Nghiên cứu ảnh hưởng của tạp chất đến chất lượng niken điện phân với nguồn bổ sung cacbonat

MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT. 4 DANH MỤC CÁC BẢNG. 5 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ. 9 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN.

Niken và các công nghệ luyện niken. Tình hình sản xuất và sử dụng niken trên thế giới. Tình hình sản xuất và nghiên cứu luyện niken ở Việt Nam. Các phương pháp luyện niken.

Hỏa luyện quặng sulfua đa kim niken, đồng. Cacbonyl hóa quặng sunfua niken, đồng. Thủy luyện quặng phong hóa chứa đồng và niken. Thủy luyện quặng đa kim niken có đồng, sắt và coban.

Luyện niken từ bã thải công nghiệp mạ. Các quá trình catot. Các dạng kết tủa trên catot. Kết tủa kim loại trên catot rắn.

Kết tủa hợp kim catot. Kết tinh điện hóa. Các dạng cấu trúc của kết tinh đa tinh thể. Nguyên nhân ảnh hưởng đến cấu trúc tinh thể.

Chất lượng catot. Hiện tượng cùng phóng điện của các ion kim loại. Điều kiện cùng phóng điện và giản đồ cùng phóng điện. Hiện tượng cùng phóng điện trong trường hợp dòng điện tới hạn.

Khả năng phóng điện xuống catot của ion kim loại có thế điện cực bé. Quá trình chuyển các tạp chất phi kim loại vào catot. Hoàn nguyên tạp chất phi kim từ hợp chất. Các tạp chất chuyển động cơ học tới catot.

Dung dịch điện phân bị lẫn vào catot. Vấn đề cần nghiên cứu trong luận án. Đối tượng nghiên cứu. Giới hạn các vấn đề cần nghiên cứu.

36 CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP VÀ THIẾT BỊ NGHIÊN CỨU. Phương pháp điều chế dung dịch điện phân niken. Chọn phương pháp điều chế dung dịch. Thiết bị điều chế dung dịch.

Thiết bị nghiên cứu điện phân. Hệ thống thiết bị điện phân. Các bước chuẩn bị để điện phân. Các phương pháp nghiên cứu.

Các phương pháp phân tích. Phương pháp xử lý số liệu. Hóa chất và vật liệu phục vụ nghiên cứu. 42 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.

Ứng dụng giản đồ trạng thái E-pH để lựa chọn cacbonat bazơ niken làm nguyên liệu bổ sung ion niken. Giản đồ trạng thái E-pH. Giản đồ trạng thái hệ H2O-Fe. Giản đồ trạng thái hệ H2O-Cu.

Giản đồ trạng thái hệ H2O - Ni. Ứng dụng giản đồ trạng thái E-pH để chọn nguyên liệu bổ sung ion niken cho quá trình điện phân. Các phương pháp chế tạo nguyên liệu bổ sung ion niken. Phương pháp hóa rắn dung dịch chứa niken.

Lựa chọn cacbonat bazơ niken làm nguyên liệu bổ sung ion niken cho điện phân. Tách tạp chất kim loại. Tách tạp kim loại đồng ra khỏi dung dịch chứa niken. Ảnh hưởng của nguyên tố đồng đến chất lượng niken điện phân từ muối cacbonat bazơ niken.

Các phương pháp khử đồng ra khỏi dung dịch chứa niken. Khử đồng bằng sắt. Khử đồng bằng biện pháp tạo atacamit. Khử sâu đồng bằng kẽm.

Kết luận về các phương pháp khử đồng ra khỏi dung dịch chứa niken. Tách tạp chất sắt ra khỏi dung dịch chứa niken. Ảnh hưởng của nguyên tố sắt đến chất lượng niken điện phân. Các phương pháp khử sắt ra khỏi dung dịch chứa niken.

Nguyên tắc khử sắt ra khỏi dung dịch chứa niken. Các phương pháp khử sắt ra khỏi dung dịch chứa niken. Một số yếu tố công nghệ ảnh hưởng chất lượng niken điện phân và hướng xử lý. Ảnh hưởng của mật độ dòng tới khối lượng niken điện phân và chất lượng bề mặt tấm màng.

