Nghiên cứu ảnh hưởng của bi và pb đến cấu trúc và độ bền lớp bùn điện phân tinh luyện thiếc

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI HOÀNG VĂN QUÂN NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA Bi VÀ Pb ĐẾN CẤU TRÚC VÀ ĐỘ BỀN CỦA LỚP BÙN ĐIỆN PHÂN TINH LUYỆN THIẾC Chuyên nghành: Khoa học Kỹ thuật vật liệu LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU KIM LOẠI NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : TS Đinh Tiến Thịnh PGS.TS Nguyễn Kim Thiết Hà Nội – Năm 2011 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI HOÀNG VĂN QUÂN NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA Bi VÀ Pb ĐẾN CẤU TRÚC VÀ ĐỘ BỀN CỦA LỚP BÙN ĐIỆN PHÂN TINH LUYỆN THIẾC Chuyên nghành: Khoa học Kỹ thuật vật liệu LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU KIM LOẠI Hà Nội – Năm 2011 LỜI CẢM ƠN Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban Giám hiệu trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, Viện Đào tạo sau đại học – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nôi, Khoa Khoa học Công nghệ vật liệu, Bộ môn Vật liệu kim loại màu Compozit tạo điều kiện thuận lợi cho suốt trình nghiên cứu thực luận văn Tôi xin gửi đến Tiến sĩ Đinh Tiến Thịnh, PGS.TS Nguyễn Kim Thiết lời cảm ơn chân thành sâu sắc hướng dẫn tận tình có hiệu để thực tốt công trình khoa học Cuối xin tỏ lòng biết ơn đến Viện Khoa học Công nghệ Mỏ Luyện, nơi công tác, động viên giúp đỡ mặt để hoàn thành luận văn thạc sỹ Hà Nội, ngày tháng năm 2011 Tác giả Hoàng Văn Quân LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn “Nghiên cứu ảnh hưởng Bi Pb đến cấu trúc độ bền lớp bùn điện phân tinh luyện thiếc ” công trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận án trung thực chưa công bố công trình khác Hà Nội, ngày tháng năm 2011 Tác giả Hoàng Văn Quân MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: THIẾC VÀ CÔNG NGHỆ TINH LUYỆN 1.1 Tình hình sản xuất, sử dụng thiếc giới 1.2 Các phương pháp tinh luyện thiếc 1.2.1 Hỏa tinh luyện 1.2.2 Điện phân tinh luyện 1.3 Tình hình sản xuất sử dụng thiếc Việt Nam 16 1.4 Đánh giá thông số công nghệ điện phân đặt vấn đề cần nghiên cứu 19 CHƯƠNG 2: QÚA TRÌNH ANÔT 2.1 Quá trình hoà tan anốt 22 22 2.1.1 Hoà tan hợp kim lỏng pha 22 2.1.2 Hoà tan hợp kim pha dung dịch rắn hợp chất hoá học 24 2.1.3 Hoà tan hợp kim rắn nhiều pha 25 2.1.4 Hoà tan anốt thành ion nhiều hoá trị 27 2.2 Lớp bùn anốt 30 2.2.1 Cơ chế tạo lớp xương xốp lớp bùn điện phân 30 2.2.2 Cơ chế tạo lớp bùn đặc, bùn thô bùn mịn 32 2.2.3 Phân bố nồng độ ion lớp bùn 34 2.2.4 Lớp bùn điện phân thiếc dung