor vibratório utilizado no processo de tamboreamento.
Figura 1 - Tambor vibratório - setor tamboreamento
6 • Pré-tratamento químico: acontecendo após o tratamento mecânico, essa etapa tem como objetivo a remoção de óxidos formados nas superfícies das peças, e principalmente, a remoção de óleos e graxas. Os tratamentos utilizados nessa fase são: a decapagem, com a utilização de soluções de ácidos diluídas, e o desengraxe, que pode ser químico ou eletrolítico. O desengraxe químico faz o uso de compostos básicos como hidróxidos, carbonatos, fosfatos e cianetos, sendo a aplicação da corrente elétrica o que o difere do processo eletrolítico. A figura 2 mostra tanques de desengraxe eletrolítico.
Figura 2 - Desengraxe eletrolítico
Fonte: autor.
• Revestimento: após as peças terem sido condicionas a receber o tratamento metálico, o metal é depositado na peça que se encontra no banho galvânico, aplicando-se uma CC. Na figura 3 mostra um tanque de revestimento com solução de níquel.
7 Figura 3 - Tanque com banho de níquel
Fonte: autor.
Durante todo o processo, as peças passam por várias lavagens e ativações ácidas entre uma etapa e outra. Isso garante que a superfície em tratamento esteja sempre limpa e neutralizada, evitando, também, que alguns resquícios de processos anteriores venham a contaminar as soluções dos processos seguintes. O fluxograma do processo pode ser visto na figura 4.
Fatores como temperatura, agitação, concentração do eletrólito e pH, são variáveis que devem está sendo controlada no decorrer do processo. Alterações nesses parâmetros causam diferenças no resultado final da deposição.
Figura 4 - Fluxograma genérico de um processo de galvanoplastia
Fonte: autor Entrada das peças Preparação mecânica Pré-tratamento químico Lavagem Revestimentos
Lavagem Peça seca
8 3.3 COMPONENTES DA CÉLULA ELETROLÍTICA
Todo o processo galvânico ocorre em tanques de ferro revestidos com cloreto de polivinila ou polipropileno. Nesses tanques há a presença de alguns componentes fundamentais que compõe uma célula eletrolítica. Esses componentes são (SILVA, 1998):
- Anodo: é onde ocorrem as reações de oxidação, no anodo utilizado nos tanques, sendo na eletrólise o polo positivo.
-Catodo: é onde ocorrem as reações de redução, nas superfícies das peças, sendo o polo negativo.
- Solução eletrolítica: solução obtida a partir da diluição de sais metálicos que contém o cátion do metal a ser reduzido.
Além desses componentes fundamentais, também há um circuito elétrico no sistema. Um esquema simplificado de uma célula eletrolítica pode ser visto na figura 5.
Figura 5 - Esquema simplificado de uma célula eletrolítica
9 3.3.1 Composição química das soluções eletrolíticas
As soluções galvânicas são os eletrólitos utilizados durante os processos de revestimento, e cada tipo apresenta uma determinada composição e propriedades. Os banhos podem ser de origem orgânica ou inorgânica. Nos orgânicos estão inclusos tintas, vernizes e esmaltes, e nos inorgânicos, os mais utilizados são banhos de níquel, cobre, latão, cromo, estanho e zinco (OLIVER, 2006).
Nos banhos, também há a presença de compostos que ajudam na condutividade, de um tampão para manter o pH do meio, e de aditivos que melhoram as características do depósito (VOTORANTIM).
I. Banhos de cobre alcalino: As soluções de cobre alcalino são constituídas por cianeto de cobre I, cianeto de sódio e carbonato de sódio. As concentrações estabelecidas para os constituintes desse banho podem ser vistas na tabela 1 (SILVA,1998).
Tabela 1 - Concentrações dos constituintes dos banhos de cobre alcalino
Substâncias [ ] g/L
𝑁𝑎𝐶𝑁 35
𝑁𝑎2𝐶𝑂3 5
𝐶𝑢𝐶𝑁 25
Fonte: autor.
As reações que acontecem nesse banho são: - Anodo: 𝐶𝑢(𝑠) → 𝐶𝑢(𝑎𝑞)+1 + 𝑒− Eº = - 0,52 V
10 𝐶𝑢(𝑎𝑞)+1 + 𝑒− → 𝐶𝑢(𝑠) Eº = + 0,52 V
O carbonato de sódio mantém o pH do meio atuando como tampão, no entanto, se estiver fora da concentração adequada, pode provocar o aparecimento de falhas na deposição, havendo a formação de bolhas na superfície revestida.