Ảnh hưởng của độ pH ban đầu và mật độ dòng đến chất lượng kết tủa niken kim loại. Ảnh hưởng của nhiệt độ dung dịch đến tình trạng bong nứt. Ảnh hưởng của độ sạch dung dịch qua các chu kỳ điện phân đến sự bong nứt và vai trò của chất hoạt động bề mặt NaC12H25SO4 (SLS). Nguyên nhân gây ra hiện tượng bong nứt sau một số chu kỳ điện phân.

Tác dụng của chất hoạt tính bề mặt NaC12H25SO4 (SLS) đối với chất lượng niken catot sau một số chu kỳ điện phân. Vai trò của SLS đối với hạn chế giảm bong nứt. Vai trò của SLS đối với hạn chế hiện tượng mọc râu. Ảnh hưởng của SLS đối với cấu trúc bề mặt và mật độ lỗ.

101 ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN. 102 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ. 103 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 106 3 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT HTBM Hoạt tính bề mặt FI Dạng cô lập hướng dòng BR Dạng tái tạo hướng nền FT Dạng cấu trúc hướng dòng UD Dạng phân tán không định hướng đgh Đường giới hạn amhh Ăn mòn hóa học puhh Phản ứng hóa học tckl Tạp chất kim loại tcpk Tạp chất phi kim φ Thế điện cực ∆φc Thế phân cực catot hchh Hợp chất hóa học iC Mật độ dòng catot I Cường độ dòng điện i Mật độ dòng điện Eox Thế oxy hóa khử (V) E0 Thế cân bằng (V) S Diện tích bề mặt hsd Hiệu suất dòng G Thế điện hóa μ Thế hóa học SLS NaC12H25SO4 4 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.

1: Lượng tạp chất kim loại chuyển vào catot. 2: Hàm lượng nguyên tố trong quặng niken Bản Phúc (% khối lượng). 3: Thành phần sten niken nấu luyện từ quặng niken Bản Phúc. 4: Nồng độ các ion kim loại trong dung dịch ban đầu (mg/l).

1: Nồng độ Fe3+ chuyển hóa thành Fe2O3 theo độ pH 46 Bảng 3.2: Nồng độ thủy phân của Fe theo độ pH 3+ 46 Bảng 3. 3: Lượng niken kết tủa (g/dm ) catôt phụ thuộc vào nguồn cấp nguyên 2 liệu và mật độ dòng (A/dm2) 53 Bảng 3. 4: Thế điện cực tiêu chuẩn  của các phản ứng điện hoá trong môi o trường axit của một số kim loại [1] 57 Bảng 3.5: Thành phần của tạp chất đồng trong catot thành phẩm phụ thuộc vào thành phần đồng trong nguyên liệu muối cacbonat bazơ 58 Bảng 3. 6: Nồng độ các ion trong dung dịch sau khử đồng bằng sắt (mg/l) 61 Bảng 3.

7: Nồng độ các ion trong dung dịch sau khử đồng bằng tạo atacamit (mg/l) 63 Bảng 3. 8: Hiệu quả khử đồng bằng các phương pháp khác nhau 66 Bảng 3. 9: Thành phần của tạp chất sắt trong catot thành phẩm phụ thuộc vào thành phần trong nguyên liệu muối cacboanat bazo niken 67 Bảng 3. 10: Nồng độ các ion trong dung dịch (mg/l) trước khi khử sắt (sau khử đồng) 70 Bảng 3.

11: Sự thay đổi pH của dung dịch sơ cấp trong quá trình khử tạp chất theo thời gian lắng đọng tạp chất 71 Bảng 3. 12: Thành phần dung dịch ban đầu và sau khi khửa tạp chất bằng các chất kiềm 75 Bảng 3. 13: Thành phần các dung dịch sunfat trước và sau khử tạp chất bằng NH4HCO3 76 Bảng 3. 14: Hàm lượng (%) nguyên tố trong hợp chất cacbonat bazơ niken làm nguyên liệu điện phân 77 Bảng 3.

