1. TÍNH CHẤT LÝ HÓA CỦA CrO₃
Tính chất vật lý:
- Công thức phân tử: CrO₃ (khối lượng phân tử: 99.999 g/mol)
- Cấu trúc: Cấu trúc kim tự tháp (C3v), với 1 nguyên tử Cr liên kết với 3 nguyên tử O
- Trạng thái: Tinh thể màu đỏ sẫm, dạng vảy hoặc bột, không mùi
- Điểm nóng chảy: 197°C (387°F) - có thể phân hủy khi nóng chảy
- Điểm sôi: ~250°C (482°F) - phân hủy thay vì sôi thực sự
- Mật độ: 2.7 g/cm³ (nặng hơn nước)
- Độ tan: Rất dễ tan trong nước (61.7 g/100ml ở 0°C; 67.45 g/100ml ở 100°C)
- Tính hút ẩm: Deliquescent - hút ẩm mạnh từ không khí
Tính chất hóa học:
- Trạng thái oxi hóa: Cr⁶⁺ (hexavalent chromium)
- Tính oxi hóa: Chất oxi hóa rất mạnh, có thể gây cháy nổ khi tiếp xúc với chất hữu cơ
- Trong nước: Tạo thành H₂CrO₄ (axit cromic) - dung dịch có tính axit yếu
- Phân hủy nhiệt: Ở 250°C giải phóng O₂, hỗ trợ cháy
- Phản ứng nguy hiểm: Với rượu, axeton, kim loại kiềm, NH₃, H₂S, P, Se, S
2. ỨNG DỤNG CHÍNH CỦA CrO₃
Phân bố thị trường theo ứng dụng:
- Bảo quản gỗ: 63%
- Gia công kim loại (mạ chrome): 22%
- Khác (xử lý nước, hạt từ tính, chất xúc tác): 7%
- Xuất khẩu: 8%
Các ứng dụng cụ thể:
- Mạ chrome cứng (ứng dụng chính)
- Bảo quản gỗ - chất chống thời tiết hiệu quả
- Anodizing nhôm - đặc biệt trong ngành hàng không quân sự
- Làm sạch đồng (copper stripping)
- Chất ức chế ăn mòn trong hệ thống nước tuần hoàn
- Chất oxi hóa trong tổng hợp hữu cơ
- Sản xuất chất xúc tác
- Men sứ và sản xuất một số loại thủy tinh
- Làm cứng mẫu hiển vi
- Tinh chế dầu và axetylen
3. ỨNG DỤNG TRONG MẠ CHROME CỨNG
Cơ chế điện hóa:
- Phản ứng catod: Cr⁶⁺ + 6e⁻ → Cr⁰ (kim loại)
- Điện áp vận hành: 3.8-12V DC (thường 6-9V)
- Mật độ dòng: 1-4 A/in² (15.5-62 A/dm²)
- Nhiệt độ dung dịch: 125-140°F (52-60°C)
Các loại dung dịch mạ chrome cứng:
A. Dung dịch đơn xúc tác (Single-catalyst):
- Thành phần: CrO₃ + H₂SO₄
- Nồng độ:
- CrO₃: 25-50 oz/gal (thường dùng 33 oz/gal = ~250 g/L)
- Tỷ lệ CrO₃:SO₄²⁻ = 100:1 (khối lượng)
- Hiệu suất: 10-15%
- Ưu điểm: Rẻ, không ăn mòn vùng không mạ, dễ bảo trì
- Nhược điểm: Hiệu suất thấp, tốc độ chậm, chống ăn mòn kém hơn
B. Dung dịch hỗn hợp xúc tác (Mixed-catalyst):
- Thành phần: CrO₃ + H₂SO₄ + HF (hoặc H₂SiF₆)
- Hiệu suất: Cao hơn đáng kể so với đơn xúc tác
- Ưu điểm:
- Tốc độ mạ nhanh hơn
- Throwing power tốt hơn
- Bám dính tốt trên Ti, Ni alloys
- Cấu trúc microcrack tốt hơn (nhiều, mỏng, nông)
- Nhược điểm: Ăn mòn vùng không mạ, cần che chắn kỹ
C. Dung dịch tốc độ cao không ăn mòn (Proprietary):
- Thành phần: Bí mật thương mại
- Ưu điểm: Hiệu suất cao, tốc độ nhanh, không ăn mòn
