Đồ án Nghiên cứu chế tạo màng niken catot trên điện cực nhôm

LỜI MỞ ĐẦU Chế tạo catot mẫu là một trong những khâu quan trọng trong quá trình điện phân niken bởi chất lượng tấm màng niken catot quyết định đến năng suất, chất lượng của tấm niken cũng như hiệu quả kinh tế mà nó đem lại. Trên thế giới công nghiệp chế tạo niken đã phát triển từ rất lâu. Nhưng ở Việt Nam vấn đề sản xuất niken mới phát triển ở mức độ đầu tư xây dựng nhà máy sản xuất niken ở Bản Phúc, Sơn La. Chính vì vậy vấn đề chế tạo catot hầu như bỏ ngỏ. Qua khảo sát chúng tôi nhận thấy Công ty cổ phần Vật liệu và môi trường cũng có sản xuất tấm màng niken phục vụ điện phân, sản lượng của công ty không lớn chỉ đủ để phục vụ cho việc sản xuất của cơ sở này. Để góp phần phát triển công nghệ chế tạo niken tôi nghiên cứu chế tạo màng niken catot trên điện cực nhôm, đánh giá hiệu quả kinh tế của phương pháp này cũng như khả năng ứng dụng triển khai trong sản xuất quy mô công nghiệp. TỔNG QUAN 1. Tình hình nghiên cứu điện phân tấm màng niken catot ngoài nước Trên thế giới, vấn đề sản xuất niken từ quặng với trữ lượng lớn đã được nghiên cứu từ lâu. Tuy nhiên, việc sản xuất niken từ quặng trữ lượng lớn này hầu như người ta không sử dụng phương pháp điện phân tinh luyện, thay vào đó người ta oxy hóa kim loại, sau đó cacbonyl hóa niken rồi nhiệt phân khí này thành niken bột, cuối cùng là nấu chảy bột niken trong môi trường khí bảo vệ rồi đúc thỏi. Tuy nhiên phương pháp này nhiều độc hại, đòi hỏi yêu cầu khắt khe cao về công nghệ cho nên rất tốn kém, chi phí cho công nghệ sản xuất lớn cho nên ngày nay công nghệ này rất ít khi sử dụng. Ngày nay công nghệ chế tạo niken thường phối hợp cả hai phương pháp chế tạo đó là kết hợp thuỷ và hoả luyện kim. Khâu cuối cùng của phương pháp thuỷ luyện là điện phân tinh luyện kim loại. Bởi vậy, chế tạo màng niken để điện phân là cách nên dùng. Phương pháp điện phân niken phổ biến là chế tạo được tấm niken sau đó bán tấm niken này cho các cơ sở mạ. Tại các cơ sở mạ, tấm niken bị anot hóa đến độ mỏng nhất định thì lại tái chuyển các tấm anot này về cơ sở điện phân niken. Phương pháp này cho thấy hiệu quả kinh tế kém bởi chi phí vận chuyển đi lại nhiều và phải làm sạch tấm niken mồi. Trên thế giới người ta cũng đang dùng phương pháp chế tạo màng niken trên điện cực titan. Titan là kim loại có độ bóng, độ xít chặt cao nên niken bám trên đó rất dễ bóc. Việc chế tạo màng niken catot ứng dụng trong điện phân hầu như chỉ ứng dụng trong sản xuất niken điện phân tận thu từ bã thải hoặc bằng phương pháp thủy luyện tinh luyện niken từ quặng với trữ lượng thấp (quy mô công suất không lớn lắm). Vì lẽ đó mà trên thế giới có rất ít công trình nghiên cứu về lĩnh vực mới mẻ này. 2. Tình hình nghiên cứu trong nước Phát triển chậm so với xu thế chung của thế giới, lĩnh vực sản xuất niken là lĩnh vực hoàn toàn mới lạ ở Việt Nam bởi tính