趙 坤

（湖北文理學(xué)院，湖北 襄陽(yáng) 441000）

一直以來(lái)，我國(guó)在電鍍工業(yè)發(fā)展中，鍍鎳陽(yáng)極材料大多是采用電解鎳板。之所以要采用電解鎳板，其原因在于我國(guó)以前缺乏先進(jìn)的鍍鎳陽(yáng)極材料品種.這也使電鍍層的表面質(zhì)量較低，電鍍液穩(wěn)定性較差，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)鍍鎳陽(yáng)極材料的高效生產(chǎn)[1]。含硫活性鎳相比于電解鎳來(lái)說(shuō)，其不僅可提高鍍層質(zhì)量，使槽液處理周期得以延長(zhǎng)，而且能夠使鍍層的光亮度及厚度變得更加均勻，使電鍍起始電壓及槽的操作電壓降低，減緩光亮劑的氧化作用。這些優(yōu)勢(shì)使其逐漸成為鍍鎳陽(yáng)極材料的不二之選，雖然含硫活性鎳有著很多應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，但現(xiàn)階段對(duì)國(guó)產(chǎn)含硫活性鎳的推廣與應(yīng)用卻較少，其原因在于含硫活性鎳需要花費(fèi)更多的成本。本文便對(duì)含硫活性鎳在鍍鎳陽(yáng)極材料中的應(yīng)用進(jìn)行深入的研究，以此客觀評(píng)價(jià)其實(shí)用價(jià)值，以期能夠?yàn)槲覈?guó)電鍍工業(yè)的發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

1 鍍鎳陽(yáng)極材料在發(fā)展過(guò)程中面臨的問(wèn)題

現(xiàn)階段，在我國(guó)電鍍工業(yè)發(fā)展中所采用的鍍鎳陽(yáng)極材料仍舊是以電解鎳板為主。電解鎳板雖然能夠作為鍍鎳陽(yáng)極材料，不過(guò)其電鍍液的穩(wěn)定性卻較差。這也使得鍍鎳陽(yáng)極材料的電鍍層表面質(zhì)量較低，難以取得較高的生產(chǎn)效率。當(dāng)前，我國(guó)在應(yīng)用電解鎳來(lái)生產(chǎn)鍍鎳陽(yáng)極材料時(shí)還面臨著以下問(wèn)題：首先，采用普通的電解板來(lái)生產(chǎn)鍍鎳陽(yáng)極材料，其鍍鎳溶液處于無(wú)光和光亮環(huán)境下會(huì)有一層惰性膜層產(chǎn)生。惰層膜層會(huì)受到鎳的腐蝕，當(dāng)鎳通過(guò)惰性膜層時(shí)便會(huì)以小孔的形式來(lái)逐漸腐蝕和溶解膜層，從而使得惰性膜層形成密密麻麻的腐蝕孔，并最終使得整個(gè)表面產(chǎn)生海綿狀的沉淀物落于溶液底部。其次，在對(duì)鍍鎳陽(yáng)極材料進(jìn)行清理時(shí)，這些沉淀的海綿狀鎳會(huì)破碎，并產(chǎn)生許多較粗的顆粒狀金屬殘?jiān)?，這些金屬殘?jiān)鼤?huì)嚴(yán)重污染電解液，從而造成電鍍層形成粗糙的表面，表面上還會(huì)有毛刺產(chǎn)生。這不僅使得陽(yáng)極材料中的鎳受到較大損失，而且也會(huì)影響鍍鎳陽(yáng)極材料的鍍層質(zhì)量，并由此造成材料需要返工，而這會(huì)給企業(yè)造成很大的經(jīng)濟(jì)損失。再次，當(dāng)溶液中含有的氯化物較低時(shí)，如果陽(yáng)極電流達(dá)到一定的密度，便會(huì)造成鎳表面發(fā)生鈍化，并生成氯氣與氧氣，而氯氣與氧氣則會(huì)腐蝕陽(yáng)極袋與鈦籃，并對(duì)電鍍液內(nèi)的光亮劑造成破壞，從而增加了溶劑的消耗量。最后，在對(duì)陽(yáng)極進(jìn)行調(diào)換與補(bǔ)充過(guò)程中，因電解鎳的邊緣比較尖銳，這使得陽(yáng)極袋容易被電解鎳的尖銳邊緣所穿破，從而引發(fā)工傷事故。由此可見(jiàn)，電解鎳板雖然可作為鍍鎳陽(yáng)極材料的生產(chǎn)原料，但卻會(huì)嚴(yán)重影響到鍍鎳陽(yáng)極材料的電鍍層質(zhì)量，并且增加了溶劑的消耗量，同時(shí)也易引發(fā)工傷事故，這也使得電解鎳板越來(lái)越難以滿足我國(guó)現(xiàn)代電鍍工業(yè)的發(fā)展要求，我國(guó)迫切需要探尋更加先進(jìn)的原材料來(lái)代替電解鎳板。當(dāng)前，許多國(guó)家在電鍍工業(yè)中大力推廣不含雜質(zhì)的鎳陽(yáng)極，這種鎳陽(yáng)極在不同成分的鍍鎳溶液中能夠全部溶解，并且不會(huì)產(chǎn)生殘?jiān)?，這種鎳陽(yáng)極叫作100%活性含硫鎳，也就是所謂的含硫活性鎳。為了使電解鎳在鍍鎳陽(yáng)極材料中存在的問(wèn)題得到解決，我國(guó)近年來(lái)也開(kāi)始了含硫活性鎳的研究與應(yīng)用，并已經(jīng)取得了較好的研究與應(yīng)用成果。例如：襄陽(yáng)化通化工有限責(zé)任公司生產(chǎn)的含硫鎳圓餅，產(chǎn)品質(zhì)量已與進(jìn)口產(chǎn)品相當(dāng)。因金屬鎳中的硫含量在0.02%左右，這使得金屬鎳的電化學(xué)活性很高，從而使其能夠在成分不同的電鍍鎳溶液內(nèi)表現(xiàn)出多種特性。具體如下：其一，陽(yáng)極溶解平滑，出現(xiàn)鎳表面鈍化的幾率較小，而且鍍鎳層具有較高的電化學(xué)活性，因此可采用大電流密度來(lái)進(jìn)行鍍鎳陽(yáng)極材料的生產(chǎn)；其二，相比于電解鎳，其操作電壓更低，可使電能節(jié)約25%左右；其三，不會(huì)產(chǎn)生較為尖銳的邊緣，這使得含硫活性鎳所生產(chǎn)的鍍鎳陽(yáng)極材料更加易于處理，有效防止了尖銳邊緣穿破陽(yáng)極袋，從而大大降低了工傷事故的發(fā)生幾率；其四，易于補(bǔ)充，能夠使陽(yáng)極籃內(nèi)的面積更加均勻。