- Nhược điểm: Đắt, khó bảo trì
Thiết bị và tham số kỹ thuật:
Nguồn điện:
- Switch Mode: Hiệu suất >90%, ripple <1%, kích thước nhỏ
- SCR: Phổ biến nhất, có điều khiển từ xa, hiệu suất ~85%
- Tap Switch: Hiệu suất ~96%, rẻ, điều chỉnh từng bước
- Variable Powerstat: Điều chỉnh liên tục, công suất thấp
Cấu trúc bể mạ:
- 3 Bus-bar: Anode thanh (stick anode) hai bên, chi tiết ở giữa
- 2 Bus-bar: Sử dụng conforming anode, rack có thể đảo ngược
- Bus bar đồng: 1 inch² mặt cắt / 1000A
- Lót bể: Koroseal hoặc vật liệu chống ăn mòn tương đương
Anode:
- Vật liệu: Hợp kim chì-antimony (4-7% Sb) hoặc chì-thiếc
- Dạng: Stick anode (Φ 1.5-2 inch) hoặc conforming anode
- Lưu ý: Pb-Sb cho dung dịch đơn xúc tác, Pb-Sn cho dung dịch fluoride
Điều kiện vận hành:
- Gia nhiệt: Thanh điện trở Titan hoặc trao đổi nhiệt
- Làm lạnh: Cần thiết do hiệu suất thấp tạo nhiều nhiệt
- Khuấy trộn: Không khí sạch hoặc bơm tuần hoàn
- Hút khí: Push-pull hood, mesh pad mist eliminator
4. VẤN ĐỀ AN TOÀN VÀ MÔI TRƯỜNG
Độc tính và tác hại sức khỏe:
- Chất gây ung thư nhóm 1A - đã chứng minh gây ung thư ở người
- Đích tác động: Đường hô hấp, thận, gan, da, mắt
- Triệu chứng cấp tính:
- Kích ứng mạnh mắt, mũi, họng
- Bỏng da nghiêm trọng
- Loét niêm mạc mũi ("chrome sores")
- Ngộ độc khi nuốt phải
- Tác hại mãn tính:
- Ung thư phổi, mũi, xoang
- Hen suyễn nghề nghiệp
- Tổn thương thận
- Đột biến gen, teratogenic
Giới hạn phơi nhiễm:
- OSHA PEL: 0.5 mg/m³ (8h TWA) cho Cr(VI)
- NIOSH REL: Thấp nhất có thể (carcinogen)
- Ceiling: 1 mg/10m³ (OSHA)
Biện pháp bảo vệ cá nhân:
- Hô hấp: SCBA hoặc supplied-air respirator
- Da: Găng tay chống hóa chất, quần áo bảo hộ
- Mắt: Kính bảo hộ hóa chất
- Khẩn cấp: Tắm rửa khẩn cấp, rửa mắt 15-30 phút
Tác động môi trường:
- Trong nước: Rất độc với sinh vật thủy sinh
- Trong đất: Không phân hủy sinh học, tồn lưu lâu dài
- Bioaccumulation: Tích tụ sinh học trong chuỗi thức ăn
- Xử lý thải: Cần khử độc Cr⁶⁺ → Cr³⁺ trước xả thải
Quy định và kiểm soát:
- RCRA: Chất thải nguy hại D007 (chromium)
- EPA: Kiểm soát khí thải nghiêm ngặt
- Xu hướng: Chuyển sang Cr³⁺ plating hoặc các công nghệ thay thế
KẾT LUẬN
CrO₃ là hóa chất công nghiệp quan trọng trong mạ chrome cứng, mang lại lớp mạ có độ cứng cao, chống mài mòn tốt. Tuy nhiên, với 50 năm kinh nghiệm của bạn, chắc hẳn đã chứng kiến sự thay đổi về quy định an toàn và xu hướng chuyển sang các công nghệ thân thiện môi trường hơn. Việc nắm vững tính chất, ứng dụng và biện pháp an toàn của CrO₃ là cần thiết để vận hành hiệu quả và an toàn trong ngành mạ chrome cứng.
Dịch
