Pha hóa chất là gì? Một số cách pha hóa chất và nguyên tắc an toàn

Trong nhiều lĩnh vực sản xuất, pha hóa chất là công việc quan trọng đòi hỏi kỹ thuật, sự chính xác và tuân thủ nghiêm ngặt về an toàn. Trong bài viết này, chúng ta sẽ khám phá quá trình phức tạp của việc kết hợp hóa chất để tạo ra sản phẩm phục vụ cho cuộc sống hàng ngày và các ngành công nghiệp.

Ảnh: Capital Resin.

Pha hóa chất là quá trình đo lường, trộn, hòa tan hoặc kết hợp các loại hóa chất theo công thức định sẵn để tạo ra dung dịch, hỗn hợp hoặc chế phẩm mới phục vụ cho mọi lĩnh vực từ sản xuất công nghiệp, nông nghiệp, dược phẩm, mỹ phẩm cho đến những ứng dụng quen thuộc trong đời sống hàng ngày.

Nghe qua, pha hóa chất có vẻ đơn giản như trộn vài thành phần lại với nhau. Thế nhưng, việc làm này không đơn thuần là trộn đều các hợp chất mà còn phải đảm bảo các yếu tố như độ chính xác của tỷ lệ, trình tự cho hóa chất vào dung môi, loại dung môi được sử dụng, điều kiện nhiệt độ, áp suất, độ pH, và chất lượng của thiết bị, dụng cụ pha.

Trong thực tế, việc làm này đòi hỏi sự chính xác tuyệt đối, kỹ năng chuyên môn và khả năng kiểm soát tốt. Chỉ một sai lệch nhỏ về tỷ lệ, nhiệt độ hay trình tự pha cũng có thể khiến sản phẩm giảm chất lượng, thậm chí gây ra những nguy hiểm nghiêm trọng cho con người và môi trường. Chính vì vậy, đây là khâu nền tảng, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm đầu ra và hiệu quả của cả dây chuyền sản xuất.

Một công thức pha chuẩn xác sẽ giúp sản phẩm đạt các tiêu chí về màu sắc, độ bền, độ tinh khiết hay khả năng tác dụng như mong muốn. Ngược lại, chỉ cần một bước sai lệch nhỏ, cả lô hàng có thể bị hỏng, gây lãng phí nguyên liệu và tốn chi phí xử lý. Bên cạnh đó, mỗi lĩnh vực lại có những yêu cầu và tiêu chuẩn riêng, khiến quá trình này trở nên đa dạng và phong phú.

Pha hóa chất không chỉ đơn thuần là trộn các thành phần theo công thức, mà là một quy trình kỹ thuật phức tạp đòi hỏi sự chính xác. Ảnh: PowerUp/Shutterstock.

Để dễ hình dung, có thể lấy một số ví dụ cụ thể. Chẳng hạn, trong ngành tẩy rửa công nghiệp, việc pha xút ăn da (NaOH) với nước để làm sạch đường ống hay bồn chứa đòi hỏi độ chính xác tuyệt đối. Nếu tỷ lệ NaOH quá thấp, hiệu quả tẩy rửa không đạt yêu cầu; ngược lại, chỉ cần vượt quá giới hạn an toàn chỉ 0,5% cũng khiến dung dịch trở nên quá kiềm, có thể ăn mòn thiết bị, gây bỏng hóa chất và buộc phải hủy toàn bộ lô hàng. Điều này không chỉ tốn kém chi phí nguyên liệu mà còn kéo theo việc dừng sản xuất để xử lý sự cố.

Trong nông nghiệp, pha thuốc bảo vệ thực vật cũng là một ví dụ điển hình. Một loại thuốc trừ sâu thường được pha loãng theo hướng dẫn để vừa đảm bảo hiệu quả tiêu diệt sâu bệnh, vừa an toàn cho cây trồng và môi trường. Chỉ cần người pha thiếu dụng cụ đo lường chuẩn hoặc không khuấy đều dung dịch, thuốc có thể trở nên quá đặc, gây cháy lá, hoặc quá loãng, khiến sâu bệnh không bị tiêu diệt, buộc phải phun lại nhiều lần.

