硫酸鎳的化學(xué)式為NiSO4,是一種常見(jiàn)的鎳 (Ⅱ)鹽。無(wú)水鹽為黃色粉狀物或檸檬黃色等軸八面體晶體,溶于水,難溶于乙醇、乙醚、丙酮,因吸收空氣中的水分而成綠色,加熱時(shí)分解,相對(duì)密度為3.6。水合硫酸鎳主要有NiSO4·7H2O和NiSO4·6H2O兩種。七水合物為水綠色斜方棱形晶體,有甜味,俗稱(chēng)“翠礬”。其熔點(diǎn)為98~100℃,加熱至103℃時(shí)失去其6個(gè)結(jié)晶水,279℃時(shí)變?yōu)闊o(wú)水物,約300℃時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)榫G黃色,相對(duì)密度為1.9。六水合硫酸鎳有α、β兩種變體,α-型為藍(lán)綠色正方系晶體,β-型為透明綠色單斜系晶體,在干燥空氣中可風(fēng)化,轉(zhuǎn)變點(diǎn)為53.3℃,103℃失去6分子水,易溶于水、乙醇、氨水,相對(duì)密度為2.0。兩種水合硫酸鎳都易溶于水,不溶于醇。將金屬鎳溶于硫酸可制得硫酸鎳,為了加快反應(yīng)速度,常加入硝酸或過(guò)氧化氫等氧化劑,相關(guān)化學(xué)反應(yīng)方程式如下: Ni+H2SO4+2HNO3=NiSO4+2NO2↑+2H2O
也可將氧化鎳或碳酸鎳溶于稀硫酸中來(lái)制?。?
NiO+H2SO4=NiSO4+H2O
NiCO3+H2SO4=NiSO4+H2O+CO2↑
硫酸鎳能與堿金屬或銨的硫酸鹽作用而成水合復(fù)鹽M2SO4·NiSO4·6H2O,M為堿金屬或銨離子,常見(jiàn)的有硫酸鎳鉀K2SO4·NiSO4·6H2O,硫酸鎳銨 (NH4)2SO4·NiSO4·6H2O。此外,還有堿式硫酸鎳,即水合三氧化硫合氧化鎳xNiO·ySO3·zH2O。硫酸鎳大量用作鍍鎳電鍍液和催化劑,硫酸鎳銨也可用做顏料。
無(wú)水物硫酸鎳為黃色立方晶系晶體。相對(duì)分子質(zhì)量154.78。相對(duì)密度3.68。熔點(diǎn)848℃,分解,放出三氧化硫。不溶于乙 醚、丙酮,溶于水(0℃時(shí)28.1、 10℃時(shí)33.0、20℃時(shí)38.4、 25℃時(shí)41.2、30℃時(shí)44.1、40℃時(shí)48.2、50℃時(shí) 52.8、60℃時(shí)56.9、80℃時(shí)66.7、100℃時(shí)69.3)、乙 醇(15℃時(shí)0.017、55℃時(shí)0.025)、甲醇(15℃時(shí) 0.061、35℃時(shí)0.110、55℃時(shí)0.222)。有吸濕性,在潮濕性空氣中易變成綠色的水合物。
六水硫酸鎳有兩種晶型,α-型及β-型。α-型為藍(lán)色四方晶系棱柱狀結(jié)晶;β-型為綠色單斜晶系結(jié)晶。有甜而澀的味道。相對(duì)分子質(zhì)量262.86。相對(duì)密度2.07。在53.5℃時(shí)α-型轉(zhuǎn)變?yōu)?beta;-型。 β-型在40℃時(shí)穩(wěn)定。在室溫下變成藍(lán)色不透明體。略有熒光。100℃時(shí)失水五分子水。280℃時(shí)變?yōu)闊o(wú)水鹽。折射率1.511(α-型)、1.487(β- 型)。溶于水(0℃時(shí)62.52、100℃時(shí)340.7)、甲醇(室溫時(shí)42.5)、乙醇和氫氧化銨。
七水硫酸鎳又稱(chēng)碧礬。斜方晶系綠色針狀晶體。相對(duì)分子質(zhì)量280.88。相對(duì)密度1.948。熔點(diǎn)99℃。在31.5℃時(shí)脫一分子水,變?yōu)?alpha;-型的六水合物; 在53.3℃時(shí)脫一分子水,轉(zhuǎn)變?yōu)?beta;-型的六水合物。在103℃時(shí)可脫除六分子水。280℃時(shí)脫除全部結(jié)晶水。在空氣中易風(fēng)化,變成不透明的粉末,此粉末遇水重新變?yōu)榫G色。易溶于水:0℃時(shí) 27.9、20℃時(shí)37.8、40℃時(shí)50.4,溶于甲醇、乙醇。
【硫酸鎳的用途】
硫酸鎳大量用來(lái)作鍍鎳電鍍液和催化劑,媒染劑;顏料 原料;油漆催干劑;金屬著色劑等。 硫酸鎳銨也可用作顏料。
【硫酸鎳的制備方法】
1、將鎳與少量硝酸一起溶于硫酸中,過(guò)濾除去雜質(zhì),將濾液加熱濃縮,常溫下冷卻,可析出七水硫酸鎳。 在25℃下,采用43%硫酸溶液,還可析出四水合物。在131℃下從硫酸鎳飽和溶液中也能析出二水合物,在103℃下加熱二水合物,也可獲得一水合物。