dịch H2SO4 35 2.3 Thụ động anốt 36 2.3.1 Khái niệm chung 36 2.3.2 Thụ động hoá học 37 2.3.3 Thụ động điện hóa 37 2.4 Phân cực anốt chất lượng điện phân 39 2.4.1 Đường phân cực anốt theo thời gian 39 2.4.2 Ảnh hưởng phân cực anốt tới chất lượng điện phân 41 CHƯƠNG THIẾT BỊ VÀ CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 43 3.1 Thiết bị công tác chuẩn bị nghiên cứu 43 3.1.1 Hệ thống tuần hoàn dung dịch 43 3.1.2 Hệ thống thiết bị điện phân 44 3.1.3.Thiết bị đo phân cực anốt 45 3.1.4 Các bước chuẩn bị tiến hành nghiên cứu 46 3.2 Cơ chế tạo lớp bùn điện phân thiếc dung dịch H2SO4 49 3.3 Nghiên cứu thiếc thô chứa nhiều tạp khác 52 3.4 Nghiên cứu ảnh hưởng tạp chất Chì 54 3.4.1 Điện phân anot có tạp chất chì phụ gia 54 a Điện phân anot có 0,5% tạp chất chì, không sử dụng chất phụ gia 54 b Điện phân anot có 1,5% tạp chất chì, không sử dụng chất phụ gia 57 c Điện phân anot có 3,0% tạp chất chì, không sử dụng chất phụ gia 59 3.4.2 Điện phân anot có tạp chất chì, có sử dụng chất phụ gia 61 3.5 Ảnh hưởng Bitmut 64 3.5.1.Điện phân anot có tạp chất Bitmut phụ gia 65 a Điện phân anot có 0,5% tạp chất Bi, chất phụ gia 65 b Điện phân anot có 1,0% tạp chất Bi, không sử dụng phụ gia 67 c Điện phân anot có 1,5% Bi, không sử dụng chất phụ gia 70 3.5.2 Điện phân anot có bitmut, có sử dụng phụ gia 3.6 Nghiên cứu ảnh hưởng tạp chất bitmut chì 71 76 3.6.1.Điện phân anot chứa bitmut chì, không sử dụng phụ gia 76 a Điện phân anot chứa (0,5% Bi + 0,5% Pb), không sử dụng phụ gia 76 b Điện phân anot chứa (1,0% Bi + 0,5% Pb), không sử dụng phụ gia 78 3.6.2 Điện phân anot chứa bitmut chì, có sử dụng phụ gia 80 a Điện phân thiếc chứa (0,5% Bi + 0,5%Pb), có sử dụng phụ gia 81 b Điện phân thiếc chứa (1% Bi 0,5% Pb), có sử dụng phụ gia 83 KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO 88 89 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT pH: Độ pH dung dịch min: Phút TN: ∆ϕ : Thí nghiệm Phân cực DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ STT Tên hình vẽ, đồ thị Trang Hình 1.1: phân bố sản lượng tiêu thụ thiếc năm 2006 Hình 1.2 Diễn biến giá thiếc giới Hình 1.3 Lưu trình công nghệ hoả tinh luyện thiếc Hình 1.4.Sơ đồ công nghệ điện phân tinh luyện thiếc Hình 2.1 Quan hệ ia = f(ϕMe) sơ đồ hoà tan kim loại 23 anốt Hình 2.2 Giản đồ điện cực hợp kim hệ Cu-Au 24 Hình 2.3 Giản đồ điện cực hợp kim hệ Cu-Sb 25 Hình 2.4 Mô hình pha âm tính (màu đen) với lượng (a), lượng đủ 26 lớn (b) Hình 2.5 Mặt anốt hoà tan có chọn lọc 27 10 Hình 2.6 Sơ đồ ϕ0 hoà tan kim loại nhóm điển hình Sn (a) 28 nhóm điển hình Cu (b) 11 Hình 2.7 Giản đồ trạng thái hệ Pb-Sb 30 