BÀI TẬP XỬ LÝ HÓA BỀN 2

MAI CHÍ TÂM – 12104213 GVHD: TRẦN THẾ SAN Bài tập 2: Mạ điện cho Ni bằng dung dịch Watt và các biến thể của dung dịch này Nêu những khuyết tật dung dịch mạ Ni Quy trình pha chế dung dịch, các yêu cầu về an toàn và bảo vệ môi trường pha chế dung dịch BÀI LÀM Giới thiệu chung - Khoảng 80% Niken sản xuất thế giới dùng cho luyện kim Niken tạo những hợp kim quan trọng dùng kỹ nghệ hóa học, hàng khơng, vũ trụ Niken làm xúc tác cho nhiều phản ứng hóa học hữu Khoảng 15- 20% lượng niken thế giới sản xuất hàng năm dùng cho kỹ nghệ mạ - Điện thế tiêu chuẩn của niken dương sắt nên lớp mạ niken thép là lớp mạ catot Lớp mạ niken bảo vệ có hiệu quả kim loại nền sắt, gang, thép nếu lớp mạ có đủ độ dày cần thiết, không xốp, không bong, nứt, không tạo khe nứt, rãnh để nước thấm qua lớp mạ Vào những năm 1866- 1869, xuất hiện những Patent đầu tiên Mỹ về kỹ thuật mạ niken phạm vi cơng nghiệp Một thời gian ngắn sau đó, người ta tạo số lượng dung dịch đáng kể để mạ niken, chất lượng lớp mạ thấp, dung dịch không ổn định Mãi đến năm 1916, Watts công bố dung dịch mạ niken bao gồm NiSO4, NiCl2 và H3BO3 Dung dịch này ổn định cho lớp mạ niken mờ Để trang trí cần đánh bóng lớp mạ niken Giai đoạn tiếp theo người ta tập trung nghiên cứu các chất phụ gia tạo bóng, làm cho lớp mạ có cấu tạo mịn, khơng xốp, khơng bong, khơng giòn, cứng dẻo 2.Thành phần dung dịch Watts mạ niken a Nikensunfat NiSO4.7H2O: chứa 21% niken, là chất kết màu xanh đậm, dễ tan nước và phân ly hoàn toàn NiSO4  Ni2+ + SO42- Dung dịch NiSO4 có màu xanh Trong dung dịch Watts, nikensunfat là chất cung cấp Ni2+ phóng điện catot (cực âm) để tạo lớp mạ niken: Ni2+ + 2e Ni Trang MAI CHÍ TÂM – 12104213 GVHD: TRẦN THẾ SAN - Thế giải phóng của niken là -0,64V, có nghĩa thế điện cực catot lệch về phía âm đến -0,64V thì niken bắt đầu phóng điện Khi pH �4 điện thế -0,64V thì ion H + phóng điện, giải phóng H2: 2H+ + 2e  H2 - Nếu tăng pH thì nồng độ H + giảm, khả phóng điện của H + giảm, khả phóng điện Ni2+ tăng, vì thế hiệu suất dòng điện catot tăng b Niken clorua NiCl2.6H2O: niken chiếm 22%; là chất kết tinh màu xanh lá mạ, dễ tan nước và phân ly hoàn toàn: NiCl2  Ni2+ + 2ClTrong dung dịch Watts, niken clorua có vai trò: - Cung cấp Ni2+ - Làm tăng độ dẫn điện của dung dịch, tăng khả phân bố kim loại của lớp mạ - Ngoài ion Cl- có tác dụng làm cho anot niken tan bình thường, khơng bị thụ động hóa - Điện thế phóng điện của Cl- anot là +1,39V, thế thoát O2 là +1,49V Khi xuất hiện thụ động anot phần thì phản ứng phóng điện của Cl- tăng, làm thoát khí Cl2 anot: 2Cl- - 2e Cl2 - Khi bề mặt anot thụ động hoàn toàn, thế anot lệch về phía dương đến +1,5V thì O bắt đầu thoát theo phản ứng: 4OH- - 4e  O2 + 2H2O - Với mục đích ngăn ngừa thụ động hóa anot, ngoài niken clorua người ta dùng dung dịch NaCl hay KCl, đơi