蘇瑞娟

（甘肅有色冶金職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 金昌 737100）

1 電解鎳表面氣孔形成的機(jī)理

在硫化鎳可溶陽極隔膜電解過程中，鎳的標(biāo)準(zhǔn)電位為負(fù)值，陰極易發(fā)生電化學(xué)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(xiàn)許多極小的圓形凹坑（即氣孔），有時還會在陰極表面出現(xiàn)密集發(fā)亮的斑點(diǎn)氣孔。如不及時排除這些氫氣泡，電鎳板面氣孔會越來越嚴(yán)重，導(dǎo)致產(chǎn)品降號，質(zhì)量受到影響。

氣孔的產(chǎn)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(guān)，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(zhì)，當(dāng)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(yīng)設(shè)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(yù)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(shí)際生產(chǎn)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(shí)際生產(chǎn)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(wěn)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(dāng)鎳離子濃度偏低，陰極易發(fā)生鎳離子貧化，使氫氣析出，電鎳氣孔易形成。因此實(shí)際生產(chǎn)中控制鎳離子濃度（體積質(zhì)量分?jǐn)?shù)）70～75 g/L 為宜，當(dāng)鎳離子濃度偏低時，應(yīng)適當(dāng)增加新液循環(huán)速度并根據(jù)生產(chǎn)情況降低生產(chǎn)電流，以保證電鎳質(zhì)量。

溶液中適宜的氯離子濃度可提高溶液的導(dǎo)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(chǎn)中溶液氯離子濃度（體積質(zhì)量分?jǐn)?shù)）控制在70～80 g/L 為宜。

鈉離子濃度與溶液黏度有直接關(guān)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(jù)實(shí)際生產(chǎn)，鈉離子濃度（體積質(zhì)量分?jǐn)?shù)）在30～40 g/L 為宜。

2.2 有機(jī)物

電解液中有機(jī)物的存在，使陰極表面呈憎水性，當(dāng)陰極析出氫氣時，吸附于陰極表面的有機(jī)物形成有機(jī)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(chǎn)中要防止各種設(shè)備漏油現(xiàn)象，同時加強(qiáng)外來液中有機(jī)物的檢測，防止有機(jī)物進(jìn)入生產(chǎn)系統(tǒng)，并購根據(jù)電解液中有機(jī)物含量適當(dāng)增減木炭粉的用量，吸附除去溶液中有機(jī)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(shí)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(dāng)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(yīng)增加，氣泡不易逸出，產(chǎn)生氣孔的機(jī)會增多，當(dāng)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(chǎn)生氣孔。同時，一定量硼酸的加入可維持新液pH 值穩(wěn)定。

為了抑制氫在陰極析出，要保持溶液pH 值在合適的區(qū)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(shí)際生產(chǎn)中，須嚴(yán)格控制電解液pH 值的穩(wěn)定，及時發(fā)現(xiàn)超出技術(shù)條件范圍時，立刻告知凈化崗位調(diào)整，并匯報調(diào)度及相關(guān)人員，做好產(chǎn)品質(zhì)量跟蹤監(jiān)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(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)[6]，保證產(chǎn)品質(zhì)量的重要因素。電解液溫度較低時，溶液黏度大，離子擴(kuò)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(kuò)散，減少電解過程的濃差極化及陰極附近的離子貧化現(xiàn)象，減少氫氣在陰極析出。過高的溫度，將加大溶液蒸發(fā)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(dāng)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(shí)際生產(chǎn)中，新液溫度控制在65～70 ℃之間為宜。

2.5 電解液循環(huán)速度

電解液循環(huán)速度小，易引起陰極室內(nèi)鎳離子貧化，造成電解鎳長氣孔；生產(chǎn)中控制適宜的新液循環(huán)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(chǎn)生。目前生產(chǎn)條件下新液循環(huán)速度控制在380～420 mL/（袋·min），但當(dāng)出現(xiàn)鎳離子濃度偏低時，根據(jù)生產(chǎn)情況會適當(dāng)增加新液循環(huán)速度。技術(shù)指標(biāo)走上限，并同時調(diào)整生產(chǎn)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(zhì)量對電鎳產(chǎn)品質(zhì)量有直接影響，其材質(zhì)及致密度是影響電鎳質(zhì)量的關(guān)鍵因素，材質(zhì)搭配不好，陰陽極液位差達(dá)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(jìn)膈膜內(nèi)的新液從袋口逸出。目前使用的隔膜袋經(jīng)過不斷改進(jìn)質(zhì)量，已基本具備電解生產(chǎn)要求，但下入槽內(nèi)的隔膜袋第一批產(chǎn)品有氣孔，其原因還是液位差達(dá)不到要求，生產(chǎn)中采取措施將新隔膜袋下槽前在燙板槽內(nèi)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(chǎn)中，殘極率在21%～23.5%，但因生產(chǎn)計(jì)劃不合理，或生產(chǎn)不穩(wěn)定，導(dǎo)致降電流時，出槽作業(yè)延遲，以致出現(xiàn)槽內(nèi)陽極液溫度升高甚至沸騰，產(chǎn)生的溶液氣泡濺入陰極室內(nèi)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(nèi)鎳離子貧化導(dǎo)致氣孔生成。

