電解鎳氣孔形成原因及預防措施

蘇瑞娟

（甘肅有色冶金職業技術學院，甘肅 金昌 737100）

1 電解鎳表面氣孔形成的機理

在硫化鎳可溶陽極隔膜電解過程中，鎳的標準電位為負值，陰極易發生電化學極化，所以陰極鎳離子在電解析出過程中，會同時伴有氫的析出，生成的氫氣泡一般會與陰極表面分離，不影響沉積物的外形，但在某些條件下，氫氣泡將吸附在陰極電解鎳的表面，隔斷了該處的電力線，鎳晶粒停止生長，使得陰極板面出現許多極小的圓形凹坑（即氣孔），有時還會在陰極表面出現密集發亮的斑點氣孔。如不及時排除這些氫氣泡，電鎳板面氣孔會越來越嚴重，導致產品降號，質量受到影響。

氣孔的產生主要與氣泡上浮力的大小及陰極表面和氣泡間的附著力有關，而氣泡保持在陰極表面的黏合力大小決定于溶液體系的界面性質，當氣泡與陰極接觸面積越小，附著力將越小，氣泡克服溶液阻力及與陰極表面的黏合力上浮逸出的就越大，越不易形成氣孔，同時氣泡體積越大，浮力越大，也不易形成氣孔。因此為了防止電解鎳板面氣孔生成，應設法增大氣泡浮力或降低其附著力[1-2]。

2 電解鎳氣孔形成的原因及預防措施

2.1 電解液離子濃度

電解液中各種離子的濃度越大，則溶液黏度越大，電解過程中陰極表面生成的氣泡難以匯聚成大氣泡上浮，保留在沉積物上形成氣孔。在實際生產中，電解液總離子濃度一般控制在280 g/L 左右，離子濃度較高，很容易形成氣孔，因此，實際生產中合理控制好溶液體系中，鎳離子、氯離子、鈉離子、硫酸根離子的平衡，保證陰極液總離子濃度穩定[3-5]。

新液中鎳離子濃度對電解過程中氣孔的形成有影響，當鎳離子濃度偏低，陰極易發生鎳離子貧化，使氫氣析出，電鎳氣孔易形成。因此實際生產中控制鎳離子濃度（體積質量分數）70～75 g/L 為宜，當鎳離子濃度偏低時，應適當增加新液循環速度并根據生產情況降低生產電流，以保證電鎳質量。

溶液中適宜的氯離子濃度可提高溶液的導電性，降低槽電壓，降低電耗；可以減輕以至消除陽極鈍化，使鎳離子析出比氫離子容易，減少氫氣析出，防止電鎳長氣孔，生產中溶液氯離子濃度（體積質量分數）控制在70～80 g/L 為宜。

鈉離子濃度與溶液黏度有直接關系，其濃度過低，溶液黏度降低，陰陽極液面差無法保證，也會使電鎳長氣孔，但過高的鈉離子會增加溶液黏度和隔膜袋溶液滲透阻力，溶液流動性變差，隔膜袋底部鎳離子貧化，引起電鎳長氣孔，根據實際生產，鈉離子濃度（體積質量分數）在30～40 g/L 為宜。

2.2 有機物

電解液中有機物的存在，使陰極表面呈憎水性，當陰極析出氫氣時，吸附于陰極表面的有機物形成有機物膜，使氫氣泡很難與陰極表面分離，并阻礙其匯聚逸出，保留在陰極表面形成氣孔[6-10]。另外始極片加工處理過程中，表面沾有油污也會使生成的電鎳長氣孔而且多位黑氣孔，因此生產中要防止各種設備漏油現象，同時加強外來液中有機物的檢測，防止有機物進入生產系統，并購根據電解液中有機物含量適當增減木炭粉的用量，吸附除去溶液中有機物，控制其小于0.7 g/L。

2.3 電解液pH 值

陰極液pH 值得高低對氣孔的形成有重要影響，實踐證明；在低pH 值條件下（pH＜3 時）會有大量氫氣析出，且匯聚成大氣泡上升逸出，同時對溶液的滯留層起到攪拌作用，不易長氣孔；當pH 值在3.0～4.5 時，氫的析出量減少，使得小氣泡匯集成大氣泡的的幾率變小，溶液粘度相應增加，氣泡不易逸出，產生氣孔的機會增多，當pH 值在4.5～5.0 時，溶液鎳離子濃度足夠時，氫的析出量極少，不易產生氣孔。同時，一定量硼酸的加入可維持新液pH 值穩定。

為了抑制氫在陰極析出，要保持溶液pH 值在合適的區間，不宜過高，否則，會引起鎳的氫氧化物和堿式鹽的生成，被陰極吸附。實際生產中，須嚴格控制電解液pH 值的穩定，及時發現超出技術條件范圍時，立刻告知凈化崗位調整，并匯報調度及相關人員，做好產品質量跟蹤監測。

2.4 電解液溫度

正確控制電解液的溫度，是提高電解過程技術經濟指標[6]，保證產品質量的重要因素。電解液溫度較低時，溶液黏度大，離子擴散速度慢，不利于電解液中氣泡的逸出，易形成氣孔。適宜的溫度可減少電耗，加快離子擴散，減少電解過程的濃差極化及陰極附近的離子貧化現象，減少氫氣在陰極析出。過高的溫度，將加大溶液蒸發量，不僅惡化了勞動條件，而且使溶液濃縮，陰極沉積物變粗也是不可取的。適當提高電解液溫度對采用高電流密度，高pH 值電解更為有利，實際生產中，新液溫度控制在65～70 ℃之間為宜。

