由Cu2＋引起的氰化物滾鍍銅故障及控制方法

郭崇武

（廣州超邦化工有限公司，廣東 廣州510460）

0 前言

氰化物鍍銅溶液的主要成分是氰化亞銅、氰化鈉、酒石酸鉀鈉和氫氧化鈉等。在電鍍過程中，陽極的主反應為銅原子失去一個電子生成三氰合亞銅配離子，同時還會伴有銅原子失去兩個電子或者Cu+失去一個電子而生成少量四氰合銅配離子的副反應。Cu2+對氰化物滾鍍銅的不良影響比較明顯，但業內人士對此還不夠了解。為此，介紹一起由Cu2+引起的氰化物滾鍍銅故障，并制定了控制鍍液中Cu2+的措施。

1 故障分析及處理

1.1 故障描述

某公司鍍鎳車間鍍鐵件，采用滾鍍工藝，氰化物預鍍銅后鍍光亮鎳。常溫鍍銅，鍍液中不加光亮劑，要求Cu2+與游離氰化鈉的質量濃度比為2∶1。一段時間后鍍銅槽出現了故障，鍍層光澤較差，甚至出現粗糙現象，不得不延長鍍光亮鎳的時間來彌補鍍銅層的缺陷，造成車間成本明顯升高。

檢查車間生產線發現：鍍銅槽陽極籃中銅板較少，大約占陽極籃體積的一半，陽極表面發黑。對鍍液成分進行分析，游離氰化鈉、氫氧化鈉和Cu2+的質量濃度基本正常，酒石酸鉀鈉為8.7g／L，其質量濃度偏低。

1.2 試驗分析

從車間取氰化物滾鍍銅溶液進行250mL 赫爾槽試驗。為了使電流穩定，用不銹鋼板作陽極，以0.5A 電流施鍍10min，記錄試驗結果。另取相同鍍液加硫酸銅1g／L，攪拌溶解后，在相同條件下立即進行赫爾槽試驗，結果列于表1。試驗結果表明：向鍍液中加硫酸銅后，Cu2+使試片低電流密度區的粗糙面積增大；鍍液中游離氰化鈉的質量濃度較高時，赫爾槽試片的粗糙面積較小，Cu2+的不良影響也較小。

表1 Cu2＋對鍍銅層的影響

配制成分與車間鍍液大體相同的氰化物鍍銅溶液，進行250mL 赫爾槽試驗。使用光亮試片，0.5 A 電流鍍1 min，試片光亮。然后向赫爾槽中加硫酸銅1g／L，攪拌后立即施鍍，0.5A 電流鍍1min，鍍層發霧。試驗進一步表明：在氰化物鍍銅溶液中，Cu2+對鍍層的光亮度產生不良影響。

取上述配制的氰化物鍍銅溶液，加硫酸銅1 g／L，攪拌鍍液使其溶解，放置10min后再鍍赫爾槽試片，0.5A 電流鍍1min，鍍層光亮，與原鍍液所得鍍層相同。試驗結果表明：向鍍液中加硫酸銅后，Cu2+能與游離氰化鈉發生氧化還原反應而生成Cu+，10min后完全生成三氰合亞銅配離子，鍍液恢復到正常狀態。

用車間氰化物滾鍍銅溶液進行赫爾槽試驗，以銅板作陽極，陽極區鍍液變為藍色，陽極表面出現鈍化現象。試驗結果表明：由于酒石酸鉀鈉的質量濃度低，鍍液對陽極的溶解能力較差。

1.3 結論

通過觀察陽極、分析鍍液成分和赫爾槽試驗，得出車間氰化物滾鍍銅槽存在兩方面問題：（1）鍍槽中陽極面積較小，陽極電流密度較大，容易發生鈍化；（2）鍍液中酒石酸鉀鈉的質量濃度偏低，陽極不易溶解。

以上兩個因素都會導致鍍液中產生Cu2+，使鍍液性能下降。在滾鍍槽中，在滾筒的攪拌作用下，Cu2+能夠被迅速分散到鍍液中而進入陰極反應區，從而造成鍍層粗糙。對于掛鍍，由于不存在上述攪拌作用，Cu2+的不良影響則較小。

