趙 坤

（湖北文理學院，湖北 襄陽 441000）

一直以來，我國在電鍍工業(yè)發(fā)展中，鍍鎳陽極材料大多是采用電解鎳板。之所以要采用電解鎳板，其原因在于我國以前缺乏先進的鍍鎳陽極材料品種.這也使電鍍層的表面質量較低，電鍍液穩(wěn)定性較差，難以實現(xiàn)對鍍鎳陽極材料的高效生產[1]。含硫活性鎳相比于電解鎳來說，其不僅可提高鍍層質量，使槽液處理周期得以延長，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)勢使其逐漸成為鍍鎳陽極材料的不二之選，雖然含硫活性鎳有著很多應用優(yōu)勢，但現(xiàn)階段對國產含硫活性鎳的推廣與應用卻較少，其原因在于含硫活性鎳需要花費更多的成本。本文便對含硫活性鎳在鍍鎳陽極材料中的應用進行深入的研究，以此客觀評價其實用價值，以期能夠為我國電鍍工業(yè)的發(fā)展做出貢獻。

1 鍍鎳陽極材料在發(fā)展過程中面臨的問題

現(xiàn)階段，在我國電鍍工業(yè)發(fā)展中所采用的鍍鎳陽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極材料，不過其電鍍液的穩(wěn)定性卻較差。這也使得鍍鎳陽極材料的電鍍層表面質量較低，難以取得較高的生產效率。當前，我國在應用電解鎳來生產鍍鎳陽極材料時還面臨著以下問題：首先，采用普通的電解板來生產鍍鎳陽極材料，其鍍鎳溶液處于無光和光亮環(huán)境下會有一層惰性膜層產生。惰層膜層會受到鎳的腐蝕，當鎳通過惰性膜層時便會以小孔的形式來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，并最終使得整個表面產生海綿狀的沉淀物落于溶液底部。其次，在對鍍鎳陽極材料進行清理時，這些沉淀的海綿狀鎳會破碎，并產生許多較粗的顆粒狀金屬殘渣，這些金屬殘渣會嚴重污染電解液，從而造成電鍍層形成粗糙的表面，表面上還會有毛刺產生。這不僅使得陽極材料中的鎳受到較大損失，而且也會影響鍍鎳陽極材料的鍍層質量，并由此造成材料需要返工，而這會給企業(yè)造成很大的經濟損失。再次，當溶液中含有的氯化物較低時，如果陽極電流達到一定的密度，便會造成鎳表面發(fā)生鈍化，并生成氯氣與氧氣，而氯氣與氧氣則會腐蝕陽極袋與鈦籃，并對電鍍液內的光亮劑造成破壞，從而增加了溶劑的消耗量。最后，在對陽極進行調換與補充過程中，因電解鎳的邊緣比較尖銳，這使得陽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，電解鎳板雖然可作為鍍鎳陽極材料的生產原料，但卻會嚴重影響到鍍鎳陽極材料的電鍍層質量，并且增加了溶劑的消耗量，同時也易引發(fā)工傷事故，這也使得電解鎳板越來越難以滿足我國現(xiàn)代電鍍工業(yè)的發(fā)展要求，我國迫切需要探尋更加先進的原材料來代替電解鎳板。當前，許多國家在電鍍工業(yè)中大力推廣不含雜質的鎳陽極，這種鎳陽極在不同成分的鍍鎳溶液中能夠全部溶解，并且不會產生殘渣，這種鎳陽極叫作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極材料中存在的問題得到解決，我國近年來也開始了含硫活性鎳的研究與應用，并已經取得了較好的研究與應用成果。例如：襄陽化通化工有限責任公司生產的含硫鎳圓餅，產品質量已與進口產品相當。因金屬鎳中的硫含量在0.02%左右，這使得金屬鎳的電化學活性很高，從而使其能夠在成分不同的電鍍鎳溶液內表現(xiàn)出多種特性。具體如下：其一，陽極溶解平滑，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活性，因此可采用大電流密度來進行鍍鎳陽極材料的生產；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，不會產生較為尖銳的邊緣，這使得含硫活性鎳所生產的鍍鎳陽極材料更加易于處理，有效防止了尖銳邊緣穿破陽極袋，從而大大降低了工傷事故的發(fā)生幾率；其四，易于補充，能夠使陽極籃內的面積更加均勻。

2 含硫活性鎳的性能

為了了解含硫活性鎳的各方面性能，需要對電解鎳與活性鎳的化學成分進行分析，并繪制出兩者的陽極極化曲線，明確普通電解鎳、含硫活性鎳在陽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極溶解電位曲線，確定每噸鎳在溶解時所產生的殘渣量。首先，從化學成分進行分析，在電解鎳中，Ni+Co的質量分數(shù)達到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的質量分數(shù)達到99.95%，含硫量為0.02%，Cu與Fe的成分含量均小于0.02%。在對含硫活性鎳和電解鎳的陽極極化曲線進行繪制時，需要分別將我國生產的含硫活性鎳（樣品來源：襄陽化通化工有限責任公司）與普通的電解鎳作為原材料，以此分別繪制其陽極極化曲線。通過對陽極極化曲線進行對比可以了解到，我國生產的含硫活性鎳在陽極溶解峰值電流密度上達到130mA／cm2，普通的電解鎳在陽極溶解峰值電流密度上則僅有1.1mA／cm2。除了需要對其陽極極化曲線進行繪制對比，以此得出陽極溶解峰值電流密度以外，還要對這兩者的陽極溶解電位曲線進行繪制并對比，活性鎳和普通的電解鎳所繪制的陽極溶解電位曲線[2]。