II. Banhos de cobre ácido: Os constituintes desse banho são: sulfato de cobre e ácido sulfúrico, e apresentam a composição mostrada na tabela 2 (SILVA,1998).
Tabela 2 - Concentração dos constituintes dos banhos de cobre alcalino Substâncias [ ] g/L
𝐶𝑢𝑆𝑂4 200
𝐻2𝑆𝑂4 80
Fonte: autor.
As reações que ocorrem são as seguintes: - Anodo: 𝐶𝑢(𝑠) → 𝐶𝑢(𝑎𝑞)+2 + 2𝑒− Eº = - 0,34 V - Catodo: 𝐶𝑢(𝑎𝑞)+2 + 2𝑒− → 𝐶𝑢
(𝑠) Eº = + 0,34 V
III. Banhos de Níquel: A composição dos banhos de níquel pode variar bastante, dependendo do tipo de processo. Havendo processos de níquel brilhante, fosco, banhos rápidos ou lentos, sendo, o processo, escolhido de acordo com o tipo de produto a ser produzido. O mais utilizado, é o banho tipo Watts, composto por sulfato de níquel, cloreto
11 de níquel, e ácido bórico. As concentrações de cada constituinte do banho são exibidas na tabela 3.
Tabela 3 - Concentração dos constituintes do banho níquel tipo Watts Substâncias [ ] g/L
𝑁𝑖𝐶𝑙2 30-60
𝑁𝑖𝑆𝑂4 225-240
𝐻3𝐵𝑂3 30-45
Fonte: autor.
As reações que ocorrem são:
- Anodo: 𝑁𝑖(𝑠)→ 𝑁𝑖(𝑎𝑞)+2 + 2𝑒− Eº = + 0,25 V - Catodo: 𝑁𝑖(𝑎𝑞)+2 + 2𝑒− → 𝑁𝑖(𝑠) Eº = - 0,25 V
O ácido bórico tem a função de tampão e mantém o pH do meio. O cloreto de níquel, é utilizado para melhorar a condutividade da solução e o sulfato de níquel disponibiliza os cátions metálicos em solução.
IV. Banhos de Zinco alcalino: Os banhos de zinco alcalino, apesar de apresentarem uma boa eficiência de eletrodeposição, apresentem uma carga muito tóxica, devido a presença do cianeto. Os principais constituintes desse banho são o óxido de zinco, cianeto de sódio e hidróxido de sódio. As suas concentrações podem ser verificadas na tabela 4 (SILVA, 1998).
12 Tabela 4 - Concentração dos constituintes dos banhos de zinco alcalino
SUBSTÂNCIAS [ ] g/L
𝑍𝑛𝑂 32
𝑁𝑎𝐶𝑁 56
𝑁𝑎𝑂𝐻 10
Fonte: autor.
As reações que ocorrem durante esse processo são: 2𝑍𝑛𝑂(𝑠)+ 4𝐶𝑁(𝑎𝑞)−1 → [𝑍𝑛𝑂2−2] + [𝑍𝑛(𝐶𝑁)4−2] - Anodo: 𝑍𝑛(𝑠)→ 𝑍𝑛(𝑎𝑞)+2 + 2𝑒− Eº = + 0,76 V - Catodo: [𝑍𝑛(𝐶𝑁)4−2] 𝑍𝑛(𝑎𝑞)+2 + 4𝐶𝑁(𝑎𝑞)−1 𝑍𝑛(𝑎𝑞)+2 + 2𝑒− → 𝑍𝑛(𝑠) Eº = + 0,76 V 2 𝐻₂𝑂(𝑙)+ 2𝑒− → 𝐻₂ (𝑔)+ 2 𝑂𝐻(𝑎𝑞)− Eº = - 0,83 V
V. Banhos de zinco ácido: Os banhos desse tipo, tem as seguintes substâncias como constituintes: sulfato de zinco ou cloreto de zinco, ácido sulfúrico e ácido bórico (SILVA,1998). Quando comparado com os banhos de zinco alcalino, esse banho apresenta uma grande vantagem por não possui o mesmo grau de toxidade dos alcalinos.
