稀硫酸-过氧化氢体系对镍金属溶解性的探讨.doc

稀硫酸-过氧化氢体系对镍金属溶解性的探讨2007年第4期金川科技l3稀硫酸一过氧化氢体系对镍金属溶解性的探讨王军金川集团有限公司镍盐厂【摘要】探讨了稀硫酸一过氧化氢体系对金属镍的溶解特性.通过浓(稀)硫酸及稀硫酸+过氧化氢体系对金属镍溶解性的考察,建立了溶解金属镍的新方法,在体系酸度1,63.0mol/L,过氧化氢浓度15%,温度9O一05C的稀硫酸一过氧化氢溶液中,金属镍能够很成功地被溶解,并从化学反应机理上进行了初步探讨.【关键词】硫酸过氧化氢镍溶解性0引言近年来,工业硫酸镍在电镀及电池行业得到了广泛应用,产品十分畅销.但随着人们质量意识的提高,用户对产品质量有了更高的要求.因此,作为国内最大的镍盐生产企业,现已提出了用纯度较高的电解镍作为硫酸镍生产原料的设想,这在国外同行业中已经实现,但在国内,由于电镍的硫酸溶解过程尚属技术难题,因此还不能用于工业生产.从金属活动顺序来看,镍金属的活动性比锌,镁,锰要差,理论上虽然能与盐酸(HC1),稀硫酸(HSO)发生置换反应,放出氢气,但反应非常缓慢,特别是对于大块状的镍板,反应更加困难,在应用上不具有实际意义,但镍能够与硝酸(HNO),高氯酸(HCIO.)发生剧烈,快速的氧化还原反应.因此,在化验分析上,镍通常采用硝酸,稀硝酸或高氯酸溶解.但从硫酸镍的生产工艺来讲,用硝酸和高氯酸作溶剂,显然都不可取,因为月j这两种酸作溶剂,将会使溶解液中分别含有大量的0,NO和cl一等杂质元素,这对于生产高品质的硫酸镍是极为不利的.除次之外,若用电解法溶镍(即电溶法),成本太高.因此,就只能考虑用稀硫酸+某种强氧化剂来溶解的可能性,而且这种强氧化剂的使用不能给硫酸镍溶液引入杂质.或引入的杂质易于消除.本文通过用稀硫酸+过氧化氢体系对镍的溶解试验,证实了这种可能性.1实验部分1,1实验器皿及试剂烧杯:500mL和2000mL;架盘天平:最大负荷1000g;电热板:1500W;浓硫酸:密度1.84g/mL,分析纯;过氧化氢:30%(v/v),分析纯;各种所需浓度的稀硫酸,现用现配;不同浓度的稀硫酸过氧化氢混合溶剂,现配.I.2实验方法1.2.1考察不同浓度的硫酸对金属镍的溶解性分别称取5克2镍片(长宽分别为20mm,厚度2ram),置于5个500mL烧杯中,依次加入100mL浓硫酸和1:1,1:2,1:3,1:4,1:6的稀硫酸,于电热板上加热溶解2h后,结果如表1所示.表1硫酸对镍金属的溶解数据从以上实验看出,用单纯硫酸溶解电镍块极其困难.1.2.2考察稀硫酸一过氧化氢混合溶剂对金属镍的溶解性14金川科技2007年第4期各称取56g2镍片(大小同2.2.1),分别置于8个500mL烧杯中,依次加入100mL不同浓度的混合溶剂,于电热板上加热,结果发现溶解效果大大增强,特别是1:41:10的混合体系能够很快地与镍发生发应,结果如表2所示:表2稀硫酸一过氧化氢体系对镍金属的溶解性2结果与讨论通过考察不同浓度的硫酸及稀硫酸一过氧化氢体系对金属镍的溶解性,结果表明,任何浓度的单纯硫酸都不能成功地将金属镍溶解,尽管镍的还原电位比氢负.如表1所示,在加热过程中,金属表面产生钝化,随着温度不断上升,体系酸度逐渐增大,温度上升至130150时,很快便有大量黄色沉淀产生.然而,改用稀硫酸过氧化氢混合溶剂后,溶解过程平稳,温度可保持在9O105,随着溶解的进行,溶液的颜色由浅绿色逐渐变为深绿色,即使Ni含量大于200g/L以上,也不会有沉淀产生,而且体系的酸度会逐步降低.2.1酸度对溶解反应的影响2.1.1溶解的最佳酸度3025目20蒸l5辨l0501.32263.6体系酸度,ml/L图1体系酸度与溶解反应的关系曲线在溶解反应中,我们发现稀硫酸过氧化氢体系的酸度是影响溶解效果的主要因素之一.