提升電積鎳板物理外觀質量的試驗研究

王玉華，馬 晶，楊粉娟，徐文芳，王耀斌，艾新橋

（金川集團公司鎳鈷研究設計院，甘肅 金昌 737100）

某廠萃取—電積鎳生產(chǎn)線自產(chǎn)出首批合格電積鎳產(chǎn)品以來，電積鎳產(chǎn)量和質量逐步提高，但是電積鎳板有氣孔現(xiàn)象未從根本解決，板面頻繁出現(xiàn)密集氣孔，導致產(chǎn)品質量不高。針對生產(chǎn)現(xiàn)狀，分析了電積鎳板產(chǎn)生氣孔的原因，并研究了加入潤濕劑改善極板的潤濕性，促進氣泡逸出速度，避免板面氣孔生成。

1 陰極鎳板氣孔產(chǎn)生原因及消除措施

1.1 陰極鎳板產(chǎn)生氣孔的原因

從氫的析出原理看，鎳金屬板表面氫氣的析出比較難，很容易附著在極板表面，形成氣孔。而且鎳溶液的表面張力較大，陰極表面上生成的氫氣泡需長大到一定尺寸才能離開電極表面。

實際生產(chǎn)中，萃取工序殘余的有機雜質會吸附在陰極表面，使溶液與電極之間的界面張力增大，氫氣泡更容易滯留在這些部位，不會快速逸出，隨電積的進行，形成數(shù)量不等的洞穴。另外，電解液組成、電解溫度、電流密度、電極電勢和電極表面狀態(tài)等也都會影響電積產(chǎn)品質量。

1.2 氣孔消除措施

改變鎳板表面潤濕性，促使氣泡快速長大并逸出，從陰極表面脫離，是解決板面氣孔生成的重要措施。

為防止沉積層產(chǎn)生氣孔，可以加入表面活性劑，一般為陰離子表面活性劑，以降低鎳溶液的表面張力，提高鎳溶液對陰極表面的潤濕性能，使氫氣泡不待長大就容易脫離電極表面，減少氫氣泡在電極表面的滯留時間［1－2］。試驗研究了加入適量有機表面活性劑來改善板面質量。

2 試驗方法

將電解新液（每周期5d，用同一槽溶液）打入高位槽，始極片和陽極相連，小型試驗中，每周期使用陽極4塊，陰極3塊，按設定流量循環(huán)溶液，加熱溶液溫度達到要求后，開啟硅整流調節(jié)電流。

3 試驗結果及討論

3.1 不同種類潤濕劑的效果

常用潤濕劑有表面活性物質十二烷基磺酸鈉（SDS）和十二烷基硫酸鈉以及上海潤濕劑廠生產(chǎn)的新型LB低泡潤濕劑。分別對這幾種潤濕劑進行試驗，試驗結果見表1。

表1 不同潤濕劑的潤濕效果

十二烷基硫酸鈉在酸性條件下的穩(wěn)定性次于一般磺酸鹽，長期加熱不宜超過95℃。十二烷基磺酸鈉（SDS）比烷基硫酸鹽的化學穩(wěn)定性更好，表面活性更強，HLB值在11～12左右，而十二烷基硫酸鈉的HLB值是40，SDS的親油性高于十二烷基硫酸鈉的親油性，但前者的價格高于后者，所以十二烷基硫酸鈉的實際應用更多［3］。SDS質量濃度為20mg／L時可使鎳溶液的表面張力降到最低，而十二烷基硫酸鈉的用量在100mg／L才可達到相同效果。另外，由于十二烷基硫酸鈉與鎳離子反應，在電積過程中被分解，添加量太少起不到潤濕作用，而如果加入量過多，則電解液表面張力不再呈下降趨勢，同時由于形成許多有機雜質，使鍍層產(chǎn)生桔皮狀條紋。故試驗選擇使用SDS作為潤濕劑。

3.2 極板前處理對電積鎳板外觀質量的影響

用SDS溶液對極板進行前處理。陰極板常規(guī)前處理后加入潤濕工序，使剛通電時氫氣泡的逸出速度加快。始極片常規(guī)處理后，在SDS溶液（質量濃度為1.0g／L）中浸泡20min，然后下入電積槽。試驗結果表明，用表面活性劑處理的始極片產(chǎn)出的電積鎳氣孔量較少，但仍然不能完全消除氣孔。