2、以一氧化鎳與硫酸作用,也可制得七水硫酸鎳。
【從硫酸鎳溶液中電解提取陰極鎳】
硫酸鎳電解提取(沉積)屬于不溶陽(yáng)極電解,其槽總電化學(xué)反應(yīng)不為零。該工藝為哈賈伐爾塔精煉廠(chǎng)、日本礦業(yè)公司日立精煉廠(chǎng)和津巴布韋的賓都拉冶煉廠(chǎng)采用。前者共有126個(gè)電解槽,其內(nèi)部尺寸為6.6m×1.22m×1.2m。
純鉛陽(yáng)極放在聚酯布袋內(nèi),產(chǎn)生的氧氣通過(guò)布袋直接排向車(chē)間。陽(yáng)極尺寸為1.0m×0.75m×0.008m,平均使用壽命為5~ 6a,每槽共49片;陰極每槽48片,尺寸為0.97m×0.89m× 0.0012m,由不銹鋼種板電積36h后剝得,壽命為7d,每片重約 80kg,同極距為30mm。要求陰極液成分(g/L)為:Ni 95~100, Cu<0.001,F(xiàn)e<0.0005,Co0.01,Pb<0.0002,Zn0.002。每隔膜袋循環(huán)量為15L/h,袋內(nèi)外液面差20mm。陰極電流密度220~ 230A·m-2,槽電壓為3.6V,陰極電流效率96%~97%,整流器為20kA×400V。
賓都拉廠(chǎng)工藝與哈賈伐爾塔廠(chǎng)相近,惟同極距為160mm,液面差25mm,凈化后液含Ni2+96g/L,陰極室內(nèi)Ni2+68g/L,其他雜質(zhì)為(10-6): Cu 1,Co1~2,Pb1,F(xiàn)e1,Zn1,pH3.5。溫度 65℃,陰極電流密度225A/m2,電流效率95%。
【光亮鍍鎳鍍液PH值控制】
光亮鍍鎳的溶液呈弱酸性,陰極電流效率小于100%。因此,在電鍍過(guò)程中陰極上除了鎳的沉積外,還有少量的氫氣析出,氫氣的析出,影響到溶液的氫離子的濃度,而pH的控制范圍對(duì)鍍層質(zhì)量又是至關(guān)重要的一個(gè)參數(shù)。
pH的大小對(duì)鍍液與鍍層質(zhì)量有直接影響。pH過(guò)高,陰極附近區(qū)域會(huì)出現(xiàn)堿式鎳鹽沉淀的傾向,并有利于氫氣泡停留在陰極(即鍍件的下半部)從而使鍍層產(chǎn)生針孔,同時(shí),由于鍍層中夾有堿式鎳鹽,使鍍層結(jié)晶粗糙,并有脆性裂紋。因此,只有采用較低的電流密度的普通鎳或滾鍍鎳,才能使用較高的pH。pH較低的鍍液,其陽(yáng)極溶解較好,泥渣也少,并能采用較高的電流密度,故一般快速鍍鎳液中,都用較低的pH,pH低還能減少由于鍍液渾濁而引起的毛刺、針孔。當(dāng)然pH過(guò)低也有缺點(diǎn),使鍍層光亮度比高pH的差,沉積速度也緩慢一些。
應(yīng)該指出,各種光亮鍍鎳的配方中,隨著主鹽的含量不同,相應(yīng)鍍液pH控制范圍應(yīng)當(dāng)也不一樣。其一般規(guī)律是: 硫酸鎳含量過(guò)高時(shí),pH允許偏低;硫酸鎳含量低時(shí),pH應(yīng)偏高。pH總的變化范圍,控制在3.8~5.5為好,如果過(guò)低,會(huì)使陰極電流效率下降,鍍層脆性大,甚至得不到鍍層,只有氫氣的析出;反之pH過(guò)高,溶液渾濁,沉積出來(lái)的鍍層發(fā)霧,產(chǎn)生毛刺并有嚴(yán)重脆性。
光亮鍍鎳的pH,實(shí)際生產(chǎn)中是逐漸升高的。這是因?yàn)闅潆x子在陰極上還原析出的結(jié)果,因此每天下班前,應(yīng)用pH試紙進(jìn)行檢查,如果pH偏高,可用10%的硫酸進(jìn)行調(diào)整;若鍍液的pH偏低時(shí),用5%~10%氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液調(diào)整。注意,一般不宜經(jīng)常采用加NaOH,以防Na+增高,但在加入氫氧化鈉(或氫氧化鉀)時(shí)要加強(qiáng)攪拌,緩慢加入,以免局部pH過(guò)高,形成氫氧化鎳沉淀。如果用碳酸鎳更好,方法是將碳酸鎳先用熱水調(diào)成糊狀,再溶解于鍍液中,攪拌均勻直至pH到正常工藝范圍為止。主要靠現(xiàn)場(chǎng)堅(jiān)持測(cè)控,一般調(diào)整量就很小。
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