bổ sung thêm vào bể mạ NaF c Axit boric H3BO3: là chất đệm của dung dịch mạ niken, có vai trò giữ cho pH ổn định giới hạn 4.1- 5.5, là khoảng pH thu lớp mạ có chất lượng tốt Trang MAI CHÍ TÂM – 12104213 GVHD: TRẦN THẾ SAN Chế độ công nghệ mạ niken bằng dung dịch Watt a Chế độ công nghệ mạ niken mờ (dung dịch Watt) Dung dịch mạ niken mờ khơng có chất làm bóng Muối niken sunfat là muối cung cấp ion niken, hợp chất clorua là chất hoạt hóa anot, axit boric là chất đệm, để chống châm kim dùng chất thấm ướt Bảng Chế độ công nghệ mạ niken mờ Pha chế Thành phần và chế độ Hàm lượng (g/l) NiSO4.7H2O 250-300 NiCl2.6H2O 30-60 NaCl H3BO3 35-40 Na2SO4 150-400 180-250 8-10 10-12 30-35 30-35 40-80 20-30 MgSO4 30-40 C12H25SO4Na 0,05-0,1 0,05-0,1 pH 3-4 5,0-5,5 5,0-5,5 Nhiệt độ (oC) 45-60 18-35 20-35 Mật độ dòng điện (A/dm2) 1-2,5 0,5-1 0,8-1,5 Khuấy Cần Cần Cần b Mạ niken dung dịch muối sunfamat (dung dịch Watt biến thể) Dung dịch mạ niken muối sunfat kết tủa nhanh, lớp mạ ứng suất bé, dùng để mạ đúc và chế tạo khn điện hóa Bảng Chế độ công nghệ mạ niken muối sunfamat Pha chế Trang 3 MAI CHÍ TÂM – 12104213 GVHD: TRẦN THẾ SAN Hàm lượng (g/l) Thành phần và chế độ Ni(NH2SO3)2 450 270-330 65-780 H3BO3 30 30-45 36-48 15-30 6-18 NiCl2.6H2O Chất thấm ướt 0,05 pH 3,5-5,0 3,5-4,2 4-0 Mật độ dòng điện 2-16 2-14 60-70 Nhiệt độ (oC) 38-60 25-70 60-70 c Dung dịch mạ niken pirophotphat (dung dịch Watt biến thể) Bảng Chế độ công nghệ mạ niken pirophotphat Pha chế Thành phần và chế độ Hàm lượng (g/l) NiSO4.7H2O 120 Na4P2O7 65 NaHSO4 Na3C6H5O7.2H2O 60 NaCl 30 NH4OH (28%) 30-60 C6H8O7 15 Ni2P2O7 73 K2P2O7.3H2O 200 KCl 10 (NH4)2HC6H5O7 20 pH 7,5-9 Nhiệt độ (oC) 25-35 50-60 Mật độ dòng điện 0,2-2 d Mạ Niken đen (dung dịch Watt biến thể) Trang MAI CHÍ TÂM – 12104213 GVHD: TRẦN THẾ SAN Mạ Niken đen thực tế là lớp mạ hợp kim Thành phần dung dịch khác nhau, thành phần hợp kim khác Mạ Niken đen dùng cơng nghiệp quang học, chế tạo vũ khí và nhãn mác.Thông thường lớp mạ Niken đen dày µm, độ bền chống gỉ kém, sau mạ cần sơn Dung dịch mạ niken đen có hai loại, loại thứ ngoài muối niken có muối kẽm sunfat và muối Sunfoxyanua Lớp mạ đen từ dung dịch này có hàm lượng Niken 40-60%, kẽm 20-30% lưu huỳnh 10-15%, chất hữu 10% Trong quá trình mạ, lưu huỳnh ion CNS - chuyển thành ion lưu huỳnh, kết hợp với Niken tạo thành Nikensunfua màu đen.Sự phân hủy của muối sunfoxyanua là nguyên nhân chủ yếu có chất hữu lớp mạ Bảng Chế độ công nghệ mạ Niken đen loại thứ Pha chế Thành phần và chế độ Hàm lượng (g/l) NiSO4.7H2O 70-100 50-70 50-70 30 20-25 ZnCl2 30 10-15 10-15 NaCl 15-25 NH4Cl 20-40 45-55 30-40 30-40 H3BO3 25-35 NaCNS 12,5-15 NH4CNS 25-35 NiSO4(NH4)2SO4.6H2O 40-60 115-125 75 40-45 60-75 NiCl2.6H2O ZnSO4.7H2O 15 15-20 20-25 35-45 KNaC4H4O6.4H2O 10-15 Na2SO4.10H2O 30-55 Anot Niken Niken Niken Niken