Nucleation Mechanism and Kinetics of Hydrogen Reduction of Nickel from Aqueous Solutions with Chromous Ions as Nucleating Agent

Abstract

This paper presents an experimental study on the nucleation mechanism and kinetics of hydrogen reduction of nickel from ammoniacal ammonium sulfate solutions with homogeneous nucleation by chromo us ions at 343–373 K and over the hydrogen pressure range of 0.67 × 103−2.05 × 103 kPa. Visual observations of experiments, as they proceed, in an ambient-pressure glass-reactor system are described. Nucleation of nickel embryos by chromous ions is found to be both heterogeneous and electrochemical in nature. In aqueous solutions, the homogeneous precipitation of Cr(OH)2 and Cr(OH) 3 appears to be the precursor to the electrochemical reduction of the nickel ions by chromous ions on these precipitates. The kinetics of the hydrogen reduction reaction is examined as a function of reduction reaction conditions. The reaction is very rapid and proceeds almost to completion (Ni < 100 ppm) in about 10 min. It is independent of initial nickel concentration, proportional to the square root of chromous concentration added, and 1.7 order with reference to hydrogen pressure. The apparent activation energy of the reduction reaction with hydrogen was determined to be 76 kJ mol−1 and the reduction reaction was found to be chemically controlled. Résumé Cet article présente une étude expérimentale des mécanismes de germination et de la cinétique de réduction du nickel par l’hydrogène à partir de solutions de sulfate d’ammonium ammoniacal présentant une germination homogène par ions-chrome à 343–373 K dans un intervalle de pression d’hydrogene variant de 0.67 × 103 à 2.05 x 103 kPa. Des observations visuelles de l’expérience sont présentées au cours du procédé se déroulant dans un réacteur de verre à pression ambiante. La germination des embryons de nickel à partir des ions-chrome s’avère étré de nature hétérogène et électrochimique. Dans des solutions aqueuses, la précipitation homogène de Cr(OH)2 et Cr(OH)3 est la première étape de la réduction électrochimique des ions-nickel par les ions-chrome de ces précipités. La cinétique de la réaction de réduction par l’hydrogène est étudiée en fonction des conditions de réduction. La réaction est très rapide et presque complétée (Ni < 100 ppm) après environ 10 minutes. Elle est indépendante de la concentration initiale en nickel, proportionnelle à la racine carrée de la concentration de chrome ajoutée et affectée d’un exposant 1.7 par rapport à la pression d’hydrogène. L’ énergie d’activation apparente de la réduction par l’hydrogène a été estimée à 76 kJ mol−1 et la réaction semble étré chimiquement contrôlée.