chất vô cùng phức tạp của công nghệ và tình hình cụ thể nước ta là nước có nền luyện kim lạc hậu. Lĩnh vực mạ điện đã thải ra một lượng lớn chất thải chứa niken hàm lượng thấp cần phải tận thu để thu hồi. Đây là biện pháp tích cực để thu hồi các kim loại quý và hạn chế ảnh hưởng đến môi trường nếu các bã thải mạ điện này đem thải trực tiếp ra ngoài môi trường. Nắm bắt tình hình thực tế này từ năm 2006 Viện Khoa học Vật liệu đã giao cho Phòng Công nghệ kim loại nghiên cứu tận thu kim loại niken từ bã thải công nghiệp mạ. Kết quả nghiên cứu của phòng Công nghệ kim loại đã được ứng dụng và triển khai sản xuất từ năm 2007 tại công ty Cổ phần Vật liệu và môi trường. Công nghệ sản xuất niken tại đây sử dụng phương pháp chế tạo tấm màng niken điện phân trên điện cực trơ nhôm, sau đó màng niken được bóc ra từ điện cực này làm catot mồi điện phân. Việc sản xuất này hoàn toàn mang tính giải quyết tình thế và quy mô mỏ chỉ đủ đáp ứng cho việc sản xuất tại công ty. Nước ta cũng được thiên nhiên ưu đãi có một số mỏ niken ở Thanh Hóa, Sơn La. Tuy nhiên trữ lượng mỏ không lớn lắm cho nên rất khó có thể áp dụng quy trình công nghệ cacbonyl hóa niken vô cùng hiện đại và tốn kém. Vì thế, công ty mỏ niken Bản Phúc - Sơn La mới dừng lại ở công tác khai mỏ, tuyển quặng. Nắm bắt tình hình thực tế này từ năm 2008 Phòng Công nghệ Kim loại (Viện Khoa học vật liệu) bắt tay vào nghiên cứu công nghệ sản xuất niken từ quặng bằng phương pháp kết hợp giữa hỏa luyện với thủy luyện. Trong đó, khâu thủy luyện điện phân niken đã có nhiều thành công đáng kể từ những kết quả nghiên cứu tận thu niken từ bã thải công nghiệp mạ. Quy trình thủy luyện điện phân niken đã cho thấy tính chất ưu việt của nó áp dụng ở quy mô sản xuất công nghiệp vừa và nhỏ phù hợp với điều kiện thực tế ở Việt Nam. Chính vì vậy mà khâu điều chế tấm màng niken càng phải nghiên cứu một cách kỹ lưỡng và cấp thiết hơn vì nó là một khâu quan trọng trong quy trình công nghệ này. Đề tài của tôi tập trung vào nghiên cứu chế tạo màng niken catot trên điện cực nhôm. PHẦN MỘT: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM 1.1. Phương pháp nghiên cứu Quá trình điện phân tinh luyện niken nói chung và điện phân màng niken nói riêng đều có thể áp dụng theo nguyên lý mạ điện. Đó là cho tấm niken điện phân làm anot tan, còn sản phẩm niken tinh luyện được sẽ làm catot; ion niken sẽ tan ra ở cực dương chuyển về cực âm và bám ở đó bằng các phản ứng điện hóa. Tuy nhiên, theo quy trình thủy luyện thông thường nguồn cung cấp ion niken là các muối sunfat niken hoặc cacbonat niken dễ hòa tan. Chính vì vậy đề tài này tôi tập trung nghiên cứu với nguồn cung cấp ion niken là các muối NiCO3, NiCO3.nNi(OH)2, Ni(OH)2, đây là ba sản phẩm trung gian thường gặp trong quá trình tinh chế thu hồi niken từ bã thải công nghiệp mạ; các muối này có được là do hàng loạt các khâu lọc tách và kết tủa