在热溶液中,硫酸具有很强的酸效应,实验表明,当硫酸酸度大于6mol/L时,其溶解效果并不理想,溶解速度慢,而且极易产生沉淀,使溶解无法进行,但是当酸度小于6mol/L时,溶解效果反而要好,如表2所示.若增大镍片的表面积,会使溶解速度加快.图1为酸度与溶解反应的关系曲线,当体系酸度为22.6mol/L时,溶解效果最好,1.6mol/L左右时此之,小于1.5或大于3.6mol/L时溶解困难.因此,该体系溶解的最佳酸度是1.63.0mol/L.2.1.2溶解过程中酸度的变化随着溶解反应的进行,体系的酸度将随之降低.溶解的化学反应式为:Ni+H202=NiO+H20NiO+H2S04=NiSO4+H20总反应式为:Ni+H202+H2SO4=NiSO4+2H20从反应式来看,每溶解1g金属镍需消耗0.017moL的硫酸,实际测量值在0.0180.020tool之间.图2表明,随溶解反应的进行,体系的总酸度会逐渐降低(曲线b),但另一方面,由于反应过程中的蒸发浓缩,体系中H浓度值还可能增大(曲线a),体系的最终酸度是两者共同作用的结果.2.2过氧化氢浓度对溶解反应的影响过氧化氢作为强氧化剂,是影响溶解过程的另一主要因素.在酸性溶液中,单质镍首先被氧化成氧化亚镍,然后才能与硫酸发生溶解反应.因此,过氧化氢的浓度至关重要,用下列实验可以说明:分别称取5g2镍片(大小同2.2.1)置于7个500mL烧杯中,各加入100mL硫酸一过氧化氢混合溶剂,其中酸度均为2.3mol/L,过氧化氢浓度分别2007年第4期金川科技l5为5%,10%,40%不等,溶解情况如图3所示,当过氧化氢浓度小于10%时,溶解速度慢,10%15%较快,15%25%最快,大于25%时,速度并没有明显提高,因此,选择最佳浓度为15%.2.3温度对反应的影响开始反应缓慢,需加热几分钟,随温度升高,反应不断加快.当温度升至90C时,开始剧烈反应,此时应停止加热,并需不断搅拌,由于激烈的反应,温度随之上升到105C左右并持续数分钟,之后趋于平稳,当温度降至80C左右时反应有所减慢.因此,在有足量氧化剂和酸度的情况下,只要保持体系温度在90105C,反应便可持续快速进行.2.4其它因素的考察在溶解体系中,除了以上三个主要因素外,还有两大因素在不同程度上影响溶解反应,即镍金属的形状(如颗粒状,碎屑状,块状等)及体系中镍离子的浓度.前者决定溶剂和被溶物镍的接触面大小,接触面越大,越利于溶解,如颗粒状,碎屑状样品比大块状的要易于溶解.实验发现,同样10g金属镍,碎屑状的8m即可溶完,2镍片需15m左右,而O镍板则需要15m以上.另外,体系中Ni浓度太高(如大于130g/L)时,由于溶液的饱和作用,溶解速度将会减慢.2.5对O厚镍板的溶解效果为了验证硫酸过氧化氢体系对O加厚Ni板(厚度15mm)的溶解效果,我们按照上述方法对其进行试验,数据列于表4,从结果看,溶解效果令人满意.3025曰-220曾15琏lO00,_/-*.Hz0黧度/署.,浓度/%图2H:O:浓度对溶解的影晌曲线表4稀硫酸一过氧化氢对0厚镍板的溶解数据3结语综上所述,用稀硫酸过氧化氢作混合溶剂后,对金属镍的溶解效果十分理想,溶解速度快,硫酸镍的制备流程短,而且过氧化氢的分解产物为水和氧气,不会给体系带来杂质污染.因此,这种新型溶解方法的建立,无疑为高品质硫酸镍的生产工艺提供了一种新的思路.参考文献1冶金化学分析.林世光等编着.冶金工业出版社.1980年2月2普通化学.北京钢铁学校等合编.1988年4月3化验员读本上册.刘珍等编着.化学工业出版社.2004年10月一一一一一一一一,;金川科技是金