在對兩者的陽極溶解電位曲線進行繪制并對比后，還要分析含硫活性鎳（樣品來源：襄陽化通化工有限責任公司）與普通電解鎳的每噸鎳溶解殘渣產生量。在此過程中，需要在溶液上方懸掛普通的鎳陽極，并用兩層丙綸布口袋進行外部包裹。而含硫活性鎳則要放在鈦籃中，并用兩層丙綸布口袋進行包部包裹，在進行相同時間的電解后，從每噸渣溶解所產生的殘渣量可以了解到，普通的電解鎳板每進行1t鎳的溶解，其殘渣產生量為4.6kg，而含硫活性鎳每進行一噸鎳的溶解，其殘渣產生量則僅僅只有1.6kg。

3 含硫活性鎳在鍍鎳陽極材料中的電化學行為分析

在20世紀70年代，Hart便對鎳在電鍍溶液內的溶解機理進行了研究，其分別采用含硫活性鎳與普通的電解鎳進行對比，并繪制了兩者的鎳陽極極化曲線，從而得出：當電位為負時，普通電解鎳和含硫活性鎳在電鍍溶液內所產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，而當電極電位逐漸為正時，普通電解鎳和含硫活性鎳所產生的電極行為則完全不同。對于普通電解鎳來說，當電極電位達到+400mV時便迅速鈍化，而發(fā)生鈍化時所施加的電流密度則僅為1mA／cm2。但在含硫活性鎳中，其發(fā)生鈍化時所施加的電流密度則達到了100至130mA／cm2，而且電極電位在超過+800mV時才開始鈍化。由此說明在陽極溶解速率上，含硫活性鎳要遠遠優(yōu)于電解鎳，而且即使溶液內不存在氯化物，也不會出現(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，那么為什么其陽極活性會如此高呢？為此，需要采用普通的鎳來進行化學溶解，以此進行相應的推想。一般來說，金屬化學溶解是從原子不規(guī)則排列之處開始的，并逐步沿晶格邊界進行不斷延伸，并形成小孔。直至形成密密麻麻的小孔，也就是所謂的麻點腐蝕，而異類雜質的存在則會對金屬晶格排列造成干擾，所以異類雜質往往極易受到溶解。當異類雜質在金屬晶格中均勻分布時，便會使溶解也變得均勻。由此可以推想出Ni3S2或NiS如果是在鎳中進行均勻分布的，那么其便會使溶解變得均勻。

4 含硫活性鎳在鍍鎳陽極材料中的應用評價

通過以上研究，可以客觀評價出含硫活性鎳在鍍鎳陽極材料中所具有的實用價值：其一，在溶解普通的電解鎳時，因鎳具有鈍態(tài)，所以會使電鍍溶液內產生許多呈海綿狀的金屬淤渣沉淀物，進而導致鎳產生大量流失，同時也會造成電鍍溶液被污染，使電解鎳所制作的鍍鎳陽極材料易產生毛刺。而對于含硫活性鎳來說，其在利用電鍍溶液進行溶解時便不會產生海綿狀的金屬淤渣沉淀物，電解溶液在很長時間內能夠保持清潔透明，這可使鍍層質量得到提高，使槽液能夠保持更長的處理周期，并且也使化工原料及人工工時都能得到一定程度的節(jié)約。其二，利用鈦籃來對含硫活性鎳進行溶解可保持良好的自然沉降，而且易于清理和補充，相比于電解鎳有著更大的陽極面積，同時可確保鎳量恒定，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 結語

總而言之，含硫活性鎳具有很多應用優(yōu)勢，但現(xiàn)階段對國產含硫活性鎳的應用及推廣卻較少，究其原因在于含硫活性鎳需要花費更高的成本。但是，含硫活性鎳卻可以提高電鍍層質量，使化工原料得到有效節(jié)約，并降低返工率，從總體上來說還是非常合算的。同時國產含硫活性鎳的推廣有利于打破進口壟斷，避免由于運輸周期長、國際關系緊張、質量不穩(wěn)定等不確定因素造成的斷貨現(xiàn)象，保證國民經濟平穩(wěn)發(fā)展。當然，為了降低含硫活性鎳的成本投入，可利用廢鎳來進行含硫活性鎳材料的生產，這樣可使生產成本得到進一步的降低，從而為企業(yè)創(chuàng)造更多的經濟效益[3]。