Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số công nghệ chính đến sự bong nứt của lớp niken hình thành trên catot titan và giải pháp khắc phục

MỤC LỤC
MỤC LỤC........................................................................................................1
MỞ ĐẦU..........................................................................................................3
Chương 1-TỔNG QUAN................................................................................7
1.1 Sự điện phân.....................................................................................7
1.2 Đại lượng quá thế O2, H2..............................................................11
1.3 Quá trình kết tủa kim loại ở catot.................................................15
1.4 Tính chất điện hoá của niken........................................................20
1.5 Phản ứng xảy ra trong quá trình điện phân niken......................23
1.6 Tình hình nghiên cứu tấm màng niken catot...............................24
1.7 Mục tiêu nghiên cứu.......................................................................27
1.8 Nội dung nghiên cứu......................................................................27
Chương 2- PHƯƠNG PHÁP TIẾP CẬN NGHIÊN CỨU VÀ KỸ THUẬT
THỰC NGHIỆM ..........................................................................................28
2.1 Chế tạo mẫu....................................................................................28
2.2 Hoá chất sử dụng cho nghiên cứu thực nghiệm...........................28
2.3 Thiết bị nghiên cứu thực nghiệm..................................................29
2.4 Phương pháp phân tích số liệu......................................................30
Chương 3- CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN...............32
3.1 Ảnh hưởng của mật độ dòng tới khối lượng niken điện phân và
chất lượng bề mặt tấm màng................................................................35
3.2 Ảnh hưởng của độ pH ban đầu và mật độ dòng đến chất lượng
kết tủa niken kim loại............................................................................41
3.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ ban đầu đến tình trạng bong nứt........46
3.4 Ảnh hưởng của nguyên liệu cung cấp nguồn ion Ni2+ đến lượng
niken kết tủa..........................................................................................55
1
3.5 Nghiên cứu ảnh hưởng của chất liệu điện cực trơ đến năng suất
điện phân tấm màng niken catot..........................................................57
3.6 Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch ban đầu đến hình dạng bề
mặt tấm màng........................................................................................62

3.7 Ảnh hưởng của độ sạch dung dịch qua các chu kỳ điện phân đến
sự bong nứt.............................................................................................63
KẾT LUẬN....................................................................................................71
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................74
2
MỞ ĐẦU
Hiện nay ở Việt Nam rất nhiều nhà máy, công ty cơ khí chế tạo đồ gia
dụng, phụ tùng xe máy, ôtô có các dây chuyền mạ niken, crôm lớn, hàng năm
thải ra hàng ngàn tấn bã thải rắn (được ép ráo nước từ bùn điện phân). Chỉ
riêng Công ty phụ tùng xe máy ôtô GOSHI-Thăng Long ở Sài Đồng, Hà Nội
một năm thải ra trên 500 tấn bã thải mạ crôm, niken. Các công ty Xuân Hòa và
Hòa Phát cũng thải ra hàng trăm tấn bã thải mạ điện mỗi năm. Qua khảo sát
một số nhà máy lớn, chúng tôi có được một số thông tin về khối lượng bã thải
sau mạ crom, niken được trình bày ở bảng kê dưới đây.
Bảng 1- Thông tin về bã thải rắn ở các nhà máy mạ ở Việt Nam
TT Tên nhà máy mạ
Khối lượng
bã thải rắn
Tấn/năm
Hình thức xử lý
1
Công ty Goshi
Thăng Long
500-600
Lưu giữ trong các hầm chứa
hoặc chôn lấp dưới đất
2 Công ty Hoà phát 100-200
Lưu giữ trong các hầm chứa
hoặc chôn lấp dưới đất
3 Công ty Xuân Hoà 100-200

Lưu giữ trong các hầm chứa
hoặc chôn lấp dưới đất
4
Công ty khoá Minh
Khai
50-60
Lưu giữ trong các hầm chứa
hoặc chôn lấp dưới đất
5 Công ty Vòi sen Ý 30-40
Lưu giữ trong các hầm chứa
hoặc chôn lấp dưới đất
Căn cứ vào bảng 1 ta thấy lượng bã thải của các công ty tương đối lớn,
tổng cộng khoảng 1000 tấn mỗi năm. Trước đây các công ty này thường
thuê các công ty dịch vụ về môi trường chuyên chở đi chôn lấp tại các lưu
giữ chất thải ở khu vực Lam Sơn thuộc địa phận Sóc Sơn-Hà Nội. Tuy
3
nhiên, thực tế cho thấy việc chôn lấp tại nơi quy định không được tuân thủ
đầy đủ, vì để chạy theo lợi nhuận, một số công ty môi trường lại để trôi nổi
ở nhiều nơi khác nhau để giảm các chi phí chôn lấp theo quy định.
Qua khảo sát chúng tôi thấy hiện nay ở Việt Nam chỉ có Công ty Cổ
phần Vật liệu và môi trường chuyên sử lý tận thu loại quý Ni, Cr còn tồn
trong bã thải. Theo tính toán của công ty thu hồi trung bình được 36 kg
Ni/1000kg bã thải tươi. Như vậy có thể thấy rằng với lượng bã thải lên đến
1000 tấn/năm thì công ty có thể tận thu được 36 tấn Ni/năm. Đây là con số
tương đối thuyết phục về giá trị kinh tế cũng như hạn chế tối đa chất thải
kim loại nặng phân tán vào môi trường.
Hiện nay công ty cổ phần vật liệu và môi trường đang áp dụng công
nghệ thu hồi niken của Phòng công nghệ kim loại thuộc Viện Khoa học vật
liệu để xử lý và tái chế bã thải công nghiệp mạ điện và đã đạt được các kết
quả rất khả quan. Tuy nhiên trong quy trình công nghệ này, có công đoạn