2 含硫活性鎳的性能

為了了解含硫活性鎳的各方面性能，需要對(duì)電解鎳與活性鎳的化學(xué)成分進(jìn)行分析，并繪制出兩者的陽(yáng)極極化曲線，明確普通電解鎳、含硫活性鎳在陽(yáng)極溶解中的峰值最流密度。此外還要比較活性鎳和普通電解鎳的陽(yáng)極溶解電位曲線，確定每噸鎳在溶解時(shí)所產(chǎn)生的殘?jiān)?。首先，從化學(xué)成分進(jìn)行分析，在電解鎳中，Ni+Co的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到99.97%，含硫量則只有0.001%，Cu與Fe的成分含量則均小于0.02%。而在活性鎳中，Ni+Co的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到99.95%，含硫量為0.02%，Cu與Fe的成分含量均小于0.02%。在對(duì)含硫活性鎳和電解鎳的陽(yáng)極極化曲線進(jìn)行繪制時(shí)，需要分別將我國(guó)生產(chǎn)的含硫活性鎳（樣品來(lái)源：襄陽(yáng)化通化工有限責(zé)任公司）與普通的電解鎳作為原材料，以此分別繪制其陽(yáng)極極化曲線。通過(guò)對(duì)陽(yáng)極極化曲線進(jìn)行對(duì)比可以了解到，我國(guó)生產(chǎn)的含硫活性鎳在陽(yáng)極溶解峰值電流密度上達(dá)到130mA／cm2，普通的電解鎳在陽(yáng)極溶解峰值電流密度上則僅有1.1mA／cm2。除了需要對(duì)其陽(yáng)極極化曲線進(jìn)行繪制對(duì)比，以此得出陽(yáng)極溶解峰值電流密度以外，還要對(duì)這兩者的陽(yáng)極溶解電位曲線進(jìn)行繪制并對(duì)比，活性鎳和普通的電解鎳所繪制的陽(yáng)極溶解電位曲線[2]。

在對(duì)兩者的陽(yáng)極溶解電位曲線進(jìn)行繪制并對(duì)比后，還要分析含硫活性鎳（樣品來(lái)源：襄陽(yáng)化通化工有限責(zé)任公司）與普通電解鎳的每噸鎳溶解殘?jiān)a(chǎn)生量。在此過(guò)程中，需要在溶液上方懸掛普通的鎳陽(yáng)極，并用兩層丙綸布口袋進(jìn)行外部包裹。而含硫活性鎳則要放在鈦籃中，并用兩層丙綸布口袋進(jìn)行包部包裹，在進(jìn)行相同時(shí)間的電解后，從每噸渣溶解所產(chǎn)生的殘?jiān)靠梢粤私獾?，普通的電解鎳板每進(jìn)行1t鎳的溶解，其殘?jiān)a(chǎn)生量為4.6kg，而含硫活性鎳每進(jìn)行一噸鎳的溶解，其殘?jiān)a(chǎn)生量則僅僅只有1.6kg。