As reações que ocorrem em solução são: - Anodo: 𝑍𝑛(𝑠) → 𝑍𝑛(𝑎𝑞)+2 + 2𝑒− Eº = + 0,76 V
13 - Catodo: 𝑍𝑛(𝑎𝑞)+2 + 2𝑒− → 𝑍𝑛(𝑠) Eº = + 0,76 V
2 𝐻(𝑙)+ + 2𝑒− → 𝐻₂(𝑔) Eº = 0,0 V
VI. Banhos de latão: Esse banho é um banho de liga, constituído pelos sais de dois metais diferentes, os sais de zinco e de cobre. Os sais utilizados são a base de cianetos e as suas concentrações variam de acordo com a tonalidade do depósito que se quer obter.
3.4 RESÍDUOS GERADOS NO PROCESSO
Vários resíduos são gerados durante o processo de galvanoplastia, sendo eles sólidos, líquidos e gasosos. O rejeito sólido é composto pelos resíduos do tratamento mecânico, lodo da estação de tratamento de efluentes, sucata, sacos de revestimentos de anodos, embalagem de matérias primas, filtros. As emissões gasosas são constituídas de vapores ácidos e básicos, partículas metálicas e compostos orgânico voláteis.
Os efluentes líquidos são os resíduos produzidos em maior quantidade, pois há uma grande utilização de água no processo. Esse efluentes são ricos em metais pesado e precisam passar por tratamentos antes de serem descartado, para que a carga toxica seja eliminada.
Os tipos de efluentes gerados, dependem da constituição dos banhos utilizados nos processos. Eles podem ser crômicos, cianídricos, gerais ácidos e alcalinos (PONTE, 2006). Esses efluentes devem ser armazenados separadamente, até que seja efetuado o tratamento. A mistura de tipos diferentes pode resultar na reação e formação de compostos não desejáveis e tóxicos, como o gás cianídrico, por exemplo.
14 3.4.1 Tratamento dos efluentes gerados
Apesar de existirem diversos métodos físico-químicos para o tratamento dos resíduos gerados durante o processo, a precipitação química é a técnica mais utilizada. Embora a grande variedade da composição do efluente possa ser um fator negativo no método da precipitação, devido a ocorrência de reações laterais, essa técnica é a mais empregada, pincipalmente, devido ao seu baixo custo.
Esse método de tratamento, trata o efluente em basicamente três etapas, na respectiva sequência: a oxidação de cianetos, redução do cromo e precipitação de metais.
Na primeira etapa, acontece a oxidação do cianeto com a adição do hipoclorito de sódio. É importante que o pH esteja em valores básicos para evitar a formação de gás cianídrico. As reações que representam a primeira etapa, são:
𝐶𝑁−+ 𝐶𝑙𝑂−→ 𝐶𝑁𝑂−+ 𝐶𝑙− 2𝐶𝑁𝑂−+ 2𝐶𝑙𝑂− → 𝑁
2 (𝑔)+ 2𝐶𝑂2 (𝑔) + 2𝐶𝑙−
Na segunda etapa, é feita a redução do 𝐶𝑟6+ para 𝐶𝑟3+ adicionando metabissulfito de sódio. Essa redução deve ocorrer em pH ácido, com valores próximos a 2.
A última etapa envolve a precipitação dos hidróxidos metálicos após a adição de hidróxido de cálcio. O pH do meio deve estar próximo a 9, pois, nesses valores os hidróxidos dos metais apresentam baixa solubilidade e precipitam. A reação acontece conforme a equação representada abaixo.
𝑀𝑥++ 𝑥 𝑂𝐻−→ 𝑀(𝑂𝐻)𝑥 (𝑠)
Após essa última etapa, é adicionado um agente floculante para auxiliar a separação dos sólidos formados do líquido tratado. Pós a sedimentação de todo precipitado formado, o efluente tratado é filtrado.
15 O material resultante da precipitação dos hidróxidos é levado para secar em leitos de secagem, e depois deve ser armazenado ou descartado adequadamente. Esse resíduo é considerado como Resíduo Classe I – perigoso, e o seu armazenamento deve ser feito conforme a norma NBR 12235 – armazenamento de resíduos perigosos.