1.4 處理結果

向鍍液中補加酒石酸鉀納，使其質量濃度達到15g／L左右；用100×100的銅板將陽極籃加滿。采用這兩項措施后消除了本次鍍槽故障。

2 對Cu2＋的控制

2.1 氰化物滾鍍銅工藝

2.2 控制措施

按工藝要求及時向鍍槽中補加氰化鈉和酒石酸鉀鈉，保證鍍液對陽極的溶解能力。根據化學分析數據確定氰化鈉的消耗量，在電鍍過程中每2h向鍍槽中補加一次氰化鈉。根據化學分析數據或經驗，每周向鍍槽中補加一次酒石酸鉀鈉。酒石酸鉀鈉能夠增加氰化物鍍銅的光亮度，已被業內所公認。一個重要的原因是酒石酸鉀鈉具有抑制Cu2+生成的作用。

在生產中采用6V 的槽電壓施鍍，鍍層光澤較好；將槽電壓調至8V 時，鍍層光澤變差；繼續升高槽電壓，鍍層開始粗糙。槽電壓升高，陽極銅板表面正電荷密度增大，金屬銅失去電子容易生成Cu2+。因此，氰化物滾鍍銅宜采用較低的槽電壓。

在電壓不變的條件下，增加陽極面積，陽極表面的電荷密度降低，Cu2+的生成量則會減少，鍍層較為光亮。反之，鍍層則較粗糙。

當氰化物鍍銅層粗糙時，按傳統方法提高鍍液中游離氰化鈉的質量濃度，通常也能達到預期的效果。一般認為，游離氰化鈉的質量濃度偏低時，陰極極化能力降低，導致鍍層粗糙。本研究表明，Cu2+的不良影響也是一個不可忽視的因素。提高游離氰化鈉的質量濃度，可以抑制鍍液中Cu2+的生成，但同時又會降低陰極電流效率，在復雜鍍件的低電流密度區銅的沉積速率緩慢，施鍍比較困難。因此，不能單純地用提高游離氰化鈉質量濃度的方法來增加鍍層的光亮度。

向氰化物鍍銅槽中加硫代硫酸鈉，能夠將Cu2+還原成Cu+，改善鍍液的性能。另外，硫代硫酸鈉對氰化物鍍銅還起光亮劑的作用［1-2］。試驗結果表明：向氰化物滾鍍銅溶液中加硫代硫酸鈉10～30 mg／L，能夠提高鍍層的光亮度，連續適量補加硫代硫酸鈉，鍍槽沒有出現不良反應。

向氰化物鍍銅槽中加硫化鉀，硫化鉀優先與Cu2+反應生成硫化銅，過量的硫化鉀與Cu+生成硫化亞銅，還有一少部分硫化鉀殘留在鍍液中。鍍液中游離氰化鈉的質量濃度較高時，硫化鉀的殘留量也較高。采用硫化鉀處理時，向鍍液中加硫化鉀0.05g／L，同時加活性炭0.2g／L吸附沉淀物，然后過濾鍍液。如果不加活性炭吸附硫化銅和硫化亞銅，這些沉淀物夾雜在鍍層中導致鍍層粗糙。據文獻［3］報道，氰化物鍍銅溶液中少量游離硫化鉀也起光亮劑的作用。

以上討論了Cu2+對不加光亮劑的氰化物滾鍍銅槽的不良影響。生產實踐表明，對于添加光亮劑的氰化物滾鍍銅槽同樣存在這些問題，但Cu2+的不良影響相對較弱。

3 結語

從生產實踐到實驗室實驗，證實了氰化物鍍銅溶液中Cu2+的不良影響。對于氰化物滾鍍銅，Cu2+的影響尤為明顯，應當引起業內的足夠重視。本文對控制Cu2+的方法只是進行了一些粗淺的探討，尋找更有效的方法抑制Cu2+的生成，提高鍍液的出光能力，是應當進行深入研究的一個課題。

［1］張允誠，胡如南，向榮.電鍍手冊（上冊）［M］.北京：國防工業出版社，1997：301-302.

［2］曾華梁，吳仲達，陳鈞武，等.電鍍工藝手冊［M］.北京：機械工業出版社，1989：158-162.

［3］張勝濤.電鍍工程［M］.北京：化學工業出版社，2005：399.