Niken Niken pH 4,5-5,5 5,8-6,1 4-5,5 4-5,5 5,0-5,8 Nhiệt độ (oC) 30-60 25-85 20-35 40-45 40-50 Thường 0,1-0,4 0,05-0,15 0,15 0,5-2 0,5-2 0,1-0,3 Mật độ dòng điện (A/dm2) Bảng Chế độ công nghệ mạ Niken đen loại thứ hai Trang MAI CHÍ TÂM – 12104213 GVHD: TRẦN THẾ SAN Pha chế Thành phần và chế độ Hàm lượng (g/l) NiSO4.7H2O 120-150 120 (NH4)6Mo7O24 4H2O 30-40 30-40 H3BO3 20-25 CH3COONa 20 pH 4,5-5,5 3-4 Nhiệt độ (oC) 20-35 30-40 Mật độ dòng điện (A/dm2) 0,15-0,3 0,2-0,5 Một số khuyết tật dung dịch mạ niken - Lớp mạ gai nhám: dung dịch bị cặn đục - Lớp mạ bị cháy: Dc lớn quá, nồng độ ion niken hay axit boric loãng quá, pH quá cao - Lớp mạ có màu cam nhạt: dung dịch lẫn dầu mở chất tẩy rửa, lẫn dung dịch kiềm từ bể khác sang, lẫn dung dịch Cu-CN vào, pH cao, dung dịch lẫn kim loại lạ vào - Lớp mà giòn dể nứt: pH quá cao hay quá thấp, quá thừa chất bóng, lẫn tạp chất hữu hay kim loại - Lớp mạ không đủ độ bóng: thiếu chất bóng, pH khơng - Lớp mạ bị mờ: thiếu chất bóng, pH khơng đúng, lẫn tạp chất hữu - Lớp mạ tối: dung dịch lẫn Cu, Zn và các kim loại nặng - Lớp mạ bị rỗ: dung dịch lẫn tạp chất hữu hay kim loại Pha chế dung dịch Watt Các muối Ni, muối clorua pha riêng nước mềm, nóng; axit boric, muối florua pha bằng nước mềm sơi Muối Florua pha bể bằng chất dẻo Bể để chứa dung dịch mạ phải rữa sạch trước bằng H2SO4 hay HCl 3-5% ngâm 2-4h 50-600C Các dung dịch pha nói Trang MAI CHÍ TÂM – 12104213 GVHD: TRẦN THẾ SAN đem lọc chung vào bể rữa sạch, khuấy đo và điều chỉnh pH bằng NaOH hay H 2SO4 3% sau phút xác định lại pH và điều chỉnh cho đến đạt yêu cầu Dung dịch đế có thể dùng để mạ niken mờ Nhưng muốn pha thành bể mạ bóng thiết phải làm sạch hóa học và mạ xử lý Muốn vậy cần chuyển dung dịch sang bể dự trử đưa pH lên đến 5-5,5, thêm 1-2 g/l than hoạt tính, 2g/l thuốc tím hay ml/l nước oxy già và khuấy dung dịch liên tục 3h Sau để yên qua đêm lọc và chuyển vào bể mạ Đến dung dịch loại sạch các tạp chất hữu cơ, sắt và phần kẽm Để loại hết đồng và phần kẽm lại cần axit hóa dung dịch đến pH 2,5-3 treo catot bằng các thép lượn sóng vào, khuấy bằng khơng khí nén và mạ xử lý 45 0C với mật độ dòng điện 0,1-0,2 A/dm2, điện thế khoản 0,8-1V cho đến lớp mạ sáng Trang ... NiSO4.7H2O 120 Na4P2O7 65 NaHSO4 Na3C6H5O7.2H2O 60 NaCl 30 NH4OH (28 %) 30-60 C6H8O7 15 Ni2P2O7 73 K2P2O7.3H2O 20 0 KCl 10 (NH4)2HC6H5O7 20 pH 7,5-9 Nhiệt độ (oC) 25 -35 50-60 Mật độ dòng điện 0 ,2- 2... NiSO4.7H2O 70-100 50-70 50-70 30 20 -25 ZnCl2 30 10-15 10-15 NaCl 15 -25 NH4Cl 20 -40 45-55 30-40 30-40 H3BO3 25 -35 NaCNS 12, 5-15 NH4CNS 25 -35 NiSO4(NH4)2SO4.6H2O 40-60 115- 125 75 40-45 60-75 NiCl2.6H2O... Hàm lượng (g/l) NiSO4.7H2O 120 -150 120 (NH4)6Mo7O24 4H2O 30-40 30-40 H3BO3 20 -25 CH3COONa 20 pH 4,5-5,5 3-4 Nhiệt độ (oC) 20 -35 30-40 Mật độ dòng điện (A/dm2) 0,15-0,3 0 ,2- 0,5 Một số khuyết tật