Một ví dụ khác trong y tế và y tế cộng đồng là pha dung dịch khử khuẩn Cloramin B. Loại hóa chất này thường được sử dụng để khử trùng khu vực có dịch bệnh hoặc xử lý nguồn nước. Nồng độ pha phải được tính toán theo mục đích sử dụng: khử trùng dụng cụ y tế sẽ cần dung dịch đậm đặc hơn so với khử khuẩn sàn nhà hoặc nguồn nước. Nếu pha sai nồng độ, hiệu quả khử trùng sẽ giảm đáng kể, thậm chí để lại tồn dư hóa chất gây ảnh hưởng sức khỏe con người.

Không chỉ liên quan đến chất lượng, pha hóa chất còn tác động trực tiếp đến an toàn lao động. Khi tuân thủ đúng quy trình, người lao động sẽ giảm thiểu nguy cơ gặp phải sự cố như cháy nổ, ăn mòn hay ngộ độc. Ngoài ra, ở nhiều ngành nghề, việc phối trộn hóa chất với nhau còn phải đáp ứng các tiêu chuẩn và quy định pháp luật nghiêm ngặt, đặc biệt là trong lĩnh vực thực phẩm, mỹ phẩm hay hóa chất công nghiệp.

Từ đây, chúng ta có thể thấy tầm quan trọng của việc kiểm soát chất lượng trong từng mẻ pha, điều mà các nhà sản xuất luôn phải chú trọng. Dù công thức đã được xác định, việc đảm bảo chất lượng ở từng mẻ pha là yếu tố quyết định để giữ sự đồng nhất và uy tín của sản phẩm. Các thông số như pH, nồng độ, độ tinh khiết hay độ nhớt thường được theo dõi và kiểm tra trong suốt quá trình. Việc này hiện nay không chỉ dựa vào kinh nghiệm của con người, mà còn nhờ các thiết bị hỗ trợ như cân điện tử, máy đo pH, cảm biến nhiệt và áp suất.

Quy trình kiểm nghiệm mẫu trước khi đưa vào sản xuất hàng loạt là một bước không thể thiếu. Pha thử ở quy mô nhỏ, kiểm tra chất lượng, sau đó mới tiến hành sản xuất số lượng lớn giúp hạn chế tối đa rủi ro. Nhờ đó, mọi thông số kỹ thuật đều được đảm bảo trước khi sản phẩm đến tay khách hàng.

Việc pha chế hóa chất tưởng chừng đơn giản nhưng nếu làm sai quy trình có thể dẫn đến giảm hiệu quả, thậm chí gây nguy hiểm. Dưới đây là các phương pháp pha chế phổ biến, áp dụng trong phòng thí nghiệm, nhà máy và các cơ sở sản xuất.

1. Pha dung dịch từ hóa chất rắn

Với cách pha này, trước tiên cần cân chính xác lượng hóa chất đã tính toán. Đặt giấy cân hoặc khay cân lên cân, bấm tare để đưa về 0, sau đó dùng thìa xúc đúng khối lượng cần thiết, thao tác nhẹ nhàng để tránh rơi vãi. Ngay sau khi lấy xong, phải đậy kín lọ hóa chất để hạn chế hút ẩm hoặc bay hơi. Tiếp theo, cho khoảng 2/3 thể tích dung dịch cần pha bằng nước cất hoặc nước khử ion vào cốc thủy tinh, từ từ cho hóa chất rắn vào dung môi, vừa cho vừa khuấy để rắn tan đều. Nếu quá trình hòa tan tỏa nhiệt, cần khuấy chậm và có thể đặt cốc vào chậu nước mát để kiểm soát nhiệt độ.