Depois de filtrada, a água pode ser recuperada, ou lançada no ambiente. No caso de lançamento no ambiente, o efluente tratado deve obedecer aos padrões estabelecidos segundo a Resolução nº 357 de 17/03/2005 do conselho nacional do meio ambiente – CONAMA, que é complementada pela Resolução nº 430 de 13/05/2011. De acordo com essa resolução os valores máximos de concentração, para algumas substâncias presentes no efluente, são descritos na tabela 5.
Tabela 5 - Concentração de íons metálicos para lançamento em corpos aquáticos
ÍONS METÁLICOS [ ] = mg/L 𝐶𝑟3+ 1,0 𝐶𝑢2+ 1,0 𝑍𝑛2+ 5,0 𝑁𝑖2+ 2,0 Fonte: autor
16 4 OBJETIVOS
4.1 OBJETIVOS GERAIS
Monitorar a qualidade dos banhos e efluentes galvânicos da Bonor - Indústria de Botões do Nordeste S.A., através de análises físico-químicas, a fim de se manter a qualidade das peças e dos tratamentos realizados.
4.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
- Determinar e ajustar a concentração de sais e metais em banhos galvânicos de níquel, cobre, zinco, estanho, prata e latão.
- Avaliar o desempenho da deposição metálica através da simulação dos banhos em célula de Hull, e realizar ajustes, se necessários.
- Avaliar e acompanhar a qualidade dos tratamentos na Estação de Tratamento de Efluentes (E.T.E.).
17 5 METODOLOGIA
5.1 DESCRIÇÃO DAS ATIVIDADES REALIZADAS
Várias atividades foram desenvolvidas durante o estágio, tanto em laboratório, realizando análises para o controle da qualidade, quanto em produção acompanhando os processos. O laboratório em que eram realizadas as análises pode ser visto na figura 6.
Dentre as atividades desenvolvidas, é pertinente mencionar:
• Realização das análises físico-químicas dos banhos galvânicos, das linhas de níquel, cobre, zinco, estanho, prata, latão.
• Acompanhamento e avaliação da qualidade das atividades realizadas na estação de tratamento.
• Acompanhamento do processo de galvanoplastia.
Figura 6 - Laboratório da galvânica
18 5.1.1 Análises físico-químicas: titulação
A fim de se manter a concentração de sais no nível desejado nas soluções galvânicas, para não comprometer a qualidade dos depósitos, são realizadas análises volumétricas. Esse, é um dos procedimentos integrantes da rotina de manutenção dos banhos.
Os procedimentos realizados foram executados conforme descritos no manual técnico fornecido pela empresa SurTec (2009) que pode ser visto na figura 7, e também de acordo com alguns procedimentos disponibilizados pelos fornecedores de matérias primas da Bonor, podendo ser citado a Atotech, Coventya, Electrochemical e Metal Coat.
Os reagentes utilizados são todos comprados pela empresa nas concentrações desejada, dessa maneira, não era necessário o preparo das soluções empregadas nos procedimentos. No caso de falta de reagentes, houve a necessidade de preparar algumas soluções. No entanto, o estoque do laboratório sempre era verificado para que não houvesse falta do material utilizado.
Figura 7 - Manual técnico da SurTec
19 5.1.2 Análises físico-químicas: célula de hull
O teste em célula de hull é outra análise que faz parte da rotina de manutenção. Através dessa análise é possível descobrir o que há de errado com o banho, e também fazer modificações que possam melhorar a qualidade, e que otimizem o processo de eletrodeposição.
Para execução da célula de Hull foi levado em consideração as seguintes recomendações:
1 – Certificar de que a amostra a ser testada seja representativa e manter a temperatura operacional adequada durante o teste.
2 – Utilizar uma célula de Hull e um catodo limpo.
3 – Os tempos de deposição na célula de Hull devem ser precisos para se garantir a reprodutibilidade dos resultados. Para cada tipo de solução haverá um tempo específico.
4 – Utilizar uma fonte de corrente contínua adequada para cada tipo de banho. 5 – Desengraxar a chapa metálica e ativá-la em solução ácida.
Cada solução galvânica tem seus parâmetros operacionais para execução da célula. Segue na tabela 6 os parâmetros utilizados durante os testes com alguns banhos.
