Modelagem e otimização da eletrodeposição do cobre no substrato de latão em banho eletrolítico com o uso do glicerol

Electroplating is a very important industrial process, its products are present in everyday life, whether in household utensils, computer items, semi-jewelry, clothing buttons, or even items belonging to the metallurgical and civil construction industries. The process is based on metallic coating, o...

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Detalhes bibliográficos
Autor principal: Lima, Lucas Franklin de
Outros Autores: Melo, Raffael Andrade Costa de
Formato: bachelorThesis
Idioma:pt_BR
Publicado em: Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Assuntos:
cobre
glicerol
complexos
planejamento experimental fatorial
eficiência de corrente catódica
consumo energético
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
Endereço do item:https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/53262
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Modelagem e otimização da eletrodeposição do cobre no substrato de latão em banho eletrolítico com o uso do glicerol
description Electroplating is a very important industrial process, its products are present in everyday life, whether in household utensils, computer items, semi-jewelry, clothing buttons, or even items belonging to the metallurgical and civil construction industries. The process is based on metallic coating, or electrodeposition, on metallic or non-metallic bases, with the aim of bringing more resistance to corrosion and/or guaranteeing a stylish and eye-catching finish. The copper electrodeposition process is commonly performed using two main types of baths: those based on acid sulfate and alkaline cyanides. The limiting factor of cyanide copper baths is their high potential for toxicity, requiring great concerns and impositions regarding environmental and health safety aspects when handling them. In this way, many alternatives are sought to exempt this component, and that in a sustainable way, can deliver efficiency in the process and energy consumption. Among several options, there is the use of organic additives such as, for example, glycerol, which will be investigated in this work. In this work, a 4^3 full factorial experimental design with three factors and four replications at the central point was performed to evaluate the effect of copper deposition on brass at different concentrations of glycerol, time and amperage. The response variable was cathode current efficiency. The tests were carried out in a miniaturized unit of an industrial electrodeposition system, the Hull cell. The results showed that the terms that represent amperage linearly and quadratically, glycerol and the product between time and glycerol, are within a 95% confidence interval, attesting to the significance of these factors. The test chosen as the optimal point showed a cathode current efficiency of 57.3% and energy consumption of 234.40 KWh/Kg, resulting in a greater copper deposition in a lower energy consumption. The generated deposits showed a reddish orange color, characteristic of metallic copper, layer uniformity, leveling and brightness. These effects were explained by the formation of Cu(glyc) and [Cu(glyc)2]2− complexes in the alkaline bath with NaOH.
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The process is based on metallic coating, or electrodeposition, on metallic or non-metallic bases, with the aim of bringing more resistance to corrosion and/or guaranteeing a stylish and eye-catching finish. The copper electrodeposition process is commonly performed using two main types of baths: those based on acid sulfate and alkaline cyanides. The limiting factor of cyanide copper baths is their high potential for toxicity, requiring great concerns and impositions regarding environmental and health safety aspects when handling them. In this way, many alternatives are sought to exempt this component, and that in a sustainable way, can deliver efficiency in the process and energy consumption. Among several options, there is the use of organic additives such as, for example, glycerol, which will be investigated in this work. In this work, a 4^3 full factorial experimental design with three factors and four replications at the central point was performed to evaluate the effect of copper deposition on brass at different concentrations of glycerol, time and amperage. The response variable was cathode current efficiency. The tests were carried out in a miniaturized unit of an industrial electrodeposition system, the Hull cell. The results showed that the terms that represent amperage linearly and quadratically, glycerol and the product between time and glycerol, are within a 95% confidence interval, attesting to the significance of these factors. The test chosen as the optimal point showed a cathode current efficiency of 57.3% and energy consumption of 234.40 KWh/Kg, resulting in a greater copper deposition in a lower energy consumption. The generated deposits showed a reddish orange color, characteristic of metallic copper, layer uniformity, leveling and brightness. These effects were explained by the formation of Cu(glyc) and [Cu(glyc)2]2− complexes in the alkaline bath with NaOH. A galvanoplastia é um processo industrial muito importante, seus produtos estão presentes em todo o cotidiano, seja nos utensílios domésticos, artigos de informática, semijóias, botões de roupas até itens pertencentes à indústria metalúrgica e da construção civil. O processo se baseia no revestimento metálico, ou eletrodeposição, em bases metálicas ou não, com o objetivo de trazer mais resistência à corrosão e/ou garantir um acabamento estiloso e chamativo. O processo de eletrodeposição do cobre, é realizado, comumente, por intermédio de dois principais tipos de banhos: os à base de sulfato ácido e os cianetos alcalinos. O fator limitante dos banhos de cobre cianídricos é o seu alto potencial de toxicidade, exigindo grandes preocupações e imposições quanto aos aspectos ambientais e de segurança à saúde ao manuseá-los. Dessa forma, são buscadas muitas alternativas para isentar este componente, e que de uma forma sustentável, possa entregar eficiência no processo e consumo energético. Dentre diversas opções, encontra-se o uso de aditivos orgânicos como, por exemplo, o glicerol, que será investigado neste trabalho. Neste trabalho, foi executado um planejamento experimental fatorial completo 4^3 com três fatores e quatro repetições no ponto central para avaliar o efeito da deposição do cobre em latão em diferentes concentrações de glicerol, tempo e amperagem. A variável de resposta foi a eficiência de corrente catódica. Os ensaios foram realizados em uma unidade miniaturizada de um sistema de eletrodeposição industrial, a célula de Hull. Os resultados apontaram que os termos que representam a amperagem de forma linear e quadrática, o glicerol e o produto entre o tempo e glicerol, estão dentro de um intervalo de confiança de 95%, atestando a significância destes fatores. O ensaio elegido como o ponto ótimo apresentou eficiência de corrente catódica de 57,3% e consumo energético de 234,40 KWh/Kg, resultando em uma maior deposição de cobre em um menor consumo de energia. Os depósitos gerados apresentaram a cor laranja avermelhado, característicos do cobre metálico, uniformidade de camada, nivelamento e brilho. Estes efeitos foram justificados pela formação dos complexos Cu(glic) e [Cu(glyc)2]2− no banho alcalino com NaOH. 2023-07-12T17:08:59Z 2023-07-12T17:08:59Z 2023-06-29 bachelorThesis LIMA, Lucas Franklin de. Modelagem e otimização da eletrodeposição do cobre no substrato de latão em banho eletrolítico com o uso do glicerol. Orientador: Raffael Andrade Costa de Melo. 2023. 70 f. Trabalho de conclusão de curso (Graduação em Engenharia Química) Departamento de Engenharia Química. Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2023. https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/53262 pt_BR Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/ application/pdf Universidade Federal do Rio Grande do Norte Brasil UFRN Engenharia Química DEQ - Departamento de Engenharia Química

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