稀硫酸-過氧化氫體系對鎳金屬溶解性的探討

1、稀硫酸-過氧化氫體系對鎳金屬溶解性的探討2007年第4期金川科技l3稀硫酸一過氧化氫體系對鎳金屬溶解性的探討王軍金川集團(tuán)鎳鹽廠【摘要】探討了稀硫酸一過氧化氫體系對金屬鎳的溶解特性.通過濃(稀)硫酸及"稀硫酸+過氧化氫"體系對金屬鎳溶解性的考察,建立了溶解金屬鎳的新方法,在體系酸度1,63.0mol/L,過氧化氫濃度15%,溫度9O一05C的稀硫酸一過氧化氫溶液中,金屬鎳能夠很成功地被溶解,并從化學(xué)反應(yīng)機理上進(jìn)行了初步探討.【關(guān)鍵詞】硫酸過氧化氫鎳溶解性0引言近年來,工業(yè)硫酸鎳在電鍍及電池行業(yè)得到了提高,用戶對產(chǎn)品質(zhì)量有了更高的要求.因此,作為國內(nèi)最大的鎳鹽生產(chǎn)企業(yè),現(xiàn)已提出

2、了用純度較高的電解鎳作為硫酸鎳生產(chǎn)原料的設(shè)想,這在國外同行業(yè)中已經(jīng)實現(xiàn),但在國內(nèi),由于電鎳的硫酸溶解過程尚屬技術(shù)難題,因此還不能用于工業(yè)生產(chǎn).從金屬活動順序來看,鎳金屬的活動性比鋅,鎂,錳要差,理論上雖然能與鹽酸(HC1),稀硫酸(HSO)發(fā)生置換反應(yīng),放出氫氣,但反應(yīng)非常緩慢,特別是對于大塊狀的鎳板,反應(yīng)更加困難,在應(yīng)用上不具有實際意義,但鎳能夠與硝酸(HNO),高此,在化驗分析上,鎳通常采用硝酸,稀硝酸或高氯酸溶解.但從硫酸鎳的生產(chǎn)工藝來講,用硝酸和高氯酸作溶劑,顯然都不可取,因為月j這兩種酸作溶劑,將會使溶解液中分別含有大量的0,NO和cl一等雜質(zhì)元素,這對于生產(chǎn)高品質(zhì)的硫酸鎳是極為不利

3、的.除次之外,若用電解法溶鎳(即電溶法),成本太高.因此,就只能考慮用"稀硫酸+某種強氧化劑"來溶解的可能性,而且這種強氧化劑的使用不能給硫酸鎳溶液引入雜質(zhì).或引入的雜質(zhì)易于消除.本文通過用稀硫酸+過氧化氫體系對鎳的溶解試驗,證實了這種可能性.1實驗部分1,1實驗器皿及試劑燒杯:500mL和2000mL;架盤天平:最大負(fù)荷1000g;電熱板:1500W;濃硫酸:密度1.84g/mL,分析純;過氧化氫:30%(v/v),分析純;各種所需濃度的稀硫酸,現(xiàn)用現(xiàn)配;不同濃度的稀硫酸過氧化氫混合溶劑,現(xiàn)配.分別稱取5克2鎳片(長寬分別為20mm,厚度2ram),置于5個500mL燒杯

4、中,依次加入100mL濃硫酸和1:1,1:2,1:3,1:4,1:6的稀硫酸,于電熱板上加熱溶解2h后,結(jié)果如表1所示.表1硫酸對鎳金屬的溶解數(shù)據(jù)從以上實驗看出,用單純硫酸溶解電鎳塊極其困難.的溶解性14金川科技2007年第4期各稱取56g2鎳片(大小同2.2.1),分別置于8個500mL燒杯中,依次加入100mL不同濃度的混合溶劑,于電熱板上加熱,結(jié)果發(fā)現(xiàn)溶解效果大大增強,特別是1:41:10的混合體系能夠很快地與鎳發(fā)生發(fā)應(yīng),結(jié)果如表2所示:表2稀硫酸一過氧化氫體系對鎳金屬的溶解性2結(jié)果與討論通過考察不同濃度的硫酸及稀硫酸一過氧化氫體系對金屬鎳的溶解性,結(jié)果表明,任何濃度的單純硫酸都不能成功