bởi các chất trung gian có độ tinh khiết cao bởi vậy chúng thường có độ tinh khiết cỡ 99%. Các muối này thường được hoà tan trong dung dịch axit sunfuric đến độ pH tương đương trong bể điện phân rồi được bổ sung vào bể. Dung dịch điện phân là muối niken sunfat. Dung dịch này hoàn toàn có thể tự chế tạo bằng cách hoà tan muối NiCO3, Ni(OH)2 hoặc muối NiCO3.nNi(OH)2 trong axit H2SO4. Trước khi điện phân chế tạo màng niken, tấm điện cực nhôm được xử lý làm sạch bằng cách đánh bóng bề mặt để loại bỏ tạp chất nặng còn bám dính trên bề mặt. Sau đó đem ngâm trong dung dịch H2SO4 loãng ( hoặc HCl ) trong thời gian ngắn để loại bỏ hoàn toàn tạp chất dễ hoà tan còn bám dính trên điện cực. Cuối cùng ngâm điện cực trong nước sạch để rửa sạch nốt axit trước khi đấu nối điện cực. Quá trình điện phân thu niken nói chung và điện phân thu được màng niken nói riêng trước tiên phải tuân theo quy luật điện phân. Chính vì vậy ta phải khảo sát một số yếu tố thường gặp như: mật độ dòng điện trên catot, độ pH, nhiệt độ ban đầu của dung dịch, nguồn cấp ion niken,... đến năng suất, sự nguyên vẹn của tấm niken. Cuối cùng là nghiên cứu ảnh hưởng của các nhân tố chính đến sự nguyên vẹn và chất lượng tấm màng niken hình thành trên catot nhôm và đề ra biện pháp xử lý khắc phục. 1.2. Hóa chất sử dụng trong nghiên cứu thực nghiệm - Axit sunfuric H2SO4 hàng công nghiệp của Việt nam nồng độ 95%. - Chất tăng cường: Dodecan sunfurnat kali KC12H25.SO3 hàng công nghiệp của Việt Nam. - Các muối cung cấp ion trong quá trình điện phân màng niken catot trên điện cực nhôm: NiCO3, NiCO3.nNi(OH)2, Ni(OH)2. 1.3. Thiết bị nghiên cứu thực nghiệm Thiết bị nghiên cứu điện phân bao gồm: Máy điện phân Lioa một chiều công suất 1080W, điện áp tối đa 36V, dòng tối đa 30A với hệ thống chuyển tải bằng dây dẫn kim loại đồng để giảm thiểu tổn áp trên dây dẫn và chịu được trong môi trường axit. Bể điện phân làm bằng nhựa hoặc compozit chịu được nhiệt độ trên 1000C và chịu được axit. Hình 1.1: Máy đo pH của Hungari Điện cực anot trơ hệ Pb-Ag-Sb và điện cực mồi làm catot bằng nhôm. Máy đo pH thế hệ mới của Hungari, thang đo 0-14, độ chính xác ± 0,01. 1.4 Phương pháp đánh giá Thành phần hoá học màng niken sẽ được phân tích bằng phương pháp phân tích phổ tán xạ năng lượng X-ray (EDX: enery dispensive X-ray spectrm) trên máy S-4800. Đây là phương pháp phân tích cho phép xác định được thành phần của tạp chất từ đó có thể xác định được ảnh hưởng của tạp chất đối với sự nguyên vẹn của màng niken. Thành phần khối lượng của chất rắn và dịch lỏng được xác định bằng phép phân tích hoá vô cơ và quang phổ hấp thụ AAS. PHẦN HAI: QUÁ TRÌNH THỰC NGHIỆM NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI Trong trường hợp điện phân thu hồi niken, có thể phân loại quá trình này với sơ đồ như sau [8]: (+)(Anôt trơ) O2 | NiSO4, H2O | Ni (catôt)(-) Ubể ja jk joa jok Anôt Catôt