Việc nghiên cứu tìm ra các chất phụ gia làm ổn định dung dịch điện phân có ý nghĩa rất lớn trong công nghiệp tinh luyện lấy thiếc sạch bằng phương pháp điện phân trong dung dịch SnSO4-H2SO4 của nước ta.
Stability of the solution SnSO4, H2SO4
TS Đinh Tiến Thịnh
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
TÓM TẮT
Tính ổn định của dung dịch là một yếu tố quan trọng khi tiến hành điện phân, nó ảnh hưởng rất nhiều đến chất lượng kết tủa catốt. Việc nghiên cứu tìm ra các chất phụ gia làm ổn định dung dịch điện phân có ý nghĩa rất lớn trong công nghiệp tinh luyện lấy thiếc sạch bằng phương pháp điện phân trong dung dịch SnSO4-H2SO4 của nước ta.
ABSTRACT
Stability of the solution is an important factor when conducting electrolyte, which affects many quality cathode deposition. Some additives are found to stabilize the liquid electrolyte. It is essential for the refining industry, where pure tin is extracted by the electrolytic method in solution SnSO4-H2SO4.
1. Đặt vấn đề
Hiện nay công suất các cơ sở điện phân tinh luyện thiếc trong nước đã sản xuất được trên 2000 tấn thiếc sạch/năm. Lượng thiếc này có thể cung cấp đủ nhu cầu thiếc sạch trong nước và mang lại lợi ích không nhỏ do tiết kiệm được ngoại tệ dùng cho việc nhập khẩu. Nguyên liệu đầu vào tại các cơ sở tinh luyện thường là các loại thiếc thô còn chứa nhiều các tạp khó xử lý như chì, bitmut… sau quá trình hỏa luyện.
Do tính không ổn định trong khai thác cùng lợi nhuận khá lớn của quả trình điện phân tinh luyện nên các cơ sở sản xuất đua nhau phát triển, dẫn tới hiện tượng mất cân đối lượng thiếc thô cung cấp, nhiều bể điện phân làm việc một thời gian lại phải ngừng cấp điện. Đặc tính của các iôn thiếc tồn tại trong axit sun- fuaric là ở 2 dạng iôn Sn2+ và Sn4+ [1].
Trong quá trình tiếp xúc với không khí, iôn Sn2+ dễ bị ôxy hóa tạo Sn4+. Nồng độ bão hòa của Sn4+ khá nhỏ nên rất dễ bị thủy phân tạo kết tủa SnO2 [2]. Trong quá trình điện phân, Sn4+ ưu tiên phóng điện và duy trì một hàm lượng cân bằng với Sn2+ trong dung dịch. Khi ngừng cấp điện, Sn4+ tích lũy dần dẫn đến thủy phân làm giảm hàm lượng thiếc trong dung dịch, gây khó khăn lớn cho quá trình khới động lại bể và sản xuất tiếp theo.
Thực tế này đang xảy ra tại các cơ sở điện phân trong nước, đó là khi đóng điện trở lại, thường phải mất từ 1 đến 3 ngày để ổn định lại dung dịch, gây tiêu tốn điện năng cùng với đó kết tủa nhánh cây ở catốt. Trước tình hình này, việc nghiên cứu tìm ra thành phần dung dịch thích hợp với các phụ gia làm kìm hãm quá trình ôxy hóa Sn2+ thành Sn4+, giảm thiểu lượng SnO2 bị kết tủa, duy trì nồng độ thiếc ổn định trong dung dịch có một ý nghĩa rất to lớn.
2. Thực nghiệm
Nội dung nghiên cứu gồm 3 phần:
– Nghiên cứu cặn kết tủa của dung dịch điện phân khi để trong môi trường không khí.
– Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ axit H2SO4 đến tính an toàn của dung dịch. Dung dịch ban đầu được chọn với nồng độ ion thiếc tổng là: 34.4 g/l, nồng độ axit H2SO4 thay đổi lần lượt là 80, 100, 120, 140 g/l được chọn để nghiên cứu.
– Nghiên cứu ảnh hưởng của các phụ gia đển tính an toàn của dung dịch.
Kết quả nghiên cứu của phần 1 là cơ sở để chọn nồng độ axit cho nghiên cứu tiếp theo: 120 g/l axit H2SO4; 34.4 g/l SnΣ. Các phụ gia sau đây được chọn làm đối tượng nghiên cứu gồm: β-napton; Cl – ; Cr 6+; Gelatin + β– napton và Cr 6+ + Cl – , đó chính là các chất thường được pha vào dung dịch điện phân và các phụ gia có ảnh hưởng quyết định đển chu kỳ anôt [2].
Mỗi loại dung dịch đều được chuẩn bị với lượng như nhau, được đổ vào các bình tam giác giống nhau, theo rõi và phân tích hàm lượng Sn tổng theo thời gian, cụ thể sau 8; 15; 25 ngày.
3. Kết quả và thảo luận
3.1. Nghiên cứu cặn kết tủa của hệ dung dịch SnSO4-H2SO4
Dung dịch điện phân sau thời gian để tự nhiên trong không khí 01 tuần, lọc lấy kết tủa đưa đi phân tích X-ray. Kết quả được thể hiện trên hình 1.
Hình 1. Giản đồ nhiễu xạ rơngen của dung dịch điện phân sau 1 tuần trong không khí
Kết quả phân tich X-ray cho thấy thành phần kết tủa chủ yếu là SnO2, chứng tỏ iôn Sn2+ đã bị ôxy hóa thành iôn Sn4+ rồi dần dần bị thủy phân thành SnO2.
3.2. Ảnh hưởng của nồng độ axit
Pha cùng lúc một loạt các bình thủy tinh cùng thể tích, với hàm lượng iôn thiếc ban đầu như nhau nhưng khác nhau về nồng độ axit. Phân tích sự thay đổi nồng độ iôn thiếc theo thời gian. ảnh hưởng nồng độ axit H2SO4 và thời gian đến tính an toàn của dung dịch được ghi trong bảng 1 và thể hiện trên đồ thị hình 2.
Bảng 1. Hàm lượng iôn thiếc thay đổi theo nồng độ axit và thời gian
Hình 2. Quan hệ giữa nồng độ Sn tổng với nồng độ axit H2SO4 và thời gian