5、地將金屬鎳溶解,盡管鎳的還原電位比氫負(fù).如表1所示,在加熱過程中,金屬表面產(chǎn)生"鈍化",隨著溫度不斷上升,體系酸度逐漸增大,溫度上升至130150時,很快便有大量黃色沉淀產(chǎn)生.然而,改用稀硫酸過氧化氫混合溶劑后,溶解過程平穩(wěn),溫度可保持在9O105,隨著溶解的進(jìn)行,溶液的顏色由淺綠色逐漸變?yōu)樯罹G色,即使Ni含量大于200g/L以上,也不會有沉淀產(chǎn)生,而且體系的酸度會逐步降低.3025目20蒸l5辨l050體系酸度,ml/L圖1體系酸度與溶解反應(yīng)的關(guān)系曲線在溶解反應(yīng)中,我們發(fā)現(xiàn)稀硫酸過氧化氫體溶液中,硫酸具有很強的酸效應(yīng),實驗表明,當(dāng)硫酸酸度大于6mol/L時,其溶解效果并不

6、理想,溶解速度慢,而且極易產(chǎn)生沉淀,使溶解無法進(jìn)行,但是當(dāng)酸度小于6mol/L時,溶解效果反而要好,如表2所示.若增大鎳片的表面積,會使溶解速度加快.圖1為酸度與溶解反應(yīng)的關(guān)系曲線,當(dāng)體系酸度為隨著溶解反應(yīng)的進(jìn)行,體系的酸度將隨之降低.溶解的化學(xué)反應(yīng)式為:Ni+H202=NiO+H20NiO+H2S04=NiSO4+H20總反應(yīng)式為:Ni+H202+H2SO4=NiSO4+2H20間.圖2表明,隨溶解反應(yīng)的進(jìn)行,體系的總酸度會逐漸降低(曲線b),但另一方面,由于反應(yīng)過程中的蒸發(fā)濃縮,體系中H濃度值還可能增大(曲線a),體系的最終酸度是兩者共同作用的結(jié)果.過氧化氫作為強氧化劑,是影響溶解過程的另

7、一主要因素.在酸性溶液中,單質(zhì)鎳首先被氧化成氧化亞鎳,然后才能與硫酸發(fā)生溶解反應(yīng).因此,過氧化氫的濃度至關(guān)重要,用下列實驗可以說明:分別稱取5g2鎳片(大小同2.2.1)置于7個500mL燒杯中,各加入100mL硫酸一過氧化氫混合溶劑,其中酸度均為2.3mol/L,過氧化氫濃度分別2007年第4期金川科技l5為5%,10%,40%不等,溶解情況如圖3所示,當(dāng)過氧化氫濃度小于10%時,溶解速度慢,10%15%較快,15%25%最快,大于25%時,速度并沒有明顯提高,因此,選擇最佳濃度為15%.開始反應(yīng)緩慢,需加熱幾分鐘,隨溫度升高,反應(yīng)不斷加快.當(dāng)溫度升至90C時,開始劇烈反應(yīng),此時應(yīng)停止加熱,

8、并需不斷攪拌,由于激烈的反應(yīng),溫度隨之上升到105C左右并持續(xù)數(shù)分鐘,之后趨于平穩(wěn),當(dāng)溫度降至80C左右時反應(yīng)有所減慢.因此,在有足量氧化劑和酸度的情況下,只要保持體系溫度在90105C,反應(yīng)便可持續(xù)快速進(jìn)行.在溶解體系中,除了以上三個主要因素外,還有兩大因素在不同程度上影響溶解反應(yīng),即鎳金屬的形狀(如顆粒狀,碎屑狀,塊狀等)及體系中鎳離小,接觸面越大,越利于溶解,如顆粒狀,碎屑狀樣品比大塊狀的要易于溶解.實驗發(fā)現(xiàn),同樣10g金屬鎳,碎屑狀的8m即可溶完,2鎳片需15m左右,而O鎳板則需要15m以上.另外,體系中Ni¨濃度太高(如大于130g/L)時,由于溶液的飽和作用,溶解速度將會減慢.為了驗證硫酸過氧化氫體系對O加厚Ni板(厚度15mm)的溶解效果,我們按照上述方法對其進(jìn)行試驗,數(shù)據(jù)列于表4,從結(jié)果看,溶解效果令人滿意.3025曰-220曾15璉lO00,_/-*.Hz0黧度/署.,濃度/%圖2H:O:濃度對溶解的影晌曲線表4稀硫酸一過氧化氫對0厚鎳板的溶解數(shù)據(jù)3結(jié)語綜上所述,用稀硫酸過氧化氫作混合溶劑后,對金屬鎳的溶解效果十分理想,溶解速度快,硫酸鎳的制備流程短,而且過氧化氫的分解產(chǎn)物為水和氧氣,不會給體系帶來雜質(zhì)污染.因此,這種新型溶解方法的建立,無疑為高品質(zhì)硫酸鎳的生產(chǎn)工藝提供了一種新的思路.