Khi hóa chất đã tan hoàn toàn, chuyển dung dịch sang bình định mức có dung tích phù hợp. Dùng một ít nước cất tráng lại cốc và que khuấy, đổ phần nước tráng vào bình để đảm bảo không bị thất thoát hóa chất. Cuối cùng, bổ sung dung môi cho đến đúng vạch định mức, đậy nút và lắc đảo đều để dung dịch được đồng nhất.

2. Pha dung dịch từ hóa chất lỏng

Sau khi đã xác định chính xác thể tích hóa chất cần lấy, dùng ống đong, pipet hoặc burette đã được làm sạch và khô để đo thể tích theo tính toán. Trong quá trình rót, đặt dụng cụ đo trên bề mặt phẳng, mắt ngang tầm với vạch chia để tránh sai số do góc nhìn. Sau khi lấy đúng lượng hóa chất, đậy kín chai gốc ngay để tránh bay hơi hoặc nhiễm bẩn. Cho một phần dung môi (thường khoảng 2/3 thể tích cần pha) vào bình hoặc cốc, từ từ rót hóa chất lỏng vào dung môi, vừa rót vừa khuấy nhẹ để hai chất hòa trộn đồng đều. Nếu hóa chất có tính ăn mòn, bay hơi mạnh hoặc tỏa nhiệt, cần thao tác trong tủ hút và kiểm soát tốc độ rót. Sau khi trộn xong, chuyển dung dịch vào bình định mức, tráng dụng cụ chứa hóa chất bằng một ít dung môi rồi đổ phần tráng vào bình. Bổ sung dung môi đến đúng vạch định mức, đậy kín và lắc đảo đều để dung dịch đồng nhất.

3. Pha loãng hóa chất đậm đặc

Khi pha loãng dung dịch đậm đặc, trước hết tính toán thể tích dung dịch gốc cần lấy theo công thức C1V1 = C2V2, trong đó C1 và V1 là nồng độ và thể tích dung dịch đậm đặc, C2 và V2 là nồng độ và thể tích dung dịch sau khi pha loãng. Dùng ống đong hoặc pipet lấy chính xác thể tích dung dịch gốc, tránh để dung dịch bám ngoài dụng cụ. Rót hóa chất đậm đặc vào một bình hoặc cốc chứa sẵn một phần dung môi, tuyệt đối không rót dung môi vào dung dịch đậm đặc nếu đó là axit hoặc chất tỏa nhiệt mạnh. Khuấy nhẹ để dung dịch phân tán đều, sau đó chuyển vào bình định mức. Tráng dụng cụ đong bằng một ít dung môi, đổ phần này vào bình để đảm bảo đủ lượng hóa chất. Bổ sung dung môi đến đúng vạch định mức, đậy kín và lắc đảo đều trước khi sử dụng.

4. Pha hóa chất hỗn hợp

Với các dung dịch hỗn hợp chứa nhiều thành phần, cần chuẩn bị và pha từng thành phần theo đúng thứ tự quy định để tránh phản ứng không mong muốn. Tính toán lượng hoặc thể tích của từng hóa chất, cân hoặc đong chính xác như khi pha đơn chất. Bắt đầu bằng việc cho dung môi vào bình pha, sau đó lần lượt thêm các hóa chất, mỗi lần thêm cần khuấy đều để hòa tan hoặc trộn hoàn toàn trước khi thêm thành phần tiếp theo. Với những hóa chất dễ bay hơi hoặc có phản ứng tỏa nhiệt, nên thêm ở giai đoạn cuối cùng và thao tác trong tủ hút. Khi tất cả thành phần đã được pha xong, bổ sung dung môi đến thể tích yêu cầu, đậy kín bình và lắc đều. Cuối cùng, dán nhãn ghi rõ tên dung dịch, nồng độ, các thành phần, ngày pha và cảnh báo an toàn.