Dja Djk IR (+) (-) Hình 2.1: Sơ đồ biểu diễn điện thế điện cực và điện thế bể Trong quá trình thủy luyện Ni, điện phân (còn gọi là quá trình điện tích) Ni được tiến hành trong dung dịch NiSO4 với cực âm là Ni và cực dương là hợp kim Pb-Sb-Ag. Quá trình cực âm: Ni2+ + 2e ® Ni (2.1) Quá trình cực dương: H2O ® H+ + OH- ® 1/2O2­ + 2H+ + 2e (2.2) Phản ứng điện cực tổng: Ni2+ + H2O ® Ni + 1/2O2 + 2H+ (2.3) Phản ứng hóa hóa học tổng có thể viết: NiSO4 + H2O ® Ni + 1/2O2 + H2SO4 (2.4) Trong quá trình điện phân thu hồi kim loại, tôi sử dụng nguồn cấp ion là muối cacbonat bazơ hoặc hydroxyt niken được hòa tan bởi axit sunfuric dư được tạo nên bởi phản ứng 2.5 và 2.6: 2NiCO3nNi(OH)2 + 2(n+1)H2SO4 → 2(n+1)NiSO4+ 2(2n+1)H2O + 2CO2(k)↑ (2.5) Ni(OH)2 + H2SO4 ® NiSO4 + 2H2O (2.6) Dung dịch điện phân ban đầu được điều chế bằng cách hòa tan muối cacbonatbazo niken NiCO3nNi(OH)2 nồng độ 200 g/l NiSO4.7H2O. 2.1 Ảnh hưởng của yếu tố môi trường đến quá trình điện phân niken 2.1.1 Ảnh hưởng của mật độ dòng tới khối lượng niken điện phân Khối lượng kết tủa kim loại m kết tủa lên diện tích S tính được theo định luật Faraday: (2.7) Trong đó: S - diện tích mạ, dm2. ic- Mật độ dòng điện catôt A/dm2. H - Hiệu suất dòng điện. C – Đương lượng điện hóa của ion kim loại; g/Ah. t - Thời gian điện phân. Trong các thông số trên, hiệu suất dòng điện H của dung dịch niken sulfat hầu như không đổi trong khoảng 0,9-1, đương lượng điện hóa của quá trình tủa niken: Ni2+ + 2e ® Ni là giá trị không đổi C = 1,095 [8;17]. Từ đó có thể thấy rằng khối lượng kim loại kết tủa trên catôt phụ thuộc tuyến tính vào mật độ dòng điện (hay cường độ dòng điện). Để xác định xem quy luật tuyến tính trên có đúng trong trường hợp điện phân thu hồi niken kim loại ta tiến hành điện phân thực nghiệm như sau: catôt làm từ tấm nhôm được nhúng vào dung dịch điện phân với diện tích bề mặt phần nhúng là 1 dm2; tiến hành điện phân 3 mẫu với mật độ dòng điện lần lượt đạt 2,5-5-8 A/dm2; độ pH dung dịch ban đầu là 3,0 và được duy trì trong khoảng 2,6¸2,9 bằng cách cấp liệu NiCO3.nNi(OH)2 đều đặn cho dung dịch để trung hòa bớt lượng axit phát sinh; sau mỗi khoảng thời gian điện phân cân mẫu để xác định lượng niken kết tủa lên catôt; nhiệt độ điện phân duy trì trong khoảng 55¸60oC chủ yếu do tự nhiệt. Kết quả đo đạc được đưa vào bảng 2.1 và đồ thị trên hình 2.2, 2.3 dưới đây. Bảng 2.1: Ảnh hưởng của mật độ dòng điện đến khối lượng niken kết tủa theo thời gian (g/dm2) Time (h) I = 2.5A/dm2 I = 5A/dm2 I = 8A/dm2 DM (g) = M-Mo pH DM (g) = M-Mo pH DM (g) = M-Mo pH 0,5 2,83 2,68 2,71 1 1,6 2,76 3,05 2,62 5 2,69 1,5 2,79 2,72 2,73 2 3 2,83 6,7 2,77 9,85 2,72 2,5 2,86 2,88 2,73 3 4,9 2,84 11,05 2,80 15,05 2,78 3,5 2,79 2,84 2,86 4 6,8 2,88 14,4 2,76 21,7 2,84 Căn cứ vào đồ thị biểu diễn các kết quả của các mẫu ta thấy khối lượng kết tủa hầu như phụ thuộc tuyến tính vào thời gian và mật độ dòng. Như vậy, định luật Pharaday hoàn toàn có thể áp dụng vào quá trình điện phân thu hồi niken thông qua dịch điện ly niken sunfat và muối cấp liệu cacbonat bazơ niken. 