3 含硫活性鎳在鍍鎳陽(yáng)極材料中的電化學(xué)行為分析

在20世紀(jì)70年代，Hart便對(duì)鎳在電鍍?nèi)芤簝?nèi)的溶解機(jī)理進(jìn)行了研究，其分別采用含硫活性鎳與普通的電解鎳進(jìn)行對(duì)比，并繪制了兩者的鎳陽(yáng)極極化曲線，從而得出：當(dāng)電位為負(fù)時(shí)，普通電解鎳和含硫活性鎳在電鍍?nèi)芤簝?nèi)所產(chǎn)生的電極行為是基本一致的，電流密度峰值均出現(xiàn)在50mV附近，而當(dāng)電極電位逐漸為正時(shí)，普通電解鎳和含硫活性鎳所產(chǎn)生的電極行為則完全不同。對(duì)于普通電解鎳來(lái)說(shuō)，當(dāng)電極電位達(dá)到+400mV時(shí)便迅速鈍化，而發(fā)生鈍化時(shí)所施加的電流密度則僅為1mA／cm2。但在含硫活性鎳中，其發(fā)生鈍化時(shí)所施加的電流密度則達(dá)到了100至130mA／cm2，而且電極電位在超過(guò)+800mV時(shí)才開(kāi)始鈍化。由此說(shuō)明在陽(yáng)極溶解速率上，含硫活性鎳要遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于電解鎳，而且即使溶液內(nèi)不存在氯化物，也不會(huì)出現(xiàn)鈍化。這表明含硫活性鎳與普通電解鎳具有不同的溶解電位，而這也正是槽電壓得以降低的重要原因。從上文看出，含硫活性鎳其要比電解鎳有著更高的含硫量，那么為什么其陽(yáng)極活性會(huì)如此高呢？為此，需要采用普通的鎳來(lái)進(jìn)行化學(xué)溶解，以此進(jìn)行相應(yīng)的推想。一般來(lái)說(shuō)，金屬化學(xué)溶解是從原子不規(guī)則排列之處開(kāi)始的，并逐步沿晶格邊界進(jìn)行不斷延伸，并形成小孔。直至形成密密麻麻的小孔，也就是所謂的麻點(diǎn)腐蝕，而異類(lèi)雜質(zhì)的存在則會(huì)對(duì)金屬晶格排列造成干擾，所以異類(lèi)雜質(zhì)往往極易受到溶解。當(dāng)異類(lèi)雜質(zhì)在金屬晶格中均勻分布時(shí)，便會(huì)使溶解也變得均勻。由此可以推想出Ni3S2或NiS如果是在鎳中進(jìn)行均勻分布的，那么其便會(huì)使溶解變得均勻。

4 含硫活性鎳在鍍鎳陽(yáng)極材料中的應(yīng)用評(píng)價(jià)

通過(guò)以上研究，可以客觀評(píng)價(jià)出含硫活性鎳在鍍鎳陽(yáng)極材料中所具有的實(shí)用價(jià)值：其一，在溶解普通的電解鎳時(shí)，因鎳具有鈍態(tài)，所以會(huì)使電鍍?nèi)芤簝?nèi)產(chǎn)生許多呈海綿狀的金屬淤渣沉淀物，進(jìn)而導(dǎo)致鎳產(chǎn)生大量流失，同時(shí)也會(huì)造成電鍍?nèi)芤罕晃廴?，使電解鎳所制作的鍍鎳?yáng)極材料易產(chǎn)生毛刺。而對(duì)于含硫活性鎳來(lái)說(shuō)，其在利用電鍍?nèi)芤哼M(jìn)行溶解時(shí)便不會(huì)產(chǎn)生海綿狀的金屬淤渣沉淀物，電解溶液在很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)能夠保持清潔透明，這可使鍍層質(zhì)量得到提高，使槽液能夠保持更長(zhǎng)的處理周期，并且也使化工原料及人工工時(shí)都能得到一定程度的節(jié)約。其二，利用鈦籃來(lái)對(duì)含硫活性鎳進(jìn)行溶解可保持良好的自然沉降，而且易于清理和補(bǔ)充，相比于電解鎳有著更大的陽(yáng)極面積，同時(shí)可確保鎳量恒定，從而使電鍍物件具備較好的電流分布重現(xiàn)性，使鍍層具有更加均勻的厚度與光亮度。

5 結(jié)語(yǔ)

總而言之，含硫活性鎳具有很多應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，但現(xiàn)階段對(duì)國(guó)產(chǎn)含硫活性鎳的應(yīng)用及推廣卻較少，究其原因在于含硫活性鎳需要花費(fèi)更高的成本。但是，含硫活性鎳卻可以提高電鍍層質(zhì)量，使化工原料得到有效節(jié)約，并降低返工率，從總體上來(lái)說(shuō)還是非常合算的。同時(shí)國(guó)產(chǎn)含硫活性鎳的推廣有利于打破進(jìn)口壟斷，避免由于運(yùn)輸周期長(zhǎng)、國(guó)際關(guān)系緊張、質(zhì)量不穩(wěn)定等不確定因素造成的斷貨現(xiàn)象，保證國(guó)民經(jīng)濟(jì)平穩(wěn)發(fā)展。當(dāng)然，為了降低含硫活性鎳的成本投入，可利用廢鎳來(lái)進(jìn)行含硫活性鎳材料的生產(chǎn)，這樣可使生產(chǎn)成本得到進(jìn)一步的降低，從而為企業(yè)創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)效益[3]。