12 Hình 2.8 Sơ đồ thay đổi cấu trúc pha hệ Pb-Sb theo nhiệt độ 31 13 2+ + Hình 2.9 Sự phân bố Pb H lớp bùn 34 sau (1): 264h (2): 352h (3): 456h (4): 648h 14 Hình 2.10 Giản đồ trạng thái hệ Sn-Bi 34 15 Hình 2.11 Đường thụ động anốt khi: a ổn áp; b ổn dòng 37 16 Hình 2.12 Đường phân cực ϕ = f(t) hợp kim Cu-Ag 20%Ag: (5): 38 500A/m2 …(10): 1000A/m2 17 Hình 2.13 Sơ đồ xác định ∆ϕa anốt có tạo lớp bùn 39 18 Hình 2.14 Các dạng điển hình phân cực anốt 40 19 Hình 2.15 Phân cực anốt chì %Bi kết tủa catốt 42 (anốt:8,4÷11,2% Bi; Mật độ dòng: 170÷350 A/m2) 20 Hình 3.1 Sơ đồ hệ thống thiết bị khuấy dung dịch khí 43 21 Hình 3.2 Sơ đồ hệ thống thiết bị điện phân tinh luyện 44 22 Hình 3.3 Kích thước cực lượng dung dịch bể điện phân 45 23 Hình 3.4 Sơ đồ đo phân cực anốt 46 24 Hình 3.5 Chì Liên Xô (cũ) 47 25 Hình 3.6 Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất Bi từ bùn điện 48 phân tinh luyện thiếc 26 Hình 3.7 Bitmut thu 48 27 Hình 3.8 Mô lớp bùn điện phân tinh luyện thiếc 50 28 Hình 3.9 Biểu đồ phân cực thụ động lần thiếc thô chứa nhiều loại 53 tạp chất 29 Hình 3.10 Biểu đồ phân cực thụ động lần thiếc thô chứa nhiều loại 53 tạp chất 30 Hình 3.11a Biểu đồ phân cực thụ động lần anot có 0,5% Pb, 55 không sủ dụng chất phụ gia 31 Hình 3.11b Biểu đồ phân cực thụ động lần anot có 0,5% Pb, 56 phụ gia 32 Hình 3.12a Biểu đồ phân cực thụ động lần anot có 1,5% Pb, 58 phụ gia 33 Hình 3.12b Biểu đồ phân cực thụ động lần anot có 1,5% Pb, 58 phụ gia 34 Hình 3.13a Biểu đồ phân cực thụ động lần anot có 3,0% Pb, không 60 có phụ gia 35 Hình 3.13b Biểu đồ phân cực thụ động lần anot có 3,0% Pb, phụ gia 60 36 Hình 3.14a Biểu đồ phân cực thụ động lần anot có 3,0% Pb, có phụ gia 62 37 Hình 3.14b Biểu đồ phân cực thụ động lần 1anot có 3,0% Pb, có 62 phụ gia 38 Hình 3.15a Biểu đồ phân cực thụ động lần anot có 0,5% Bi, không 66 có phụ gia 39 Hình 3.15b Biểu đồ phân cực thụ động lần anot có 0,5% Bi, không 66 có phụ gia 40 Hình 3.16 Ảnh anốt có 0,5% Bi sau điện phân, không phụ gia 67 41 Hình 3.17a Biểu đồ phân cực thụ động lần anot có 1,0% Bi, không 68 phụ gia 42 Hình 3.17b Biểu đồ phân cực thụ động lần anot có 1% Bi, 69 phụ gia 43 Hình 3.18 Ảnh anốt có 1,0% Bi sau điện phân, không phụ gia 70 44 Hình 3.19 Biểu đồ phân cực thụ động lần anot có 1,5% Bi, 71 phụ gia 45 Hình 3.20 Biểu đồ phân cực thụ động lần anot có 1,5% Bi, có 73 phụ gia 46 Hình 3.21 Ảnh anốt có 1,5% Bi sau điện phân, có phụ gia 74 47 Hình 3.22 Ảnh anốt có 2,5% Bi sau điện phân, có phụ gia 75 48 Hình 3.23a Biểu đồ phân cực thụ động lần anot chứa (0,5% Bi 77 0,5% Pb) 49 Hình 3.23b Biểu đồ phân cực thụ động lần