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硫酸镍的主要用途和相关化学反应

发布日期:2016/3/23 10:58:42

硫酸镍的化学式为NiSO4,是一种常见的镍 (Ⅱ)盐。无水盐为黄色粉状物或柠檬黄色等轴八面体晶体,溶于水,难溶于乙醇、乙醚、丙酮,因吸收空气中的水分而成绿色,加热时分解,相对密度为3.6。水合硫酸镍主要有NiSO4·7H2O和NiSO4·6H2O两种。七水合物为水绿色斜方棱形晶体,有甜味,俗称“翠矾”。其熔点为98~100℃,加热至103℃时失去其6个结晶水,279℃时变为无水物,约300℃时转变为绿黄色,相对密度为1.9。六水合硫酸镍有α、β两种变体,α-型为蓝绿色正方系晶体,β-型为透明绿色单斜系晶体,在干燥空气中可风化,转变点为53.3℃,103℃失去6分子水,易溶于水、乙醇、氨水,相对密度为2.0。两种水合硫酸镍都易溶于水,不溶于醇。将金属镍溶于硫酸可制得硫酸镍,为了加快反应速度,常加入硝酸或过氧化氢等氧化剂,相关化学反应方程式如下: Ni+H2SO4+2HNO3=NiSO4+2NO2↑+2H2O
也可将氧化镍或碳酸镍溶于稀硫酸中来制取:
NiO+H2SO4=NiSO4+H2O
NiCO3+H2SO4=NiSO4+H2O+CO2↑
硫酸镍能与碱金属或铵的硫酸盐作用而成水合复盐M2SO4·NiSO4·6H2O,M为碱金属或铵离子,常见的有硫酸镍钾K2SO4·NiSO4·6H2O,硫酸镍铵 (NH4)2SO4·NiSO4·6H2O。此外,还有碱式硫酸镍,即水合三氧化硫合氧化镍xNiO·ySO3·zH2O。硫酸镍大量用作镀镍电镀液和催化剂,硫酸镍铵也可用做颜料。


无水物硫酸镍为黄色立方晶系晶体。相对分子质量154.78。相对密度3.68。熔点848℃,分解,放出三氧化硫。不溶于乙 醚、丙酮,溶于水(0℃时28.1、 10℃时33.0、20℃时38.4、 25℃时41.2、30℃时44.1、40℃时48.2、50℃时 52.8、60℃时56.9、80℃时66.7、100℃时69.3)、乙 醇(15℃时0.017、55℃时0.025)、甲醇(15℃时 0.061、35℃时0.110、55℃时0.222)。有吸湿性,在潮湿性空气中易变成绿色的水合物。

六水硫酸镍有两种晶型,α-型及β-型。α-型为蓝色四方晶系棱柱状结晶;β-型为绿色单斜晶系结晶。有甜而涩的味道。相对分子质量262.86。相对密度2.07。在53.5℃时α-型转变为β-型。 β-型在40℃时稳定。在室温下变成蓝色不透明体。略有荧光。100℃时失水五分子水。280℃时变为无水盐。折射率1.511(α-型)、1.487(β- 型)。溶于水(0℃时62.52、100℃时340.7)、甲醇(室温时42.5)、乙醇和氢氧化铵。

七水硫酸镍又称碧矾。斜方晶系绿色针状晶体。相对分子质量280.88。相对密度1.948。熔点99℃。在31.5℃时脱一分子水,变为α-型的六水合物; 在53.3℃时脱一分子水,转变为β-型的六水合物。在103℃时可脱除六分子水。280℃时脱除全部结晶水。在空气中易风化,变成不透明的粉末,此粉末遇水重新变为绿色。易溶于水:0℃时 27.9、20℃时37.8、40℃时50.4,溶于甲醇、乙醇。

【硫酸镍的用途】

硫酸镍大量用来作镀镍电镀液和催化剂,媒染剂;颜料 原料;油漆催干剂;金属着色剂等。 硫酸镍铵也可用作颜料。

【硫酸镍的制备方法】
 
1、将镍与少量硝酸一起溶于硫酸中,过滤除去杂质,将滤液加热浓缩,常温下冷却,可析出七水硫酸镍。 在25℃下,采用43%硫酸溶液,还可析出四水合物。在131℃下从硫酸镍饱和溶液中也能析出二水合物,在103℃下加热二水合物,也可获得一水合物。
2、以一氧化镍与硫酸作用,也可制得七水硫酸镍。