Nas figuras 8 e 9 tem-se células de Hull para os banhos de níquel e latão. Nas figuras 10 e 11 é possível observar os resultados dos testes, na figura 11 o depósito da esquerda apresenta deficiência na concentração do banho, apresentando uma coloração avermelhada; no depósito da esquerda a concentração está corrigida, reestabelecendo a cor padrão do depósito
20 Tabela 6 - Parâmetros para execução do teste em célula de hull
BANHO CORRENTE TEMPO ANODO TIPO DE CHAPA AGITAÇÂO
Cobre alcalino 1A 10 min Anodo de cobre eletrolítico
Chapa de latão Agitação peixinho
Cobre ácido 2A 10 min Anodo de cobre fosforoso
Chapa de latão Agitação a ar
Níquel 1A 10 min Anodo de níquel Chapa de latão Agitação peixinho
Zinco ácido 1A 10 min Anodo de zinco Chapa de latão
Agitação com bastão de vidro
Latão 1A 5 min Anodo de latão Chapa de níquel Sem agitação
Fonte: autor
Figura 8 - Célula de Hull: banho de níquel
21 Figura 9 - Célula de Hull: banho de latão
Fonte: autor.
Figura 10 - Depósito de níquel contaminado por impurezas metálicas
22 Figura 11 - Depósitos de latão: concentração fora da faixa / concentração corrigida
Fonte: autor.
5.1.3 Estação de tratamento
Enquanto os operários realizavam o tratamento dos efluentes, as atividades eram monitoradas e acompanhadas para a aprendizagem do processo e garantia da qualidade dos efluentes tratados.
Durante o tratamento, a qualidade dos efluentes era verificada através de testes de bancada, mostrado na figura 12, que dependendo da concentração do íon de interesse, apresentava uma coloração específica. O resultado do teste era comparado com o padrão disponível em tabelas que pode ser vista na figura 13. Os testes eram executados de acordo com as instruções encontradas no frasco dos reagentes.
23 Figura 12 - Testes de bancada
Fonte: autor.
Figura 13 - Tabelas comparativas para a determinação da concentração aproximada de alguns íons
24 A sequência geral para tratamento dos efluentes é a seguinte:
1º - Oxidação de cianetos 2º - Redução do cromo 3º - Precipitação de metais 4º - Sedimentação
5º - Filtração
6º - Descarte dos efluentes tratados
Também foi feito o acompanhamento do tratamento da água utilizada em alguns processos, que deve apresentar condutividade zero. Para garantir a total ausência de íons, a água, antes de ser utilizada, é passada por colunas de regeneração, ocorrendo a desmineralização, até que apresente a condutividade desejada. As colunas podem ser vistas na figura 14.
Figura 14 - Colunas de troca iônica
25 5.1.4 Processo de galvanoplastia
Algumas vezes, os processos de produção das peças eram acompanhados, tanto para garantir a conformidade de alguns parâmetros e exigências, quanto para descobrir o que estava ocasionando o aparecimento de algumas características não desejáveis. Os principais parâmetros monitorados eram: temperatura, pH e amperagem. As medidas eram realizadas com pistola de temperatura, medidor de pH e medidor de amperagem, os equipamentos utilizados podem ser vistos na figura 15. As peças, na maioria das vezes, seguiam uma sequência inicial padrão, e depois, em certo ponto, dependendo do tipo de processo, seguiam para sequências de banhos diferentes.
Mas, no geral, o processo segue essa sequência: 1º - Tratamento mecânico 2º - Tratamento químico 3º - Lavagem 4º - Sequências de banhos 5º - Lavagem 6º - Secagem
Figura 15 - Equipamentos para controle de parâmetros do processo
26 6 RESULTADOS E DISCUSSÕES
As análises realizadas visavam o controle e manutenção da qualidade dos depósitos metálicos, garantindo o bom desempenho do processo e a produção de peças bem-acabadas.
A verificação das concentrações das matérias-primas constituintes das soluções galvânicas, para possível reposição no banho, foi realizada através da técnica analítica de titulação. Durante os procedimentos de titulação, foi possível relacionar à prática, os conteúdos aprendidos nas disciplinas de química analítica. Dentre eles, destacam-se os métodos volumétricos e como são aplicados na identificação de compostos, e técnicas experimentais.