anot chứa (0,5% Bi 77 0,5% Pb) 50 Hình 3.24a Biểu đồ phân cực thụ động lần anot chứa (1% Bi 79 0,5% Pb) 51 Hình 3.24b Biểu đồ phân cực thụ động lần anot chứa (1,0% Bi 0,5% Pb) 79 phụ gia 24:00:00 25:12:00 Ngay dien phan la 16 - 18/0 Thoi gian 2/16/2011 12:00:00 2/16/2011 12:30:00 2/16/2011 13:00:00 2/16/2011 13:30:00 2/16/2011 15:30:00 2/16/2011 18:30:00 2/16/2011 20:30:00 2/16/2011 22:30:00 2/16/2011 23:30:00 2/17/2011 1:10:00 2/17/2011 2:47:00 2/17/2011 2:49:00 2/17/2011 3:00:00 2/17/2011 3:38:00 2/17/2011 4:32:00 2/17/2011 4:33:00 Lần So gio Gia tri phan cuc 0:00:00 0:30:00 1:00:00 1:30:00 3:30:00 6:30:00 8:30:00 10:30:00 11:30:00 13:10:00 14:47:00 14:49:00 15:00:00 15:38:00 16:32:00 16:33:00 -26.5 -25.4 -24.6 -24.1 -22.9 -20.7 -19.6 -18.2 -17.2 -14 2220 2222 2221 2229 667 -6.3 02/2011 Mẫu 3Pb Không có phụ gia Thoi gian 2/17/2011 7:40:00 2/17/2011 11:37:00 2/17/2011 11:40:00 2/17/2011 11:44:00 2/17/2011 11:45:00 2/17/2011 11:45:10 2/17/2011 11:45:20 2/17/2011 11:45:30 2/17/2011 11:45:40 2/17/2011 11:45:50 2/17/2011 11:45:55 2/17/2011 11:46:00 2/17/2011 11:46:10 2/17/2011 11:46:20 2/17/2011 11:46:30 2/17/2011 11:46:40 2/17/2011 11:46:50 2/17/2011 11:47:00 2/17/2011 11:47:10 2/17/2011 11:47:20 2/17/2011 11:47:30 2/17/2011 11:47:40 2/17/2011 11:47:50 2/17/2011 11:48:00 2/17/2011 11:48:10 2/17/2011 11:48:20 2/17/2011 11:48:30 2/17/2011 11:48:40 2/17/2011 11:48:50 2/17/2011 11:49:00 2/17/2011 11:49:10 2/17/2011 11:49:20 2/17/2011 11:49:30 2/17/2011 11:49:40 2/17/2011 11:49:50 2/17/2011 11:50:00 2/17/2011 11:50:10 2/17/2011 11:50:20 2/17/2011 11:50:30 2/17/2011 11:50:40 2/17/2011 11:50:50 2/17/2011 12:00:00 2/17/2011 12:06:00 Lần So gio Gia tri phan cuc 0:00:00 3:57:00 4:00:00 4:04:00 4:05:00 4:05:10 4:05:20 4:05:30 4:05:40 4:05:50 4:05:55 4:06:00 4:06:10 4:06:20 4:06:30 4:06:40 4:06:50 4:07:00 4:07:10 4:07:20 4:07:30 4:07:40 4:07:50 4:08:00 4:08:10 4:08:20 4:08:30 4:08:40 4:08:50 4:09:00 4:09:10 4:09:20 4:09:30 4:09:40 4:09:50 4:10:00 4:10:10 4:10:20 4:10:30 4:10:40 4:10:50 4:20:00 4:26:00 -21.2 0.4 7.4 73.9 149 175.6 196 232.2 274 337.1 442 482 552 632 728 840 918 1005 1028 1139 1208 1279 1383 1444 1532 1648 1785 1824 1840 1881 1920 1954 2000 2023 2044 2061 2077 2091 2103 2115 2126 2258 2265 2/17/2011 13:00:00 2/17/2011 14:00:00 2/17/2011 15:00:00 2/17/2011 17:05:00 2/17/2011 17:18:00 2/17/2011 17:19:00 2/17/2011 17:20:00 2/17/2011 17:21:00 2/17/2011 17:22:00 2/17/2011 17:23:00 2/17/2011 17:24:00 2/17/2011 17:25:00 2/17/2011 17:27:00 2/17/2011 17:28:00 2/17/2011 17:28:10 2/17/2011 17:28:20 2/17/2011 17:30:00 2/17/2011 17:40:00 5:20:00 6:20:00 