2.1.2 Ảnh hưởng của độ pH ban đầu và mật độ dòng đến lượng kết tủa niken kim loại Độ pH ban đầu là độ pH dung dịch khi ta bắt đầu tiến hành điện phân. Ở mục trên đã khảo sát ảnh hưởng của dòng điện đến lượng niken kết tủa và cho thấy định luật Faraday đúng cho trường hợp độ kiềm của dung dịch pHo = 3 và dao động trong khoảng hẹp. Dưới đây tiến hành khảo sát thực nghiệm về định luật này trong trường hợp độ pH ban đầu của dung dịch thay đổi trong khoảng rộng từ 1 đến 4. Các mẫu được điện phân trong thời gian 1h ở các điều kiện mật độ dòng và pH đã chọn. Kết quả được đưa vào bảng 2.2 và các hình 2.4, 2.5. Bảng 2.2: Mối liên quan giữa khối lượng Ni kết tủa (g/dm2) với độ pH và mật độ dòng ic Mật độ dòng Di Độ pH 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 4,0 2,5A/dm2 0,25 0,5 0,7 1,35 1,6 5,6 5 A/dm2 0,6 0,7 2,3 2,8 3,1 5,3 8 A/dm2 0,3 0,65 1,9 3,7 5,05 5,5 Căn cứ vào các số liệu trên bảng 2.2 và minh hoạ trên các đồ thị ở hình 2.4 có thể thấy rằng khi pH dung dịch thấp hơn 2, thế điện cực của H2 vượt trội (dương hơn) so với thế điện cực của niken (xem hình 1.5 giản đồ cân bằng j-pH). Trong trường hợp này ion H+ phóng điện mạnh mẽ, tranh dành năng lượng điện và lấn át ion Ni2+ phóng điện. Khi tăng mật độ dòng, thế điện cực của hydro cũng tăng theo công thức Tafel [8] h = 0,63 + 0,11lgi, do đó ion hydro vẫn lấn át ion niken làm cho lượng kết tủa của niken lên catôt rất thấp và không thể tăng lên được dù có tăng dòng điện lên bao nhiêu đi nữa. Điều này được minh hoạ ở đường 1 và 2 ứng với pH=1 và pH=1,5. Khi pH = 2 thế điện cực của H2 vượt trội không nhiều so với Ni do đó niken vẫn phóng điện gần ngang bằng so với hydro và lượng kết tủa có tăng khi mật độ dòng tăng đến một mức độ nào đó – điều này được minh hoạ bởi đường 3 trên hình 3.8 khi mật độ dòng tăng từ 2,5 đến 5A/dm2. Tuy nhiên khi tiếp tục tăng mật độ dòng lên thì thế điện cực của H2 tăng vượt trội so với của Ni theo công thức Tafel 1.4 nêu trên làm cho quá trình phóng điện của H+ lấn át quá trình phóng điện của Ni2+, lượng niken kết tủa lập tức bị sụt giảm, điều này được minh hoạ bởi đường 3 khi mật độ dòng tăng từ 5 đến 8A/dm2. Như vậy đường cong 3 không tuân theo định luật Faraday vì mối quan hệ giữa lượng niken kết tủa lên catôt đã không phụ thuộc tuyến tính vào mật độ dòng điện mà nguyên nhân ảnh hưởng trực tiếp lên quá trình này là sự thay đổi pH liên quan tới chính mật độ dòng. Trên đồ thị 2.4, chỉ có các đường đồ thị 4 (pH=2,5), 5 (pH=3), 6 (pH=4) biểu diễn mối quan hệ tuyến tính giữa lượng niken kết tủa và mật độ dòng tuân theo định luật Faraday. Tuy nhiên ở độ pH = 4, lượng niken kết tủa hầu như không tăng khi mật độ dòng tăng. Điều này có thể giải thích