NICHELATURA CHIMICA
Il processo di nichelatura chimica è realizzato senza l’utilizzo di corrente elettrica, esso sfrutta l’azione diretta di sostanze riducenti sugli ioni nichel da depositare. Durante il processo, generano quindi una limitata quantità di idrogeno (se confrontato con metodi galvanici) miscelato a vapore d’acqua. Il nichel che va a costituire il deposito viene introdotto in soluzione sotto forma di suoi sali (cloruro di nichel, NiCl2) per poi precipitare, in un secondo momento, grazie ad una riduzione chimica auto catalitica. L’agente riducente è identificabile nello ione ipofosfito (H2PO2- ), presente nel bagno come ipofosfito di sodio (NaH2PO2 ). Il meccanismo si può riassumere nella seguente reazione complessiva :
H2PO2- + Ni2+ + H2O → Ni + 2H+ + H2PO3-
La stechiometria indica che ogni n moli di nichel si liberano 2n moli di idrogeno, questo implica che per ogni grammo di nichel depositato si producono circa 0,07 grammi di idrogeno H+, valore trascurabile se confrontato con la portata degli impianti aspirazione normalmente installati e la quantità di Nichel utilizzato. Risulta quindi possibile stimare, durante il processo di valutazione Atex ‚la quantità di idrogeno prodotta per verificare l’adeguatezza degli impianti di aspirazione e classificare le zone.
VASCHE GALVANICHE
Nelle vasche, che costituiscono il cosiddetto bagno galvanico, contenente una soluzione acida sono immersi due elettrodi: il catodo è costituito dall’oggetto da ricoprire, mentre l’anodo può essere costituito dal metallo che deve essere depositato, da un altro metallo inerte o da grafite. A questi due elettrodi viene imposta una differenza di potenziale con una corrente tarata in funzione della lavorazione da eseguire. In tali condizioni i cationi del metallo da depositare si muoveranno verso il catodo (caricato negativamente), mentre gli anioni si muoveranno verso l’anodo (caricato positivamente). Ai due elettrodi si hanno quindi i seguenti fenomeni:
- acquisto di elettroni al catodo (riduzione) con produzione di idrogeno potenzialmente esplosivo;
- produzione di elettroni all’anodo (ossidazione) con produzione di ossigeno.
L’idrogeno è il primo elemento chimico della tavola periodica degli elementi, ha come simbolo H e come numero atomico 1. Allo stato elementare esiste sotto forma di molecola biatomica, H2, che a pressione atmosferica e a temperatura ambiente (298 K) è un gas incolore, inodore, altamente infiammabile. Avendo una densità pari a 0,0899 kg/m³ risulta l’elemento più leggero di conseguenza tenderà a migrare molto velocemente verso l’alto. Assumiamo come LEL il valore pari al 5 % in volume.
Formazione di idrogeno durante i processi galvanici
Generalmente nei bagni galvanici il rendimento elettrolitico non supera il 20%: in questo caso la maggior parte della corrente fornita (pari all’80%) è consumata dallo sviluppo di idrogeno gassoso, anziché essere utilizzata per la deposizione dei metalli. La reazione di sviluppo di idrogeno gassoso è:
2H+ + 2e- → H2
L’idrogeno che si sviluppa nel corso del processo ha effetti negativi sulla morfologia dello strato depositato, potendo causare spugnosità e difetti di superficie, con conseguenze negative sulle proprietà estetiche, meccaniche e di resistenza alla corrosione, inoltre l’idrogeno, essendo un gas esplosivo deve essere rapidamente allontanato dall’area di lavorazione e diluito con aria fresca per evitare che raggiunga il suo limite inferiore di esplosività. Nell’ipotesi di un bagno acido e condizioni standard ipotizzando che tutto l’idrogeno prodotto passi in fase gas e non venga assorbito dai particolari durante la lavorazione, ipotizzando di definire un tempo standard di elettrolisi pari a 1 ora, ovvero pari a 3600 sec, considerando che i parametri di processo prevedono che l’intensità della corrente elettrica totale sia 1000 A = 1000 Colulomb/s il che ci indica che per ogni mole di H2 prodotta si consumano 2 Faradays, ma i Faradays complessivi sono pari a:
Faradays = 52
quindi il numero di moli di H2 prodotte sono:
Moli di H2 = 26
e di conseguenza la massa di H2 prodotta in un’ora risulta :
Massa di H2 = 52 grammi corrispondente per esempio a 1352 grammi di Cromo
La massa di idrogeno prodotto al secondo risulta:
Massa /secondo = 1,45 x 10 –6 kg/s
Principio di protezione
Il principio di protezione si basa sulla diluizione della concentrazione all’interno del sistema tramite un’adeguata ventilazione forzata, facendo così in modo che la concentrazione sia inferiore a un certo valore tenendo anche conto della temperatura all’interno del sistema. Con la definizione dell’adeguata ventilazione l’area all’interno del sistema e in area adiacente i camini di sfiato possono essere classificate come zone ordinarie. La valutazione si basa quindi sulla verifica del rapporto tra la portata di ventilazione e la produzione di idrogeno.