Bảng ví dụ công thức pha chế một số hóa chất phổ biến

Dù là người mới vào nghề hay đã có nhiều năm kinh nghiệm, việc thực hiện vẫn tiềm ẩn nhiều rủi ro nếu chủ quan hoặc làm sai quy trình. Dưới đây là những lỗi phổ biến mà bạn cần tránh tuyệt đối:

• Rót dung môi vào hóa chất là một trong những sai lầm nghiêm trọng nhưng lại khá phổ biến khi làm việc với axit mạnh, đặc biệt ở những người mới vào nghề. Chẳng hạn, việc rót nước vào axit sunfuric đậm đặc sẽ khiến phản ứng tỏa nhiệt dữ dội, tạo ra lượng nhiệt tập trung tại bề mặt tiếp xúc, làm dung dịch bắn tóe, gây bỏng nghiêm trọng cho da hoặc mắt. Như hướng dẫn cách pha loãng axit sunfuric đặc chúng tôi đã chia sẻ, nguyên tắc đúng là luôn rót từ từ hóa chất vào dung môi, vừa rót vừa khuấy để nhiệt phân tán đều, giảm nguy cơ tai nạn.
• Đo lường không chính xác là lỗi thường xảy ra khi người thao tác sử dụng dụng cụ đong không phù hợp, chẳng hạn dùng cốc thay cho bình định mức, hoặc khi đọc thể tích lại để mắt không ngang tầm vạch chia, dẫn đến sai số. Chỉ một sai lệch nhỏ về nồng độ cũng có thể làm kết quả thí nghiệm sai lệch hoặc gây ảnh hưởng đến hiệu quả của một mẻ sản xuất. Ví dụ, dung dịch chuẩn độ sai nồng độ dù chỉ 0,01 M cũng đủ để khiến toàn bộ phép phân tích mất giá trị.
• Sử dụng dụng cụ ẩm hoặc bẩn cũng là một nguyên nhân tiềm ẩn rủi ro. Nước đọng lại trong ống đong hay tạp chất bám trên que khuấy có thể gây phản ứng không mong muốn, làm đổi màu dung dịch, tạo kết tủa, hoặc làm thay đổi pH, khiến sản phẩm cuối cùng không đạt tiêu chuẩn. Với một số hóa chất nhạy ẩm như NaOH, việc cân trong điều kiện dụng cụ ẩm còn khiến khối lượng bị sai lệch đáng kể.
• Không khuấy đều khi hòa tan là một thói quen tưởng như vô hại nhưng thực tế có thể dẫn đến dung dịch không đồng nhất. Khi các tinh thể chưa tan hết hoặc nồng độ ở các vị trí khác nhau, các phép đo sau đó sẽ cho kết quả không chính xác. Trong sản xuất, hiện tượng này có thể khiến một số lô sản phẩm đạt yêu cầu, nhưng lô khác lại bị hỏng, dù cùng dùng chung một dung dịch gốc.
• Thêm hóa chất vào dung môi quá nhanh là lỗi dễ gặp, đặc biệt với các chất tỏa nhiệt hoặc dễ bay hơi. Khi cho quá nhanh, nhiệt độ dung dịch tăng đột ngột, làm bay hơi dung môi, phát sinh hơi độc hoặc bắn giọt dung dịch ra ngoài. Trong nhiều trường hợp, chỉ cần thao tác chậm lại, chia thành nhiều lần thêm, vừa thêm vừa khuấy, đã đủ để loại bỏ nguy cơ này.
• Pha chế trong không gian kín hoặc thiếu thông gió là nguyên nhân trực tiếp gây hại cho đường hô hấp khi làm việc với hóa chất dễ bay hơi. Hít phải hơi dung môi hữu cơ, khí clo hoặc NH3 ở nồng độ cao trong thời gian ngắn có thể gây chóng mặt, kích ứng mắt, thậm chí mất ý thức. Việc này đặc biệt nguy hiểm khi làm việc một mình vì khó có người hỗ trợ kịp thời nếu xảy ra sự cố.
• Bỏ qua bước ghi nhãn hoặc ghi nhãn không đầy đủ là một sai lầm quản lý cơ bản nhưng lại gây hậu quả nghiêm trọng. Khi có nhiều chai dung dịch trong phòng, việc không ghi rõ tên, nồng độ, ngày pha và cảnh báo an toàn sẽ dẫn đến nhầm lẫn, thậm chí trộn nhầm vào quy trình khác, gây ra phản ứng nguy hiểm hoặc làm hỏng toàn bộ mẻ sản phẩm.
• Không tuân thủ thứ tự pha trong hỗn hợp nhiều thành phần có thể dẫn tới phản ứng phụ không mong muốn. Chẳng hạn, thêm dung dịch chứa amoniac trước khi trung hòa axit có thể tạo khí độc, hoặc cho các muối kim loại vào trước khi pH được điều chỉnh có thể khiến chúng kết tủa ngay, làm giảm hiệu quả của dung dịch.
• Không sử dụng đầy đủ trang bị bảo hộ cá nhân là nguyên nhân trực tiếp của nhiều tai nạn phòng thí nghiệm. Không đeo găng tay khiến da tiếp xúc trực tiếp với hóa chất ăn mòn, không đeo kính bảo hộ khiến nguy cơ bỏng mắt tăng cao, và không mang khẩu trang hoặc mặt nạ lọc hơi khiến hơi độc đi thẳng vào phổi. Những nguy cơ này hoàn toàn có thể tránh được chỉ bằng việc tuân thủ nghiêm ngặt quy định bảo hộ.