Para avaliação da qualidade dos depósitos metálicos era executada a análise em célula de Hull, um teste que permite a verificação de alguns parâmetros do processo. Parâmetros como espessura e penetração da camada metálica, brilho, nivelamento, presença de contaminantes, temperatura e pH, eram verificados na realização do teste. A análise em célula de Hull, foi uma nova técnica aprendida extra sala de aula. Os conhecimentos adquiridos através das disciplinas de físico-química auxiliaram no entendimento e execução da técnica.
Durante o acompanhamento na E.T.E., foi possível aprender os processos de tratamento de efluentes galvânicos, e também, preocupar-se quanto aos limites de emissão para o ambiente. A execução do tratamento é de extrema importância tendo em vista a alta toxicidade dos compostos presentes nos efluentes. Como o volume de efluentes produzidos é muito elevado é mais viável para a empresa efetuar o tratamento na própria fábrica do que terceirizar o serviço, o que elevaria mais o custo do processo. Também foi possível verificar e aprender sobre o funcionamento de colunas de trocas iônicas, utilizadas para a desmineralização da água.
Ao acompanhar o processamento das peças foi possível aprender sobre o processo de galvanoplastia, e associar na prática os conceitos eletroquímicos envolvidos. O aprendizado sobre o processo galvanoplástico, pode ser aplicado a
27 qualquer outra indústria do ramo galvânico, dessa forma, essa supervisão, contribuiu para agregar habilidade, experiência e conhecimento técnico-profissional.
Algumas outras atividades não descritas foram realizadas durante o estágio. Pode-se citar a realização de testes de novos produtos juntamente com representantes de empresas fornecedoras de matéria-prima, o controle na liberação de peças provenientes do setor de verniz cataforético, realizando testes de resistência de camada nas peças, e auxílio à produção quando necessário a demanda.
28
7 CONCLUSÕES
O estágio possibilitou o contato direto com a realidade profissional do químico e a inserção no mercado de trabalho. Também permitiu o desenvolvimento de habilidades e técnicas que contribuem para uma melhor desenvoltura profissional.
Foi possível associar os conhecimentos acadêmicos às atividades práticas do dia a dia, aprimorando as técnicas anteriormente conhecidas, e aplicando os conceitos teóricos aprendidos. Houve, também, o aprendizado de técnicas e processos que não foram vistos durante a graduação, sendo de grande valor para o aumento do conhecimento técnico, ressaltando a experiência adquirida na área de galvanoplastia.
Durante o estágio, ficou evidente a importância da realização do controle de qualidade das peças e dos processos, para o bom funcionamento da fábrica e para que se tenha um bom retorno financeiro.
29 8 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ABNT – associação brasileira de normas técnica. NBR 12235 – armazenamento de
resíduos sólidos perigosos.
CONAMA. Conselho Nacional do Meio Ambiente. Resolução nº 357 de 17 de março de 2005.
CONAMA. Conselho Nacional do Meio Ambiente. Resolução nº 430 de 13 de maio de 2011.
FOLDES, P. A. Galvanotécnica Prática II. São Paulo: Polígono, 1974
OLIVIER, Samantha. Avaliação dos impactos ambientais gerados pela produção de resíduos industriais do ramo metálico: recuperação e reciclagem. 2006. Dissertação (Pós-graduação em Gestão e Políticas Ambientais), Universidade Federal de Pernambuco, Recife, PE, Brasil, 2006.
PONTE, H. A. Tratamento de efluentes líquidos de galvanoplastia. Evento de Extensão, Departamento de Tecnologia Química, Universidade Federal do Paraná. Curitiba, 2006.
SILVA , Carlos Sérgio da. Um estudo crítico sobre a saúdes dos trabalhadores de galvânicas, por meio das relações entre as avaliações ambientais, biológicas e otorrinolaringológicas. São Paulo: FUNDACENTRO, 1998.
VOTORANTIM. Guia de boas práticas de galvanoplastia. Disponível em: http://www.crq4.org.br/downloads. Acesso em outubro de 2017.
30 ANEXOS
Figura 16 - Setor de níquel
Fonte: autor.
Figura 17 - Sistema do verniz cataforético
31 Figura 18 - Setor de tamboreamento
Fonte: autor.
Figura 19 - Reatores da E.T.E
32 Figura 20 - Filtro prensa da E.T.E
Fonte: autor.
Figura 21 - Depósito de resíduos sólidos
33 Figura 22 - Leito de secagem do lodo galvânico
