Trang chủ / Công trình nghiên cứu / Các yếu tố ảnh hưởng đến thời gian thụ động anôt trong điện phân tinh luyện thiếc
Tin Mới Nhất
Các yếu tố ảnh hưởng đến thời gian thụ động anôt trong điện phân tinh luyện thiếc
06/12/2017
Các nghiên cứu trong bài báo này nhằm tìm những yếu tố ảnh hưởng đến thời gian thụ động anôt (tức chu kỳ rửa bùn anôt).
On the factors influencing the anodic passivity of electrolytic process
Đinh Tiến Thịnh Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
(Nhận bài ngày 16/11/2011, duyệt đăng ngày 15/01/1012)
Tóm Tắt Hiện tượng thụ động anôt có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng hóa học của kim loại kết tủa trên catôt. Các nghiên cứu trong bài báo này nhằm tìm những yếu tố ảnh hưởng đến thời gian thụ động anôt (tức chu kỳ rửa bùn anôt). Kéo dài được chu kỳ rửa bùn anôt là biện pháp quan trọng nhằm nâng cao năng suất bể trong điện phân tinh luyện. Từ khóa: tinh luyện, thiếc, điện phân, anôt ABSTRACT The anodic passivity is phenomenon affecting the chemical quality of precipitation on the cathode metal. The aim of reserch is to find the factors influencing the passivity duration of the anode (the wash cycle of anode mud). to exted the wash cycle is an important measure to enhance productivity of the electrolytic refining tank. Key Words: refining, electrolytic, anotic 1. Đặt vấn đề Hiện nay toàn bộ thiếc sạch sản xuất trong nước đều theo công nghệ điện phân tinh luyện. Một trong những vấn đề đặt ra khi sản xuất theo công nghệ này là anôt rất nhanh bị thụ động. Chính vì vây, tại các cơ sở điện phân tinh luyện thiếc trong nước hiện nay, cứ sau 24 giờ lại phải ngừng cấp điện, nhấc điện cực anôt ra rửa lớp bùn rối mới lại điện phân tiếp[1], việc này gây tốn công lao động và giảm năng suất bể. Nghiên cứu các yếu tố tác động đến thời gian thụ động anôt để nhằm định hướng hoàn thiện công nghệ điện phân tinh luyện thiếc trong nước và khắc phục các vấn đề nảy sinh từ thực tế sản xuất là rất cần thiết. Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến thời gian thụ động anôt như: nồng độ ion thiếc trong dung dịch, mật độ dòng điện, hàm lượng các chất phụ gia: Na2SO4, (-napton, ion clo, ion crôm). Sau đây là các kết quả nghiên cứu thực nghiệm[2]. Trong đó: 1- Hệ thống bể điện phân 2- Điện cực catôt bằng thiếc sạch dày 0,5 mm 3- Máy ổn dòng một chiều có chế độ đảo chiều dòng điện theo tỷ lệ tự chọn 4- Điện cực anôt: thiếc thô
Hình 1. Sơ đồ hệ thống thiết bị điện phân tinh luyện
Hệ dung dịch điện phân Sn - H2SO4 thuần. Thành phần thiếc thô nêu trong bảng 1.| Nguyên tố | Sn | Fe | Sb | Cu | As | Pb | Bi | S |
| (%) | 98,08 | 0,008 | 0,032 | 0,098 | 0,048 | 0,293 | 1,235 | 0,009 |
Bảng 1. Thành phần hóa học của thiếc thô 2.
| STT | Thông số | Đơn vị | TN-1 | TN-2 | TN-3 | TN-4 | TN-5 |
| 1 | Mật độ dòng điện | A/m2 | 100 | 90 | 80 | 70 | 60 |
| 2 | Thời gian thụ động anôt | giờ | 17 | 29 | 41 | 62 | 66 |
| 3 | Lượng kim loại kết tủa so với mật độ dòng 90 A/m2 | % | 60 | 100 | 130 | 170 | 150 |
Bảng 2. ảnh hưởng của mật độ dòng điện đến thời gian thụ động anôt
Hình 2. Thế phân cực anôt theo thời gian với các mật độ dòng khác nhau
Thực nghiệm [3] Hệ thống thiết bị nghiên cứu điện phân tinh luyện thiếc nêu trong sơ đồ hình 1. 3. Kết quả và thảo luận [3] 3.1. Ảnh hưởng của mật độ dòng điện đến thời gian thụ động anôt Tiến hành điện phân thiếc thô được lấy từ các cơ sở hiện đang tinh luyện trong nước, đo phân cực anôt theo thời gian để xác định thời gian anốt bị thụ động. Chế độ điện phân được chọn như sau: Nồng độ axit H2SO4: 120 g/l; Nồng độ ion thiếc: 35 g/l Keo gelatin: 2 g/l; β-napton: 1 g/l Ảnh hưởng của mật độ dòng đến thời gian thụ động anôt xem trong bảng 2 và hình 2. Từ đây có nhận xét rằng: mật độ dòng điện ảnh hưởng lớn đến thời gian thụ động anôt. Khi giảm mật độ dòng điện, thời gian thụ động anôt tăng lên nhưng đồng thời lại làm giảm lượng kim loại kết tủa trên catôt trong 1 đơn vị thời gian. Với mật độ dòng 70 A/m 2 so với 90 A/m 2 , tuy thời gian thụ động anôt tăng lên hơn 2 lần nhưng lượng kim loại kết tủa ở catôt chỉ tăng 1,7 lần. 3.2. Ảnh hưởng của nồng độ ion thiếc đến thời gian thụ động anôt Chế độ điện phân được chọn như sau: Nồng độ axit H2SO4: 120 g/l; Mật độ dòng điện; 90 A/m2 Keo gelatin: 2 g/l: β-napton: 1 g/l| STT | Thông số | Đơn vị | TN-1 | TN-2 | TN-3 |
