Đ−ờng phân cực anốt đ ợc đo bằng điện cực so sánh Luggin nh hình 3.3. − −
Để xác định chu kỳ rửa bùn anốt của các thí nghiệm điện phân, phải tiến hành đo phân cực anốt theo thời gian. Từ kết quả thu đ−ợc tiến hành vẽ đồ thị quan hệ Δϕa = f(t), qua đó xác định chu kỳ rửa bùn anốt theo đ−ờng phân cực. Hình 3.4 là một số đ−ờng phân cực anốt khi điện phân tinh luyện thiếc đ−ợc vẽ với các chu kỳ điện phân khác nhau cùng cách xác định chu kỳ rửa bùn anốt.
Đặc điểm của đ−ờng phân cực trong điện phân thiếc:
- Đ−ờng phân cực biểu diễn sự thay đổi thế điện cực anốt theo thời gian. - Hậu quả của hiện t−ợng phân cực là gây thụ động anốt và làm bẩn kết
tủa catốt.
- Chu kỳ anốt cho phép kéo dài tới khi thế phân cực 200 mV. ≤ - Đ−ờng phân cực tăng đột biến khi anốt bị thụ động.
3.3.3. Thiết bị nghiên cứu điện phân 3.3.3.1. Hệ thống tuần hoàn dung dịch
Có nhiều ph−ơng pháp làm đồng đều dung dịch cho quá trình điện phân nh−: tuần hoàn bằng dòng chảy dung dịch, khuấy trộn dung dịch. Thông th−ờng trong sản xuất ng−ời ta dùng ph−ơng pháp tuần hoàn dòng chảy dung dịch, nh−ng ph−ơng pháp này cần rất nhiều dung dịch. Vì khi nghiên cứu cần phải pha nhiều loại dung dịch điện phân với các hàm l−ợng các chất phụ gia khác nhau, cho nên chúng tôi chọn ph−ơng pháp khuấy trộn dung dịch bằng cơ khí để giảm bớt l−ợng dung dịch điện phân cần chế tạo.
Trong đó:
1- Hệ thống truyền động bằng cơ khí. Bao gồm: + Động cơ điện có tốc độ 800 vòng/phút
+ Hộp giảm tốc trục vít bánh vít kết hợp puly.
+ Đĩa tròn để truyền chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến. Với tốc độ quay: 5 vòng/phút.
2- Hệ thống cần khuấy: Làm bằng thuỷ tinh hữu cơ chịu đ−ợc axit và nhẹ, dễ dàng cho việc chuyển động.
3- Hệ thống bể điện phân: Gồm bốn bể làm bằng thủy tinh hữu cơ chịu đ−ợc tác động ăn mòn trong dung dịch sunfat, bể trong suốt để thuận lợi cho việc quan sát và đo đạc. Dung tích bể: 1,8 lít, kích th−ớc bể nh sau: −
- Dài: 120 mm - Rộng: 105 mm - Cao: 120 mm
Hình 3.5. Sơ đồ hệ thống thiết bị khuấy dung dịch bằng cơ khí
3 2
3.3.3.2. Hệ thống thiết bị điện phân
Hệ thống thiết bị điện phân tinh luyện thiếc trong phòng thí nghiệm nh−
hình 3.6.
Trong đó:
1- Hệ thống các bể điện phân:
2- Điện cực catốt: đ−ợc đúc bằng thiếc sạch cán mỏng xuống 0,5 mm, đ−ợc cắt theo kích th−ớc: 100 x 133 mm (phần ngập trong dung dịch 90 mm) và chỉ để một mặt của catốt phóng điện mặt còn lại đ−ợc phủ bằng keo dán. 3- Máy ổn dòng một chiều, có thể điều chỉnh mềm để thay đổi dòng điện và có chế độ đảo chiều dòng điện theo tỷ lệ tự chọn.
4- Điện cực anốt: Đ−ợc đúc từ thiếc thô có thành phần nh− trên bảng 1.6. Kích th−ớc 8 ữ 10 x 84 x129 mm.(phần ngập trong dung dịch 80 mm)
3.3.3.3. Các b−ớc chuẩn bị để điện phân tinh luyện
- Chuẩn bị dung dịch: Việc chọn hệ dung dịch điện phân, chất phụ gia và các thông số kỹ thuật phụ thuộc vào điều kiện cụ thể khi nghiên cứu hay
A V ~ 3 - + - + - + - + 1 2 4
sản xuất. Trong toàn bộ nghiên cứu của mình, chúng tôi sử dụng hệ dung dịch điện phân Sn – H2SO4 thuần, chính hệ dung dịch thực tế sản xuất trong n−ớc đang sử dụng, tức là không giống bất cứ hệ dung dịch nào đã đ−ợc công bố trên thế giới. Chính vì vậy dung dịch điện phân đã đ−ợc pha từ dung dịch tự điều chế sao cho nồng độ ion thiếc: 35 g/l, nồng độ axit H2SO4: 120g/l.
- Pha dung dịch gelatin: Cân 10 gram gelatin cho vào cốc với 50 ml n−ớc đun nhẹ, khuấy đều đến khi keo tan hoàn toàn thành một dung dịch trong suốt hơi sánh, để nguội, tiếp theo cho từ từ vào bể, vừa cho vừa khuấy (tránh hiện t−ợng thủy phân thiếc cục bộ).
- Pha dung dịch β-napton: nó chỉ hòa tan trong cồn, không hòa tan trong n−ớc. Cân 10 gram β-napton vào trong lọ nút nhám với 50 ml cồn lắc đều cho đến khi tan hoàn toàn, cho vào dung dịch điện phân d−ới dạng tia, vừa cho vừa khuấy (tránh hiện t−ợng kết tủa trở lại của β-napton).
Cách đấu điện: nh− hình 3.6, khi thao tác đảm bảo các cực phải song song với nhau, mỗi bể gồm một cực catốt và một cực anốt, khoảng cách của hai cực trái dấu là 45 mm.
Khi lắp đặt xong hệ thống điện phân, dung dịch cần đ−ợc khuấy ít nhất 1 giờ tr−ớc khi đóng điện để đảm bảo tính đồng đều và ổn định.
Tất cả các thí nghiệm nghiên cứu đều tuân thủ các điều kiện sau:
- Mỗi thí nghiệm đ−ợc làm ít nhất 2 kết quả để có sự so sánh và đảm bảo độ tin cậy cao.
- Dung dịch điện phân sau mỗi đợt thí nghiệm đều đ−ợc pha mới, không tận dụng dung dịch cũ để tránh các sai số.
3.4. Các ph ơng pháp nghiên cứu khác −
3.4.1. Các ph−ơng pháp phân tích
Ph−ơng pháp phân tích X-ray trên máy Rontgen Siemens D-5000 của Trung tâm Khoa học vật lý, Tr−ờng Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học
Quốc gia Hà Nội đ−ợc sử dụng để xác định thành phần các pha trong cặn kết tủa dung dịch điện phân trong lớp bùn anốt.
Ph−ơng pháp phân tích khối phổ Plasma cảm ứng trên máy ICP-MS đ−ợc sử dụng để xác định thành phần hoá học của thiếc thô và thiếc sạch sau điện phân tinh luyện.
Ph−ơng pháp phân tích hoá học định l−ợng (phụ lục 3) đ−ợc sử dụng để xác định thành phần hoá học của dung dịch điện phân, thành phần hoá học của bùn anốt và thành phần hoá học của thiếc thô.