15: Ảnh hưởng của mật độ dòng điện đến khối lượng niken kết tủa theo thời gian (g/dm2) 79 Bảng 3.16: Ảnh hưởng của điện áp đến dòng điện điện phân 80 Bảng 3. 17: Mối liên quan giữa khối lượng Ni kết tủa (g/dm ) với độ pH và mật 2 độ dòng ic 82 Bảng 3. 18: Quan hệ giữa thời gian điện phân và hiệu suất dòng điện dựa vào độ thay đổi pH ở các nhiệt độ khác nhau 86 Bảng 3.19: Tổng trở của bể điện phân với diện tích catot 1dm 2 89 Bảng 3. 20: Sự bong nứt phụ thuộc vào cách khống chế mật độ dòng 89 Bảng 3.21: Hình thái bề mặt tấm niken qua các chu kỳ điện phân 91 Bảng 3.22: Mật độ lỗ phụ thuộc vào chế độ điện phân 99 5 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.

1: Sản lượng niken thế giới theo các năm [5] .2: Quy trình công nghệ điều chế niken và đồng từ quặng sulfua đa kim theo phương pháp của các nhà khoa học Nga .3: Quy trình công nghệ điều chế niken bằng phương pháp cacbonyl hoá [6]. 4: Sơ đồ công nghệ Caron [8]. 5: Sơ đồ công nghệ luyện niken có chứa đồng, coban [9].6: Sơ đồ công nghệ thu hồi niken từ bã thải công nghiệp mạ [18] .10: Giản đồ cùng phóng điện của các ion kim loại [28]. 28 di1 di Hình 1.11: Giản đồ cùng phóng điện trong trường hợp  2.

29 d d di di Hình 1.12: Giản đồ cùng phóng điện ứng với trường hợp 1  2 .13: Giản đồ cùng phóng điện của ion kim loại có thế điện cực bé .14:: Mẫu catot đồng ở phần tinh giới .15: Lượng sunfat chuyển vào catot phụ thuộc vào thừoi gian lưu kim loại ở cực âm .16: Sơ đồ tinh thể catot có lẫn dung dịch điện phân. 1: Sơ đồ cấu tạo bể điều chế dung dịch có màng ngăn [19]. 2: Nguồn một chiều phục vụ cho điện phân. 3: Bể điện phân thí nghiệm.

4: Sơ đồ đấu điện cực .5: Máy phân tích ICP-MS .6: Máy phân tích X-RAY .7: Máy đo pH Hana Hi 2210. 1: Giản đồ trạng thái cân bằng của sắt [30]. 2: Giản đồ trạng thái cân bằng của đồng [30]. 3: Giản đồ trạng thái E-pH của Ni ở 250C [22, 30].

4: Lượng niken kết tủa phụ thuộc vào mật độ dòng và nguồn cấp liệu .5: Độ chênh lệch độ dày giữa nửa trên và nửa dưới tấm điện phân phụ thuộc vào thời gian và nguyên liệu bổ sung ion niken .6: Kết quả phân tích thành phần bùn anot điện phân bằng Ni(OH) 2 .7: Kết quả phân tích thành phần bùn anot điện phân bằng NiCO3.8: Giản đồ trạng thái   pH [14].9: Hàm lượng tạp chất đồng trong catot phụ thuộc vào hàm lượng đồng trong muối cacbonat bazơ .10: Hiện tượng kết tủa đồng lên niken sau khi ngắt nguồn điện .11: Sự phóng điện của ion đồng và niken phụ thuộc vào hàm lượng tạp chất đồng trong hợp kim .12: Hợp chất atacamite màu xanh ngọc [15] .13: Nồng độ ion Cu2+ trong dung dịch còn lại bằng phương pháp kết tủa atacamit .14: Phân tích nhiễu xạ tia X kết tủa atacamit ở pH = 5,5 .15: Cơ chế phản ứng tạo thành CuO bằng Zn .16: Sự khử đồng của kẽm thuận lợi hơn nếu bổ sung và giữ pH của dung dịch dưới 1 .17: Hàm lượng tạp chất sắt trong catot phụ thuộc vào hàm lượng sắt trong muối cacboanat bazo .18: Đường cong phân cực điện phân niken với nguyên liệu bổ sung ion niken có hàm lượng tạp chất sắt khác nhau .19: Kết quả phân tích catot niken điện phân từ hỗn hợp muối cacbonat bazơ niken chứa 1% sắt.