7:20:00 9:25:00 9:38:00 9:39:00 9:40:00 9:41:00 9:42:00 9:43:00 9:44:00 9:45:00 9:47:00 9:48:00 9:48:10 9:48:20 9:50:00 10:00:00 2193 2180 2120 2215 1867 1740 1428 968 749 441 130.2 73.7 31.6 17.3 4.6 -9.9 -21.2 -22.2 Thời gian Lần Số Gía trị phân cực 2/18/2011 7:30:00 2/18/2011 13:28:00 2/18/2011 13:37:00 2/18/2011 13:38:00 2/18/2011 13:39:00 2/18/2011 13:40:00 2/18/2011 13:41:00 2/18/2011 13:42:00 2/18/2011 13:43:00 2/18/2011 13:44:00 2/18/2011 13:45:00 2/18/2011 13:46:00 2/18/2011 13:47:00 2/18/2011 13:48:00 2/18/2011 13:49:00 2/18/2011 13:50:00 2/18/2011 13:51:00 2/18/2011 13:52:00 2/18/2011 13:53:00 2/18/2011 13:54:00 2/18/2011 13:55:00 2/18/2011 13:56:00 2/18/2011 13:57:00 2/18/2011 13:58:00 2/18/2011 14:00:00 2/18/2011 14:30:00 2/18/2011 15:30:00 2/18/2011 16:00:00 2/18/2011 16:10:00 2/18/2011 16:11:00 2/18/2011 16:13:00 2/18/2011 16:13:10 2/18/2011 16:13:20 2/18/2011 16:13:40 2/18/2011 16:13:50 2/18/2011 16:14:00 2/18/2011 16:15:00 2/18/2011 16:16:00 2/18/2011 16:17:00 2/18/2011 16:17:10 2/18/2011 16:30:00 0:00:00 5:58:00 6:07:00 6:08:00 6:09:00 6:10:00 6:11:00 6:12:00 6:13:00 6:14:00 6:15:00 6:16:00 6:17:00 6:18:00 6:19:00 6:20:00 6:21:00 6:22:00 6:23:00 6:24:00 6:25:00 6:26:00 6:27:00 6:28:00 6:30:00 7:00:00 8:00:00 8:30:00 8:40:00 8:41:00 8:43:00 8:43:10 8:43:20 8:43:40 8:43:50 8:44:00 8:45:00 8:46:00 8:47:00 8:47:10 9:00:00 -21.5 35.2 85.7 167.6 249.2 393.2 465 549 648 715 861 1013 1243 1443 1605 1852 1992 2065 2095 2122 2144 2159 2174 2194 2242 2202 2200 1912 1652 1193 1111 457 397 260.2 204.8 89.6 85.4 7.2 -8.4 -20.2 Biểu đồ phân cực lần mẫu 3Pb 2500 Gía trị phân cực 2000 1500 1000 500 4:48:00 6:00:00 7:12:00 8:24:00 9:36:00 Thời gian Biểu đồ phân cực lần mẫu 3Pb 2500 giá trị phân cực 2000 1500 1000 500 0:00:00 -500 2:24:00 4:48:00 Thời gian 7:12:00 9:36:00 12:00:00 Biểu đồ phân cực lần mẫu 3Pb 2500 Giá trị phân cực 2000 9:36:00 1500 1000 500 9:36:00 10:48:00 12:00:00 13:12:00 14:24:00 15:36:00 16:48:00 18 Thời gian 12:00:00 3Pb 16:48:00 18:00:00 ... cấu trúc độ bền lớp bùn điện phân thiếc có ý nghĩa lớn thực tế sản xuất Hiện có nhiều tài liệu nước Nghiên cứu ảnh hưởng Bi Pb đến cấu trúc độ bền lớp bùn điện phân tinh luyện thiếc nghiên cứu. .. tài :“ Nghiên cứu ảnh hưởng Bi Pb đến cấu trúc độ bền lớp bùn điện phân tinh luyện thiếc ” với mục tiêu nhằm làm sáng tỏ ảnh hưởng tạp chất chì bitmut đến lớp bùn anot trình điện phân thiếc, ... đồ công nghệ điện phân tinh luyện thiếc Nghiên cứu ảnh hưởng Bi Pb đến cấu trúc độ bền lớp bùn điện phân tinh luyện thiếc - Tạp chất sắt điện cực tiêu chuẩn bé điện cực tiêu chuẩn thiếc, có nguy