rằng khi độ pH cao ở một mức độ nào đó (trong trường hợp này pH=4), tốc độ hoà tan muối cacbonat bazơ niken bị khó khăn và chậm lại (do không đủ lượng axit H2SO4 dư), khiến cho nguồn cấp ion Ni2+ không kịp với tốc độ điện phân, gây ra phân cực nồng độ dẫn đến ức chế quá trình kết tủa niken, đồng thời lại thúc đẩy quá trình phóng điện của ion H+ làm tiêu hao phần lớn năng lượng điện một cách vô ích. Các đường đồ thị 4 và 5 (ứng với pH = 2,5 và 3) cho thấy hiệu quả của việc tăng mật độ dòng điện dẫn đến lượng niken kết tủa tăng mạnh. Đặc biệt, đường 4 cho thấy hiệu suất tăng lượng niken kết tủa khi tăng mật độ dòng cao hơn các trường hợp khác trên đồ thị. Trên hình 2.5 các đồ thị M1-2-3 cũng biểu diễn ảnh hưởng của độ pH ban đầu và mật độ dòng đến lượng niken kết tủa, chúng chỉ ra một cách rõ nét hơn hiệu suất của mật độ dòng ở từng giá trị pH cụ thể. Ví dụ: Ở độ pH = 2,5 thì hiệu suất kết tủa niken đạt cao nhất khi mật độ dòng nằm trong khoảng 5÷8A/dm2; ở độ pH = 3 giá trị này là 8A/dm2; ở độ pH = 4 giá trị này lại là 2,5A/dm2. Tuy nhiên qua quá trình thực nghiệm bán sản xuất lâu dài, chúng tôi nhận thấy điện phân với độ pH trong khoảng 2÷3 và mật độ dòng Ic = 5 A/dm2 bảo đảm các thao tác công nghệ được diễn ra dễ dàng và ổn định. Như vậy so với trường hợp mạ điện đơn thuần (anot niken hoà tan), điện phân thu hồi niken (nguồn cấp ion từ muối cacbonat bazơ niken) cũng có cùng giá trị mật độ dòng Ic = 5A/dm2 thích hợp, nhưng độ pH thích hợp lại thấp hơn: 2÷3 so với 4÷4,5 của trường hợp mạ điện. Ảnh hưởng của mật độ dòng và độ pH thích hợp cho quá trình điện phân niken kim loại với các thông số tối ưu là: mật độ dòng 5A/dm2, độ pH tốt nhất là 3. 2.1.3 Ảnh hưởng của nguyên liệu cung cấp nguồn ion Ni2+ đến lượng niken kết tủa Trong quá trình điện phân nguồn cấp ion Ni2+ và ổn định độ pH của dung dịch có 2 loại hợp chất: NiCO3.nNi(OH)2 (cacbonat bazơ niken) và Ni(OH)2 (hydroxyt niken). Để kiểm chứng xem ảnh hưởng của chúng đến năng suất điện phân cần tiến hành thực nghiệm trong điều kiện sau: điện phân với mật độ dòng khác nhau và duy trì độ kiềm của dung dịch ở pH = 3 bằng 2 nguyên liệu khác nhau. Sau cùng thời gian 1h các mẫu được cân xác định khối lượng ; các số liệu được trình bày trên bảng 2.3 và được biểu diễn trên đồ thị ở hình 2.6 dưới đây. Căn cứ vào bảng 2.3 và hình 2.6 ta thấy nguyên liệu từ cacbonat bazơ niken cho phép điện phân với năng suất cao hơn hẳn nguyên liệu từ hydroxyt niken. Điều này có thể giải thích như sau: Khi được bổ sung vào dung dịch điện phân cacbonat bazơ niken được hoà tan bởi axit sulfuric dư có tạo ra khí CO2 là sản phẩm của phản ứng hòa ran muối trong axit. Khi phản ứng này xảy ra bọt khí này thoát lên mãnh liệt (khiến từng mảng muối cacbonat niken trôi nổi) vô tình làm khuấy trộn dung dịch, nhờ đó góp phần làm giảm phân cực nồng độ, tạo điều kiện cho quá trình phóng điện của