| 1 | Nồng độ ion thiếc | g/l | 25 | 35 | 45 |
| 2 | Thời gian thụ động anôt | giờ | 30 | 29 | 27 |
Bảng 3. ảnh hưởng của nồng độ ion thiếc đến thời gian thụ động anôt
| STT | Thông số | Đơn vị | TN-1 | TN-2 | TN-3 |
| 1 | Na2SO4 | g/l | 0 | 33 | 60 |
| 2 | Thời gian thụ động anôt | giờ | 29 | 29 | 28 |
Bảng 4. ảnh hưởng của Na2SO4đến thời gian thụ động anôt
| STT | Thông số | Đơn vị | TN-1 | TN-2 | TN-3 | TN-4 |
| 1 | β-napton | g/l | 0,5 | 1,0 | 1,5 | 2,5 |
| 2 | Thời gian thụ động anôt | giờ | 28,5 | 29 | 33 | 40 |
Bảng 5. ảnh hưởng của β-napton đến thời gian thụ động anôt
| STT | Thông số | Đơn vị | TN-1 | TN-2 | TN-3 | TN-4 |
| 1 | Hàm lượng Cl | g/l | 1,7 | 5 | 1,7 | 5 |
| 2 | Hàm lượng Cr | g/l | 0,7 | 0,7 | 2 | 2 |
| 3 | Thời gian thụ động anôt | giờ | 92,5 | 119,5 | 226 | 227 |
Bảng 6. ảnh hưởng của các ion clo và crôm đến thời gian thụ động anôt
Từ bảng 3 thấy rõ, khi tăng nồng độ ion thiếc trong dung dịch điện phân không kéo dài được thời gian thụ động anôt. 3.3. Ảnh hưởng của các chất phụ gia NaNa2SO4 và β-napton đến thời gian thụ động anôt Chế độ điện phân được chọn như sau: Nồng độ axit H2SO4: 120 g/l; Nồng độ ion thiếc; 35 g/l Mật độ dòng điện; 90 A/m2 ; Keo gelatin: 2 g/l: Bảng 4 cho thấy khi thay đổi hàm lượng Na2SO4trong dung dịch điện phân thời gian thụ động anôt không thay đổi. Trong khi đó tăng lượng β-napton có kéo dài được thời gian thụ động anôt nhưng không nhiều, mặt khác lượng β-napton tăng lại làm tăng điện áp bể và bề mặt dung dịch sủi bọt nhiều, gây khó khăn cho quá trình vận hành bể (bảng 5). 3.4. Ảnh hưởng của các ion clo và crôm đến thời gian thụ động anôt Chế độ điện phân được chọn như sau: Nồng độ axit H2SO4: 120 g/l; Nồng độ ion thiếc; 35 g/l Mật độ dòng điện; 90 A/m2 ; Keo gelatin: 2 g/l: β-napton: 1 g/l Kết quả nêu trong bảng 6 cho thấy: - Các ion clo và crôm có ảnh hưởng rất lớn đến thời gian thụ động anôt. - Thời gian thụ động anốt tăng theo hàm lượng các ion clo và crôm đưa vào dung dịch. - Với hàm lượng clo: 5 g/l và crôm: 2 g/l đã kéo dài thời gian thụ động anôt đến 277 giờ (hơn 11 ngày), gấp nhiều lần so với khi không sử dụng hai ion trên. - Ảnh hưởng của hàm lượng ion crôm đến thời gian thụ động anôt mạnh hơn nhiều so với ion clo. 3.5. Chất lượng hóa học của thiếc sau điện phân (catôt) Đã kiểm định chất lượng hóa học thiêc catôt sau khi điện phân xem việc sử dụng các phụ gia clo và crôm có đảm bào chất lượng thiếc sạch loại 1 như khi không dùng chất phụ gia không. Kết quả phân tích bằng phương pháp khối phổ plasma cảm ứng chỉ ra trên bảng 7. Hàm lượng tạp chất (%)|
Hàm lượng thiếc (%) |
Fe | Cu | As | Sb | Bi | Pb | S |
|
> 99,97 |
0,068 | 0,001 | 0,0003 | 0,002 | 0,002 | 0,009 | 0,001 |
Bảng 7. Thành phần hóa học của thiếc catôt
4. Kết luận a. Với đặc thù thiếc thô trong nước chứa nhiều tạp chất (bảng 1), khi điện phân tinh luyện trong dung dịch axit H2SO4 thuần, chỉ sau khoảng 29 đến 30 giờ đã xảy ra hiện tượng thụ đông anôt. b. Bằng các biện pháp thay đổi mật độ dòng điện hoặc bổ sung thêm các phụ gia như: Na2SO4, β-napton đều không mang lại hiệu quả trong việc kéo dài thời gian thụ động anôt. c. ảnh hưởng của ion clo và crôm đến thời gian thụ động anôt rất lớn. Với hàm lượng nhất định của các ion trên có thể kéo dài thời gian thụ động anôt lên nhiều ngày. Từ đây gợi ý một hướng nghiên cứu nhằm hoàn thiện công nghệ điện phân tinh luyện thiếc mà không cần phải rửa bùn anốt như các cơ sở điện phân thiếc trong nước hiện nay.Tài liệu trích dẫn
|