3.3SDS用量對電積鎳板外觀質量的影響

SDS質量濃度對電積鎳板外觀質量的影響試驗結果見表2。

表2 電解液中SDS質量濃度對電積鎳板外觀質量的影響

從表2看出：電解液中添加SDS后可明顯抑制電積鎳板表面氣孔的產(chǎn)生，而且電流效率明顯增大，也可稍微減輕工藝中除油壓力，使工藝條件適用范圍變寬。SDS質量濃度大于20mg／L，板面質量較好，晶粒明顯致密，金屬光澤，板面平直。可見，在電解液中加入SDS不但可改變鎳板表面的潤濕性，也可改善電極反應速度，使鎳沉積過程發(fā)生改變［4］。圖1為潤濕劑加入前后的電積鎳板的外觀照片（加入潤濕劑50mg／L），圖2為放大200倍的顯微照片。

圖1 電積鎳板外觀照片

圖2 電積鎳板放大200倍的顯微鏡照片

3.4 有SDS存在下，電解液pH、電流密度、陰極液流量對電積鎳板外觀質量的影響

在加入SDS條件下，改變新液pH進行試驗。結果表明，pH低于3.0時，氫氣的生成量明顯增多，板面初期即見氣孔，電流效率也下降；pH高于3.4，板面無氣孔但有少量疙瘩，電積鎳有生成堿式鎳的傾向。試驗期間，在開槽初期，pH波動較大，在2.5～4.5之間；pH為3.4時，電流效率較高。推薦生產(chǎn)時控制新液pH在3.3～3.5之間。

陰極液供給初期，每小時測一次袋內溶液的鎳離子質量濃度和pH。16h后，新液單耗為53.42 m3／t Ni時，袋內溶液pH為2.9～2.5；新液單耗為73.58m3／t Ni時，袋內溶液pH在3.0～3.5之間。可見，陰極液流量一旦偏小，pH即有所下降。

在加入SDS條件下，電流密度在170A／m2和200A／m2時，電積鎳板表面無氣孔，色澤光亮，物理外觀質量好，板面平直；電流密度在230 A／m2時，電積鎳板表面邊部有氣孔，可見氣流線痕跡，致密度降低，表面有少量疙瘩，外觀質量較小電流密度時的差，板面平直。試驗推薦使用200A／m2的電流密度。

3.7 潤濕劑對電積鎳化學質量的影響

潤濕劑對電積鎳產(chǎn)品化學質量的影響見表3。可以看出，電積鎳化學成分均達到Ni9996標準要求，但隨SDS用量增加，陽極液被泡沫帶入陰極袋致使鉛含量升高。

表3 電積鎳化學成分的質量分數(shù) %

4 潤濕劑對萃取的影響

為考察電積后液返回生產(chǎn)流程萃取鈷時殘留潤濕劑對鈷萃取率的影響，取50L電積后液，調整pH與未加潤濕劑溶液相同，在相同條件下萃取、反萃取20次。結果未發(fā)現(xiàn)分相困難、出現(xiàn)第三相等異常現(xiàn)象。可見，SDS對萃取鈷無不良影響。

5 結論

反復試驗結果表明，電積新液中加入適量潤濕劑，可使鎳板晶粒明顯變細，光澤度提高，表面氣孔大幅度減少，對后續(xù)萃取工序物不良影響。SDS的潤濕效果最好，而且在一定程度上減輕了工藝中除油壓力，使工藝條件適用范圍變寬。

在有潤濕劑存在條件下，電積鎳的電流密度可提高到230A／m2，此時電積鎳產(chǎn)品外觀基本無氣孔，表面光澤好。

［1］覃奇賢，郭鶴桐，劉淑蘭，等.電鍍原理與工藝［M］.天津：天津科學技術出版社，1993：156.

［2］王擁軍，張宇飛.降低不溶陽極電積鎳直流電耗的探討［J］.濕法冶金，2006，25（1）：33－35.

［3］郭力，鐘勁茅.十二烷基磺酸鈉在鍍鎳中的應用［J］.南昌航空工業(yè)學院學報，2005，19（1）：83－85.

［4］高天星，李仕雄，劉愛心.鎳電解陰極過程中潤濕劑的作用及其在線監(jiān)控［J］.中國有色金屬學報，2006，16（10）：1806－1811.