Thành phần hoá học màng niken sẽ được phân tích bằng phương pháp phân tích phổ tán xạ năng lượng X-ray (EDX: enery dispensive X-ray spectrm) trên máy S-4800. Đây là phương pháp phân tích cho phép xác định được thành phần của tạp chất từ đó có thể xác định được ảnh hưởng của tạp chất đối với sự nguyên vẹn của màng niken.
Thành phần khối lượng của chất rắn và dịch lỏng được xác định bằng phép phân tích hoá vô cơ và quang phổ hấp thụ AAS.
Chương 3- CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
Quá trình điện phân là quá trình trao đổi điện và chất của 2 điện cực có dòng điện chạy qua cùng nhúng vào một dung dịch điện ly (hay gọi là dung dịch điện phân). Nói một cách khác, khi nhúng hai điện cực vào một dung dịch điện phân và cho dòng điện một chiều chạy từ điện cực nọ đến điện cực kia thông qua dung dịch điện phân, ta có một hệ thống điện phân. Sơ đồ điện thế và phân cực của hệ thống điện phân được trình bày trên hình 3.1.
Trước khi cho một điện áp từ bên ngoài tác động vào hệ thống, điện thế điện cực của hai cực ở trạng thái cân bằng và bằng nhau. Khi nối hai cực của hệ thống điện phân với nguồn (có một chênh lệch điện áp nhất định) từ bên ngoài, các cực của hệ sẽ có giá trị điện thế khác nhau. Điện cực có điện thế cao hơn gọi là anôt hoặc cực dương, điện cực có điện thế thấp hơn gọi là catôt hoặc là cực âm. Điện áp bể là hiệu của điện thế điện cực anôt và catôt.
Trong trường hợp điện phân thu hồi niken, có thể phân loại quá trình này là quá trình điện tích với sơ đồ như sau [8]:
(+)(Anôt trơ) O2 | NiSO4, H2O | Ni (catôt)(-)
Hình 3.1: Sơ đồ biểu diễn điện thế điện cực và điện thế bể
Ubể ϕa ϕ k ϕoa ϕ ok Anôt Catôt ∆ϕa ∆ϕk IR (+) (−)
Trong quá trình thủy luyện Ni, điện phân (còn gọi là quá trình điện tích) Ni được tiến hành trong dung dịch NiSO4 với cực âm là Ni và cực dương là hợp kim Pb-Sb-Ag. Quá trình cực âm: Ni2+ + 2e → Ni (3.1) Quá trình cực dương: H2O → H+ + OH-→ 1/2O2↑ + 2H+ + 2e (3.2) Phản ứng điện cực tổng: Ni2+ + H2O → Ni + 1/2O2 + 2H+ (3.3) Phản ứng hóa hóa học tổng có thể viết:
NiSO4 + H2O → Ni + 1/2O2 + H2SO4 (3.4) Trong quá trình điện phân thu hồi kim loại, nguồn cấp ion là muối cacbonat bazơ hoặc hydroxyt niken được hòa tan bởi axit sunfuric dư được tạo nên bởi phản ứng 3.5:
2NiCO3nNi(OH)2+2(n+1)H2SO4 → 2(n+1)NiSO4+
2(2n+1)H2O + 2CO2(k)↑ (3.5)
Ni(OH)2 + H2SO4→ NiSO4 + 2H2O (3.6) Căn cứ vào lý thuyết Nernst, đối với trường hợp điện tích kim loại nêu trên, điện áp bể điện phân được tính theo công thức sau:
Ubể(NiSO4) = [ϕcb(O2)+∆ϕa(O2)]-[ϕcb(Ni)+∆ϕc(Ni)]+IR (3.7) Thay ϕcb(O2) theo 1.8 và ϕcb(Ni) theo 1.5 vào (3.7) và chỉnh lý ta được:
Ubể(NiSO4) = [ϕo(O2)-ϕo(Ni)] + 0.0295lgP1/2(O2)C(Ni2+) – 0,059pH + [∆ϕa(O2) - ∆ϕc(Ni)] + IR
Ubể(NiSO4)= 1,459 + 0,0295lgP1/2(O2)C(Ni2+) – 0,059pH + ∆ϕ +
IR (3.8)
Trong đó: ∆ϕ = [∆ϕa(O2) - ∆ϕk(Ni)] - Tổng phân cực của cả hai cực. Trong công thức 3.8 giá trị tổng phân cực ∆ϕ là đại lượng đặc trưng cho động học của quá trình điện phân. Nó tính đến các loại tác nhân ảnh hưởng làm biến đổi thế điện cực và qua đó ảnh hưởng đến quá trình phóng điện để bảo đảm sự điện phân được diễn ra bình thường.
Quá trình điện phân thu hồi kim loại là quá trình hóa lý xảy ra dưới tác động ảnh hưởng của các yếu tố khác nhau nhưng có mối liện quan mật thiết và đan xen với nhau. Bản thân các yếu tố này lại chịu sự chi phối của một số yếu tố cơ bản như: Mật độ dòng điện chuyền qua các điện cực và dung dịch điện ly; nồng độ muối niken sulfat của dung dịch điện ly; nhiệt độ của dung dịch; độ kiềm pH của dung dịch; các tạp chất phát sinh trong quá trình điện phân. Các yếu tố này quyết định những chỉ tiêu quan trọng nhất của quá trình điện phân là năng suất và chất lượng kim loại thu hồi. Qua tham khảo các tài liệu cho thấy vấn đề điện phân thu hồi kim loại bằng nguồn cấp ion Ni2+ từ muối cacbonat bazơ niken hầu như không được đề cập đến. Do đó, nhiệm vụ được đặt ra là cần nghiên cứu ảnh hưởng của chúng nhằm làm cơ sở để xây dựng quy trình phù hợp để hạn chế tối thiểu hiện tượng bong nứt của màng niken catot. Để nghiên cứu ảnh hưởng của các nguyên tố này, quá trình điện phân được thực hiện trong phòng thí nghiệm với các thiết bị điện phân gồm có: Máy cấp dòng công suất 1080W, bảo đảm điện áp Umax ~ 36V, cường độ dòng Imax ~ 30A; thùng điện phân dung tích 5 lit; dung dịch điện phân là dịch niken sulfat thứ cấp thu hồi từ bã thải công nghiệp mạ niken với nồng độ khoảng 150g NiSO4.7H2O; anôt là ban đầu cực hợp kim chì-bạc-antimon với
thành phần hợp kim tương ứng 94÷97%Pb; 2÷5%Sb; 0,5÷1,5%Ag; nguyên liệu cấp ion Ni+2 thường xuyên là muối cacbonat bazo niken NiCO3.nNi(OH)2.