3 生產(chǎn)中消除氣孔的措施

鎳電解生產(chǎn)中，引起電鎳長氣孔的因素很多，但當(dāng)電鎳出現(xiàn)氣孔時，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)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(yīng)的措施，已達(dá)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(xiàn)氣孔的部位有電鎳上部長氣孔或電鎳表面氣孔分布無規(guī)律等情況；氣孔面積主要指是個別槽電鎳長氣孔現(xiàn)象比較普遍。

3.1 黑色氣孔消除措施

當(dāng)出現(xiàn)黑氣孔時，主要考慮生產(chǎn)體系有機(jī)物含量。

1）根據(jù)新液有機(jī)物含量情況，適當(dāng)增加木炭粉的加入量。

2）檢查有機(jī)物的來源，檢查生產(chǎn)設(shè)備是否漏油，如發(fā)現(xiàn)設(shè)備漏油及時處理。

3）加強(qiáng)生產(chǎn)操作，始極片表面的油污在下槽前要處理干凈，循環(huán)崗位人員認(rèn)真看循環(huán)，保證各電解槽隔膜袋內(nèi)循環(huán)量均勻。

4）分析外車間溶液有機(jī)物含量，發(fā)現(xiàn)有機(jī)物含量高時，暫停使用外車間溶液。

5）電鎳出現(xiàn)氣孔后，根據(jù)車間實(shí)際情況，適當(dāng)提高陰極液溫度并適度增大新液循環(huán)量。

3.2 白色氣孔消除措施

當(dāng)電鎳出現(xiàn)白氣孔時，立即檢查新液溫度、循環(huán)量及pH 值。如果新液溫度波動過大，應(yīng)及時調(diào)整溫度控制閥；如果循環(huán)量小，應(yīng)適當(dāng)降低生產(chǎn)電流；如果新液pH 值過低，應(yīng)及時告知供液崗位進(jìn)行調(diào)整。

3.3 黑白相間氣孔消除措施

當(dāng)電鎳出現(xiàn)黑白相間的氣孔時，要全面考慮，根據(jù)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(yīng)有針對性對某些電解槽進(jìn)行分析處理，檢查是否循環(huán)量小或陽極末期的電解槽，是否是新隔膜袋影響，根據(jù)不同原因采取相應(yīng)的措施，消除氣孔。

2）如果電解鎳長氣孔面積較大，就應(yīng)檢查新液溫度、pH 值環(huán)量及新液有機(jī)物含量，并根據(jù)生產(chǎn)情況適當(dāng)提高新液溫度及pH 值同時調(diào)整新液循環(huán)量、增加木炭粉的加入量，使電鎳氣孔盡快消除。

3）加強(qiáng)生產(chǎn)操作，避免所有的生產(chǎn)設(shè)備漏油并防止有機(jī)物高的外車間溶液進(jìn)入生產(chǎn)體系；生產(chǎn)計(jì)劃控制合理，陽極到期后按計(jì)劃出槽；始極片加工崗位嚴(yán)格操作，避免油污粘在始極片上；始極片下槽前認(rèn)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(diào)崗位人員認(rèn)真操作，在技術(shù)條件范圍內(nèi)對新液溫度、pH 值液循環(huán)量適當(dāng)調(diào)整，使氣孔盡快消除。

3.4 其他措施

1）實(shí)際生產(chǎn)操作中，保證出裝槽質(zhì)量，避免隔膜架和壓桿過高過低現(xiàn)象，保證液位差（30～50 mm）。

2）穩(wěn)定新液循環(huán)量，避免間斷循環(huán)現(xiàn)象發(fā)生。

3）保證新液鎳離子濃度，并將生產(chǎn)電流控制在與其相匹配的范圍內(nèi)。

4）嚴(yán)格控制新液溫度、pH 值、有機(jī)物含量等技術(shù)條件，防止氣孔形成。

5）加強(qiáng)凈化崗位操作，穩(wěn)定新液pH 值，必要時技術(shù)指標(biāo)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(jìn)行必要的防護(hù)，防止鋼絲繩設(shè)備等上的油污沾染。

4 技術(shù)改進(jìn)

1）始極片剝離加工采用全自動機(jī)組作業(yè)，以實(shí)現(xiàn)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(zhì)量。

2）循環(huán)崗位操作實(shí)行自動化控制，實(shí)現(xiàn)溫度控制、pH 值檢測、新液跑渾、新液輸送的智能控制，達(dá)到工序控制的最佳狀態(tài)。

5 結(jié)論

1）鎳電解生產(chǎn)過程中形成氣孔的因素有電解液中各種離子的濃度、有機(jī)物、PH 值、電解液溫度、電解液循環(huán)速度、隔膜袋、殘極率。控制電解條件可減少或預(yù)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(yīng)的措施，可有效預(yù)防和消除氣孔減輕電鎳產(chǎn)品的質(zhì)量缺陷，使電解鎳產(chǎn)品質(zhì)量得到進(jìn)一步提升。