【从硫酸镍溶液中电解提取阴极镍】
硫酸镍电解提取(沉积)属于不溶阳极电解,其槽总电化学反应不为零。该工艺为哈贾伐尔塔精炼厂、日本矿业公司日立精炼厂和津巴布韦的宾都拉冶炼厂采用。前者共有126个电解槽,其内部尺寸为6.6m×1.22m×1.2m。
纯铅阳极放在聚酯布袋内,产生的氧气通过布袋直接排向车间。阳极尺寸为1.0m×0.75m×0.008m,平均使用寿命为5~ 6a,每槽共49片;阴极每槽48片,尺寸为0.97m×0.89m× 0.0012m,由不锈钢种板电积36h后剥得,寿命为7d,每片重约 80kg,同极距为30mm。要求阴极液成分(g/L)为:Ni 95~100, Cu<0.001,Fe<0.0005,Co0.01,Pb<0.0002,Zn0.002。每隔膜袋循环量为15L/h,袋内外液面差20mm。阴极电流密度220~ 230A·m-2,槽电压为3.6V,阴极电流效率96%~97%,整流器为20kA×400V。
宾都拉厂工艺与哈贾伐尔塔厂相近,惟同极距为160mm,液面差25mm,净化后液含Ni2+96g/L,阴极室内Ni2+68g/L,其他杂质为(10-6): Cu 1,Co1~2,Pb1,Fe1,Zn1,pH3.5。温度 65℃,阴极电流密度225A/m2,电流效率95%。


【光亮镀镍镀液PH值控制】
光亮镀镍的溶液呈弱酸性,阴极电流效率小于100%。因此,在电镀过程中阴极上除了镍的沉积外,还有少量的氢气析出,氢气的析出,影响到溶液的氢离子的浓度,而pH的控制范围对镀层质量又是至关重要的一个参数。

pH的大小对镀液与镀层质量有直接影响。pH过高,阴极附近区域会出现碱式镍盐沉淀的倾向,并有利于氢气泡停留在阴极(即镀件的下半部)从而使镀层产生针孔,同时,由于镀层中夹有碱式镍盐,使镀层结晶粗糙,并有脆性裂纹。因此,只有采用较低的电流密度的普通镍或滚镀镍,才能使用较高的pH。pH较低的镀液,其阳极溶解较好,泥渣也少,并能采用较高的电流密度,故一般快速镀镍液中,都用较低的pH,pH低还能减少由于镀液浑浊而引起的毛刺、针孔。当然pH过低也有缺点,使镀层光亮度比高pH的差,沉积速度也缓慢一些。

应该指出,各种光亮镀镍的配方中,随着主盐的含量不同,相应镀液pH控制范围应当也不一样。其一般规律是: 硫酸镍含量过高时,pH允许偏低;硫酸镍含量低时,pH应偏高。pH总的变化范围,控制在3.8~5.5为好,如果过低,会使阴极电流效率下降,镀层脆性大,甚至得不到镀层,只有氢气的析出;反之pH过高,溶液浑浊,沉积出来的镀层发雾,产生毛刺并有严重脆性。

光亮镀镍的pH,实际生产中是逐渐升高的。这是因为氢离子在阴极上还原析出的结果,因此每天下班前,应用pH试纸进行检查,如果pH偏高,可用10%的硫酸进行调整;若镀液的pH偏低时,用5%~10%氢氧化钠或氢氧化钾溶液调整。注意,一般不宜经常采用加NaOH,以防Na+增高,但在加入氢氧化钠(或氢氧化钾)时要加强搅拌,缓慢加入,以免局部pH过高,形成氢氧化镍沉淀。如果用碳酸镍更好,方法是将碳酸镍先用热水调成糊状,再溶解于镀液中,搅拌均匀直至pH到正常工艺范围为止。主要靠现场坚持测控,一般调整量就很小。

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