BÀI TẬP XỬ LÝ HÓA BỀN 2

Một thời gian ngắn sau đó, người ta cũng tạo được một số lượng dung dịch đáng kể để mạ niken, nhưng chất lượng lớp mạ thấp, dung dịch không ổn định.. - Với mục đích ngăn ngừa

Bài tập 2: Mạ điện cho Ni bằng dung dịch Watt và các biến thể của dung dịch này.

Nêu những khuyết tật do dung dịch mạ Ni Quy trình pha chế dung dịch, các yêu cầu về an toàn và bảo vệ môi trường khi pha chế dung dịch

BÀI LÀM

1 Giới thiệu chung.

- Khoảng 80% Niken sản xuất trên thế giới dùng cho luyện kim Niken tạo được những hợp kim quan trọng dùng trong kỹ nghệ hóa học, trong hàng không, vũ trụ Niken còn làm xúc tác cho nhiều phản ứng hóa học hữu cơ Khoảng 15- 20% lượng niken trên thế giới sản xuất hàng năm được dùng cho kỹ nghệ mạ

- Điện thế tiêu chuẩn của niken dương hơn sắt nên lớp mạ niken trên thép là lớp mạ catot Lớp mạ niken bảo vệ có hiệu quả kim loại nền sắt, gang, thép nếu như 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 ở Mỹ về kỹ thuật mạ niken trong phạm vi công nghiệp Một thời gian ngắn sau đó, người ta cũng tạo được một số lượng dung dịch đáng kể để mạ niken, nhưng chất lượng lớp mạ thấp, dung dịch không ổn định Mãi đến năm 1916, Watts công bố dung dịch mạ

niken bao gồm NiSO 4 , NiCl 2 và H 3 BO 3 Dung dịch này ổn định nhưng 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, không xốp, không bong, không giòn, cứng nhưng dẻo

2.Thành phần dung dịch Watts mạ niken.

a Nikensunfat NiSO 4 7H 2 O: chứa 21% niken, là chất kết màu xanh đậm, dễ tan trong nước và

phân ly hoàn toàn

NiSO4  Ni2+ + SO4

2 Dung dịch NiSO4 có màu xanh trong Trong dung dịch Watts, nikensunfat là chất cung cấp chính

Ni2+ phóng điện trên catot (cực âm) để tạo lớp mạ niken:

Ni2+ + 2e Ni

- 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 ở điện thế -0,64V thì ion H+ cũng phóng điện, giải phóng H2

:

2H+ + 2e  H2

- Nếu tăng pH thì nồng độ H+ sẽ giảm, khả năng phóng điện của H+ cũng giảm, còn khả năng phóng điện Ni2+ sẽ tăng, vì thế hiệu suất dòng điện catot tăng

b Niken clorua NiCl 2 6H 2 O: niken chiếm 22%; là chất kết tinh màu xanh lá mạ, dễ tan trong nước

và phân ly hoàn toàn:

NiCl2  Ni2+ + 2Cl

-Trong dung dịch Watts, niken clorua có vai trò:

- Cung cấp Ni2+

- Làm tăng độ dẫn điện của dung dịch, tăng khả năng phân bố kim loại của lớp mạ

- Ngoài ra ion Cl- có tác dụng làm cho anot niken tan bình thường, không bị thụ động hóa

- Điện thế phóng điện của Cl- trên anot là +1,39V, còn thế thoát O2 là +1,49V Khi xuất hiện thụ động anot một phần thì phản ứng phóng điện của Cl- sẽ tăng, làm thoát khí Cl2 trên anot:

2Cl- - 2e Cl2

- Khi bề mặt anot thụ động hoàn toàn, thế anot lệch về phía dương đến +1,5V thì O2 cũng bắt đầu thoát ra theo phản ứng:

4OH- - 4e  O2 + 2H2O

- Với mục đích ngăn ngừa thụ động hóa anot, ngoài niken clorua người ta còn dùng dung dịch NaCl hay KCl, đôi khi còn bổ sung thêm vào bể mạ NaF

c Axit boric H 3 BO 3 : là chất đệm của dung dịch mạ niken, có vai trò giữ cho pH ổn định trong giới

hạn 4.1- 5.5, đó là khoảng pH thu được lớp mạ có chất lượng tốt nhất

3 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 không có chất làm bóng Muối niken sunfat là muối chính 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 1 Chế độ công nghệ mạ niken mờ

Thành phần và chế độ Hàm lượng (g/l)

b Mạ niken dung dịch muối sunfamat (dung dịch Watt biến thể)