chế tạo tấm màng niken để làm catôt mẫu cho quá trình điện phân thu hồi
niken tiếp theo với các chế độ tương đối ngặt nghèo như sau: nồng độ trong
giới hạn cho phép, nhiệt độ dung dịch ban đầu bắt buộc là 60
0
C,… Mặc dầu
vậy tỷ lệ hư hỏng vẫn còn tương đối cao, lên tới 20-25% tổng số tấm màng
niken điều chế ra được để làm catôt mẫu. Bởi vậy nhiệm vụ của luận văn
này sẽ tập trung nghiên cứu cách chế tạo màng niken sao cho hiệu quả cao
nhất để trước tiên ứng dụng cho công ty Vật liệu và môi trường, sau nữa là
có thể chế tạo thành tấm màng niken thương phẩm cung cấp cho các công
ty chuyên sản xuất niken trong và ngoài nước bằng phương pháp điện phân
dung dịch.
Chế tạo catôt mẫu là khâu chuẩn bị quan trọng cho quá trình điện phân
niken trong dung dịch muối niken sunphat. Trong thực tế catot mẫu được chế
tạo bằng phương pháp kết tủa điện hóa niken trên tấm nhôm hoặc tấm titan
4
(còn gọi là điện cực đế) từ dung dịch muối niken sunphat. Chất lượng của
catot mẫu phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố môi trường điện phân như: mật độ
dòng điện, tỷ lệ diện tích bề mặt giữa catôt và anôt, độ pH, nồng độ và độ
sạch của dung dịch, hệ thống tuần hoàn và xử lý làm sạch dung dịch...
Xuất phát từ điều kiện thực tế là dung dịch điện phân sử dụng được
chuẩn bị từ bã thải mạ niken và thiết bị điện phân lại không được bố trí màng
ngăn cũng như hệ thống tuần hoàn làm sạch dung dịch nên ảnh hưởng không
lợi của tạp chất tới chất lượng (độ sạch, cơ lý tính) của lớp niken kết tủa trên
catot là không tránh khỏi.
Trong dung dịch điện phân niken, các tạp chất có thể tồn tại dưới dạng
hoặc không tan như C, Si,... và ion của các kim loại khác như Fe, Cu, Co,...
Trong quá trình điện phân, tùy thuộc vào chế độ công nghệ lựa chọn, hàm
lượng cũng như bản chất hóa - lý và điện hóa của các tạp chất hòa tan mà
chúng có những hành vi khác nhau. Trong số đó, một số tạp chất có thế điện

cực tiêu chuẩn dương hơn hoặc xấp xỉ so với niken có thể cùng phóng điện
với niken làm giảm độ sạch của niken điện phân. Một số khác lại thực hiện
các quá trình hóa - lý, chẳng hạn như kết tủa ra các hợp chất không tan tùy
thuộc vào độ pH của dung dịch điện phân. Các tạp chất không tan có thể lẫn
cơ học vào lớp niken kết tủa làm giảm độ sạch và gây ảnh hưởng xấu tới cơ -
lý tính của nó.
Như vậy có thể bước đầu nhận định rằng độ sạch cũng như các tính chất
hóa - lý khác của dung dịch điện phân có ảnh hưởng đáng kể tới chất lượng
của niken catôt. Ngày nay, trong điện phân niken, người ta thường sử dụng
dung dịch hỗn hợp nhằm nâng cao tính dẫn điện của dung dịch và cải thiện tổ
chức của kim loại kết tủa trên catôt [17].
Từ thực tế nêu trên, trong khuôn khổ luận văn này sẽ tập trung nghiên
cứu ảnh hưởng của một số thông số công nghệ chính đến sự bong nứt của lớp
5