» » Электролит в электролитическом рафинировании никеля
07.05.2015

При электролитическом рафинировании нашли применение лишь сульфатный и сульфат-хлоридный электролиты.
Так называемый сульфатный электролит имел следующий состав: 40 г/л Ni (в виде NiSO4), 40 г/л Na2SO4, 5 г/л NaCl, 20 г/л H3BO3. Применение сульфатного электролита позволяло работать при плотностях тока ~130 а/м2.
Сульфат-хлоридный электролит, содержащий 45 г/л Ni, 20 г/л Na2SO4, 60 г/л NaCl1 15 г/л H3BO3, позволил заводу Порт-Кольбор» поднять плотность тока до 170 а/м2.
На заводах Советского Союза обычно применяют сульфат-хлоридный электролит несколько иного состава, а именно; -60—65 г/л Ni, 40—60 г/л NaCl, ~60 г/л Na2SO4, 3—6 г/л H3BO3. Характерной особенностью этого электролита является повышенная концентрация соли никеля, что позволяет снизить концентрацию дорогой борной кислоты и работать при катодных плотностях тока до 250 а/м2.
Растворимость сульфата и хлорида никеля достаточна для обеспечения нужной концентрации соли в растворе. Однако электропроводность сульфата никеля невелика — порядка 0,06 ом-1*см-1 при 50° для однополярного раствора. Поэтому в сульфатный раствор приходится вводить специальные электропроводящие добавки.
Наиболее полные данные по электропроводности никелевого электролита были получены Н.П. Федотьевым и В.В. Свечниковой. Однако предложенный ими метод расчета удельной электропроводности электролита, основанный на правиле аддитивности, дает правильные результаты лишь для растворов с малой концентрацией хлористого натрия и небольшими концентрациями других солей, т. е. для сульфатного электролита; к высококонцеитрированным сульфат-хлоридным электролитам, применяемым при интенсифицированном режиме электролиза, правило аддитивности оказывается уже неприменимым.
Электролит в электролитическом рафинировании никеля

Из измерений удельной электропроводности, выполненных Е.С. Koзич в институте «Гипроникель», следует, что в сульфат-хлоридном электролите возрастание концентрации сульфата никеля очень мало влияет на величину удельной электропроводности, а сульфат натрия является малоэффективной электропроводящей добавкой. Значительно более эффективен хлористый натрий.
На рис. 54 приведены результаты измерений электропроводности и вязкости двух тройных систем: NiCl2—NiSO4—Na2SO4 (верхний треугольник) и NiCl2—NiSO4—NaCl (нижний треугольник) для суммарной концентрации солей в электролите 2 г*мол/л и температуре 65°, по данным Н.Н. Куликовой, Л.С. Ивановой и А.П. Селигерской (Североникель). Каждое деление диаграммы соответствует 0,2 г*мол/л. Средняя линия, соединяющая чистые компоненты NiCl2 и NiSO4, дает изменение удельной электропроводности и ,вязкости в двойной системе NiCl2—NiSO4.
Цифры, приведенные на диаграмме у пересечения линий, обозначают: верхняя — удельную электропроводность (ом-1*см-1), нижняя — вязкость (сантипуазы). Правило пользования этой диаграммой ясно из следующего примера, Удельная электропроводность 0,248 ом-1*см-1 (точка на диаграмме отмечена кружком) соответствует раствору, содержащему 0,4 г-мол/л NaCl, 1,2 г мол/л NiCl*, 0,4 г*мол/л NiSC4.
Электролит в электролитическом рафинировании никеля

Исходя из измерений электропроводности, можно установить оптимальный состав электролита, обладающий максимальным значением удельной электропроводности и, следовательно, обеспечивающий минимальные омические потери напряжения в ванне.
Электролит максимальной электропроводности должен содержать 45—65 г/л Ni и около 60 г/л Na2SO4, концентрация хлористого натрия должна быть по возможности высокой. Электропроводность электролита оптимального состава при концентрации хлористого натрия 50 г/л составляет около 0,15 ом~1*см-1 при 50°, 0,16 — при 55°, 0,18 — при 60° и 0,19 ом~1*см~1 при 70°.
Кроме электропроводности, существенное значение имеют «буфферные свойства» никелевого электролита, поскольку ими определяются количества кислоты или щелочи, необходимые для изменения pH раствора. В качестве добавки к электролиту нашла промышленное применение борная кислота. Из кривых изменения pH с изменением содержания кислоты или щелочи в электролите, приведенных на рис. 55, видно, что правые ветви их не отличаются друг от друга, т.е. в области низких pH борная кислота не оказывает никакого действия; наоборот, левые ветви кривых очень сильно зависят от состава раствора. С повышением концентрации борной кислоты и хлористого натрия значение pH уменьшается до величины, при которой дальнейшее подщелачивание уже незначительно влияет на pH. Пологие «буферные» участки кривых фактически связаны с образованием коллоидных частиц, а не с изменением диссоциации слабого электролита. При отсутствии борной кислоты буферная ветвь кривой определяется связыванием щелочи в мицеллы гидрозакиси никеля и мицеллы его основных солей, а при наличии борной кислоты образуются мицеллы дибората никеля состава Ni(OH)2*2Н3ВО3. Соответствующие величины pH начала гидратообразования никеля и примесей, полученные в институте «Гипроникель», в зависимости от состава электролита и температуры имеются в статьях и в книге В.И. Лайнера и Н.Т. Кудрявцева.