An toàn là yếu tố hàng đầu trong các nhà máy pha hóa chất. Ảnh: SeventyFour/Getty Images.

1. An toàn lao động

Sự phát triển của khoa học và công nghệ đã thay đổi đáng kể cách thức pha hóa chất. Nếu trước đây phần lớn các công đoạn được thực hiện thủ công, phụ thuộc vào tay nghề của người vận hành, thì hiện nay nhiều nhà máy đã ứng dụng hệ thống tự động hóa và robot hóa để đảm bảo độ chính xác và đồng nhất cao hơn.

Song, dù công nghệ hiện đại đến đâu, yếu tố an toàn vẫn phải được đặt lên hàng đầu bởi các rủi ro về an toàn luôn hiện hữu, đặc biệt khi xử lý các hóa chất dễ cháy, ăn mòn hoặc độc hại. Vì vậy, người thực hiện cần được trang bị đầy đủ đồ bảo hộ như găng tay chống hóa chất, kính bảo hộ, khẩu trang lọc hơi độc. Không gian làm việc nên có hệ thống thông gió và hút khí để loại bỏ hơi độc hoặc khí dễ cháy nổ.

Bên cạnh đó, doanh nghiệp sản xuất cần chuẩn bị sẵn các phương án xử lý sự cố như dung dịch trung hòa, vòi rửa mắt, và quy trình sơ cứu khi hóa chất tiếp xúc trực tiếp với cơ thể. Việc đào tạo định kỳ về an toàn hóa chất cho nhân viên cũng là một phần không thể thiếu để duy trì môi trường làm việc an toàn.

2. An toàn môi trường

Quá trình pha hóa chất nếu không được kiểm soát chặt chẽ có thể gây ra những tác động tiêu cực tới môi trường. Nước thải chứa dư lượng hóa chất chưa xử lý có thể làm ô nhiễm nguồn nước, ảnh hưởng đến hệ sinh thái. Hơi bay ra từ các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOCs) có thể làm giảm chất lượng không khí và gây hại cho sức khỏe cộng đồng.

Để giảm thiểu tác động này, các cơ sở sản xuất thường áp dụng giải pháp thu hồi dung môi, tái chế hóa chất thừa và xử lý nước thải theo tiêu chuẩn trước khi thải ra môi trường. Đây không chỉ là yêu cầu pháp lý mà còn là trách nhiệm xã hội của doanh nghiệp.