ion niken và kết tủa lên catôt được thuận lợi. Còn hydroxyt niken khi tham gia phản ứng không tạo ra pha khí nên không xảy ra quá trình khuấy trộn tự nhiên này, không cải thiện được phân cực nồng độ nên sự phóng điện của ion niken và kết tủa lên catôt bị ức chế làm cho năng suất bị thấp hơn hẳn (khoảng 30 – 40%) so với trường hợp kia. Chính quá trình khuấy trộn tự nhiên không được cải thiện nếu dùng hydroxyt niken nên tấm màng niken catot không được đồng đều về độ dày, phía trên mỏng hơn còn vùng dưới lại dày hơn. Điều này chứng tỏ rằng ban đầu hydroxyt niken vào bể nó nặng và chìm xuống đáy, sau đó xảy ra phản ứng hoà tan niken làm cho mật độ Ni2+ lớp đáy cao hơn lớp trên bởi quá trình chậm khuếch tán, hơn nữa chính bản thân niken là kim loại nặng cho nên khả năng khuếch tán tự nhiên của nó càng kém, điều này đã làm cho độ dày của tấm màng niken catot không đồng đều theo chiều cao của lớp bể mạ. Đặc biệt khi tăng mật độ dòng, mối quan hệ giữa lượng niken kết tủa với mật độ dòng càng không tuân theo định luật Faraday vì chế độ khuếch tán không có sự khuấy trộn càng không thể bảo đảm cung cấp đủ ion niken Ni2+ cho quá trình phóng điện trên catôt và đây là hiệu quả của sự phát sinh phân cực khuếch tán do chậm cung cấp ion niken. Bảng 2.3: Lượng niken kết tủa g/dm2 catôt phụ thuộc vào nguồn cấp nguyên liệu và mật độ dòng Nguyên liệu Mật độ dòng, A/dm2 2,5 5,0 8,0 NiCO3.nNi(OH)2 1,6 3,1 5,1 Ni(OH)2 0,9 2,2 2,8 Từ kết quả thực nghiệm trên, có thể thấy rằng sử dụng muối cacbonat bazơ niken NiCO3.nNi(OH)2 làm nguyên liệu cấp ion Ni2+ cho quá trình điện phân niken là thích hợp hơn cả. Muối cacbonatbazo niken cho lượng niken kết tủa lớn hơn hẳn so với việc sử dụng muối bazo niken, nhờ vậy mà có thể giảm được tiêu hao điện năng, thời gian điện phân, nâng cao năng suất và cải thiện sự đồng đều bề mặt của tấm màng niken điện phân trên điện cực trơ nhôm. 2.2. Ảnh hưởng của một số yếu tố đến sự nguyên vẹn và chất lượng tấm màng niken hình thành trên điện cực nhôm 2.2.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ ban đầu đến tình trạng bong nứt Một điều quan trọng để nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ đó là các thông số nhiệt tại bề mặt trao đổi I, R, điều này đã thể hiện rõ ở công thức công suất trao đổi nhiệt Q = I2R, trong đó R là tổng trở dung dịch, catot, anot và điện trở tiếp xúc giữa catot, anot với dung dịch điện ly. Ta có thể dễ dàng xác định bằng cách thay đổi điện áp và cường độ dòng điện, từ đó xác định được tổng trở của bình cỡ 1,12 Ω. Trong quá trình điện phân ta thường áp dòng lớn trên 5 A/dm2, do đó ảnh hưởng của điện trở sẽ nhỏ hơn rất nhiều so với ảnh hưởng của dòng điện đến nhiệt độ trong quá trình điện phân. Bảng 2.4: Sự bong nứt phụ thuộc vào cách khống chế mật độ dòng Dòng điện ban đầu (A/dm2) Độ tăng dần mật độ dòng (A/dm2/h) Hiện tượng 5 Bong nứt 4 1 Bong nứt 0,5 Bon