Dung dịch mạ niken muối sunfat kết tủa nhanh, được lớp mạ ứng suất bé, dùng để mạ đúc và chế

tạo khuôn điện hóa

Bảng 2 Chế độ công nghệ mạ niken muối sunfamat

Hàm lượng (g/l)

Thành phần và chế độ

c Dung dịch mạ niken pirophotphat (dung dịch Watt biến thể)

Bảng 3 Chế độ công nghệ mạ niken pirophotphat

Thành phần và chế độ Hàm lượng (g/l)

Na3C6H5O7.2H2O 60

(NH4)2HC6H5O7 20

d Mạ Niken đen (dung dịch Watt biến thể)

Mạ Niken đen thực tế là lớp mạ hợp kim Thành phần dung dịch khác nhau, thành phần hợp kim khác nhau Mạ Niken đen dùng trong công nghiệp quang học, chế tạo vũ khí và nhãn mác.Thông thường lớp mạ Niken đen dày 2 µm, độ bền chống gỉ kém, sau khi mạ cần sơn

Dung dịch mạ niken đen có hai loại, loại thứ nhất ngoài muối niken còn 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 cơ 10% Trong quá trình mạ, lưu huỳnh trong 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 cơ trong lớp mạ

Bảng 4 Chế độ công nghệ mạ Niken đen loại thứ nhất

Thành phần và chế độ Hàm lượng (g/l)

NH4CNS 25-35 15-20 20-25 NiSO4(NH4)2SO4.6H2O 40-60 35-45

Mật độ dòng điện

Bảng 5 Chế độ công nghệ mạ Niken đen loại thứ hai

Thành phần và chế độ Hàm lượng (g/l)

4 Một số khuyết tật do dung dịch mạ niken

- Lớp mạ gai nhám: do dung dịch bị cặn đục

- Lớp mạ bị cháy: do Dc lớn quá, nồng độ ion niken hay axit boric loãng quá, pH quá cao

- Lớp mạ có màu cam nhạt: do dung dịch lẫn dầu mở chất tẩy rửa, lẫn dung dịch kiềm từ bể khác sang, do lẫn dung dịch Cu-CN vào, pH hơi cao, dung dịch lẫn kim loại lạ vào

- Lớp mà giòn dể nứt: do pH quá cao hay quá thấp, quá thừa chất bóng, lẫn tạp chất hữu cơ hay kim loại

- Lớp mạ không đủ độ bóng: do thiếu chất bóng, pH không đúng

- Lớp mạ bị mờ: do thiếu chất bóng, pH không đúng, lẫn tạp chất hữu cơ

- Lớp mạ tối: dung dịch lẫn Cu, Zn và các kim loại nặng

- Lớp mạ bị rỗ: dung dịch lẫn tạp chất hữu cơ hay kim loại

5 Pha chế dung dịch Watt

Các muối Ni, muối clorua pha riêng trong nước mềm, nóng; axit boric, muối florua pha bằng nước mềm sôi Muối Florua pha trong bể bằng chất dẻo Bể để chứa dung dịch mạ phải được rữa sạch trước bằng H2SO4 hay HCl 3-5% ngâm trong 2-4h ở 50-600C Các dung dịch pha nói trên được đem lọc chung vào bể đã rữa sạch, khuấy đo và điều chỉnh pH bằng NaOH hay H2SO4 3% sau 5 phút xác định lại pH và điều chỉnh cho đến khi đạt yêu cầu Dung dịch đế đây có thể dùng để mạ niken mờ Nhưng muốn pha thành bể mạ bóng nhất thiết phải làm sạch hóa học và mạ xử lý Muốn vậy cần chuyển dung dịch sang bể dự trử rồi đưa pH lên đến 5-5,5, thêm 1-2 g/l than hoạt tính, 2g/l thuốc tím hay 2 ml/l nước oxy già và khuấy dung dịch liên tục trong 3h Sau đó để yên qua đêm lọc và chuyển vào bể mạ Đến đây dung dịch đã loại sạch các tạp chất hữu cơ, sắt và 1 phần kẽm Để loại hết đồng và phần kẽm còn lại cần axit hóa dung dịch đến pH 2,5-3 treo catot bằng các tấm thép lượn sóng vào, khuấy bằng không khí nén và mạ xử lý ở 450C với mật độ dòng điện 0,1-0,2 A/dm2, điện thế khoản 0,8-1V cho đến khi lớp mạ sáng