2.5 電解液循環速度

電解液循環速度小，易引起陰極室內鎳離子貧化，造成電解鎳長氣孔；生產中控制適宜的新液循環速度，可增加溶液的流動性，起到攪拌的作用，有利于氣泡逸出，避免氣孔的產生。目前生產條件下新液循環速度控制在380～420 mL/（袋·min），但當出現鎳離子濃度偏低時，根據生產情況會適當增加新液循環速度。技術指標走上限，并同時調整生產電流，以防止電鎳長氣孔。

2.6 隔膜袋

鎳電解采用隔膜電解。隔膜袋質量對電鎳產品質量有直接影響，其材質及致密度是影響電鎳質量的關鍵因素，材質搭配不好，陰陽極液位差達不到要求，會引起電鎳形成氣孔和其他物理缺陷，致密度過大，隔膜袋滲透性差引起陰極底部鎳離子貧化而使電鎳長氣孔，同時流進膈膜內的新液從袋口逸出。目前使用的隔膜袋經過不斷改進質量，已基本具備電解生產要求，但下入槽內的隔膜袋第一批產品有氣孔，其原因還是液位差達不到要求，生產中采取措施將新隔膜袋下槽前在燙板槽內浸泡一段時間，增加其致密性，減輕了此類氣孔形成，效果明顯。

2.7 殘極率

日常生產中，殘極率在21%～23.5%，但因生產計劃不合理，或生產不穩定，導致降電流時，出槽作業延遲，以致出現槽內陽極液溫度升高甚至沸騰，產生的溶液氣泡濺入陰極室內致使電鎳長氣孔，亦有可能陽極液沸騰使陰極液滲透性變小，造成陰極室內鎳離子貧化導致氣孔生成。

3 生產中消除氣孔的措施

鎳電解生產中，引起電鎳長氣孔的因素很多，但當電鎳出現氣孔時，應根據實際情況進行全面分析，針對不同的氣孔顏色、形成部位以及電鎳長氣孔面積采取相應的措施，已達到減輕和消除氣孔的目的。

氣孔的顏色主要有黑色、白色和黑白相間；電鎳出現氣孔的部位有電鎳上部長氣孔或電鎳表面氣孔分布無規律等情況；氣孔面積主要指是個別槽電鎳長氣孔現象比較普遍。

3.1 黑色氣孔消除措施

當出現黑氣孔時，主要考慮生產體系有機物含量。

1）根據新液有機物含量情況，適當增加木炭粉的加入量。

2）檢查有機物的來源，檢查生產設備是否漏油，如發現設備漏油及時處理。

3）加強生產操作，始極片表面的油污在下槽前要處理干凈，循環崗位人員認真看循環，保證各電解槽隔膜袋內循環量均勻。

4）分析外車間溶液有機物含量，發現有機物含量高時，暫停使用外車間溶液。

5）電鎳出現氣孔后，根據車間實際情況，適當提高陰極液溫度并適度增大新液循環量。

3.2 白色氣孔消除措施

當電鎳出現白氣孔時，立即檢查新液溫度、循環量及pH 值。如果新液溫度波動過大，應及時調整溫度控制閥；如果循環量小，應適當降低生產電流；如果新液pH 值過低，應及時告知供液崗位進行調整。

3.3 黑白相間氣孔消除措施

當電鎳出現黑白相間的氣孔時，要全面考慮，根據每塊電鎳氣孔多少、部位及電解槽電鎳長氣孔面積同時采取多種措施。

1）如果是個別電解槽的電鎳長氣孔，就應有針對性對某些電解槽進行分析處理，檢查是否循環量小或陽極末期的電解槽，是否是新隔膜袋影響，根據不同原因采取相應的措施，消除氣孔。

2）如果電解鎳長氣孔面積較大，就應檢查新液溫度、pH 值環量及新液有機物含量，并根據生產情況適當提高新液溫度及pH 值同時調整新液循環量、增加木炭粉的加入量，使電鎳氣孔盡快消除。

3）加強生產操作，避免所有的生產設備漏油并防止有機物高的外車間溶液進入生產體系；生產計劃控制合理，陽極到期后按計劃出槽；始極片加工崗位嚴格操作，避免油污粘在始極片上；始極片下槽前認真處理，將始極片表面處理干凈后下槽；新隔膜待處理后下槽；電調崗位人員認真操作，在技術條件范圍內對新液溫度、pH 值液循環量適當調整，使氣孔盡快消除。

3.4 其他措施

1）實際生產操作中，保證出裝槽質量，避免隔膜架和壓桿過高過低現象，保證液位差（30～50 mm）。

2）穩定新液循環量，避免間斷循環現象發生。

3）保證新液鎳離子濃度，并將生產電流控制在與其相匹配的范圍內。

4）嚴格控制新液溫度、pH 值、有機物含量等技術條件，防止氣孔形成。

5）加強凈化崗位操作，穩定新液pH 值，必要時技術指標走上限。

6） 種板剝離后的始極片擺放整齊避免踩臟，燙洗加工過程中進行必要的防護，防止鋼絲繩設備等上的油污沾染。

4 技術改進

1）始極片剝離加工采用全自動機組作業，以實現始極片剪切、壓紋、釘耳、上架等工序的自動化，減少人工操作失誤影響始極片的質量。

2）循環崗位操作實行自動化控制，實現溫度控制、pH 值檢測、新液跑渾、新液輸送的智能控制，達到工序控制的最佳狀態。

5 結論

1）鎳電解生產過程中形成氣孔的因素有電解液中各種離子的濃度、有機物、PH 值、電解液溫度、電解液循環速度、隔膜袋、殘極率。控制電解條件可減少或預防電解鎳氣孔的形成。

2）針對不同的氣孔顏色、形成部位以及氣孔面積采取相應的措施，可有效預防和消除氣孔減輕電鎳產品的質量缺陷，使電解鎳產品質量得到進一步提升。