提升电积镍板物理外观质量的试验研究

王玉华，马 晶，杨粉娟，徐文芳，王耀斌，艾新桥

（金川集团公司镍钴研究设计院，甘肃 金昌 737100）

某厂萃取—电积镍生产线自产出首批合格电积镍产品以来，电积镍产量和质量逐步提高，但是电积镍板有气孔现象未从根本解决，板面频繁出现密集气孔，导致产品质量不高。针对生产现状，分析了电积镍板产生气孔的原因，并研究了加入润湿剂改善极板的润湿性，促进气泡逸出速度，避免板面气孔生成。

1 阴极镍板气孔产生原因及消除措施

1.1 阴极镍板产生气孔的原因

从氢的析出原理看，镍金属板表面氢气的析出比较难，很容易附着在极板表面，形成气孔。而且镍溶液的表面张力较大，阴极表面上生成的氢气泡需长大到一定尺寸才能离开电极表面。

实际生产中，萃取工序残余的有机杂质会吸附在阴极表面，使溶液与电极之间的界面张力增大，氢气泡更容易滞留在这些部位，不会快速逸出，随电积的进行，形成数量不等的洞穴。另外，电解液组成、电解温度、电流密度、电极电势和电极表面状态等也都会影响电积产品质量。

1.2 气孔消除措施

改变镍板表面润湿性，促使气泡快速长大并逸出，从阴极表面脱离，是解决板面气孔生成的重要措施。

为防止沉积层产生气孔，可以加入表面活性剂，一般为阴离子表面活性剂，以降低镍溶液的表面张力，提高镍溶液对阴极表面的润湿性能，使氢气泡不待长大就容易脱离电极表面，减少氢气泡在电极表面的滞留时间［1－2］。试验研究了加入适量有机表面活性剂来改善板面质量。

2 试验方法

将电解新液（每周期5d，用同一槽溶液）打入高位槽，始极片和阳极相连，小型试验中，每周期使用阳极4块，阴极3块，按设定流量循环溶液，加热溶液温度达到要求后，开启硅整流调节电流。

3 试验结果及讨论

3.1 不同种类润湿剂的效果

常用润湿剂有表面活性物质十二烷基磺酸钠（SDS）和十二烷基硫酸钠以及上海润湿剂厂生产的新型LB低泡润湿剂。分别对这几种润湿剂进行试验，试验结果见表1。

表1 不同润湿剂的润湿效果

十二烷基硫酸钠在酸性条件下的稳定性次于一般磺酸盐，长期加热不宜超过95℃。十二烷基磺酸钠（SDS）比烷基硫酸盐的化学稳定性更好，表面活性更强，HLB值在11～12左右，而十二烷基硫酸钠的HLB值是40，SDS的亲油性高于十二烷基硫酸钠的亲油性，但前者的价格高于后者，所以十二烷基硫酸钠的实际应用更多［3］。SDS质量浓度为20mg／L时可使镍溶液的表面张力降到最低，而十二烷基硫酸钠的用量在100mg／L才可达到相同效果。另外，由于十二烷基硫酸钠与镍离子反应，在电积过程中被分解，添加量太少起不到润湿作用，而如果加入量过多，则电解液表面张力不再呈下降趋势，同时由于形成许多有机杂质，使镀层产生桔皮状条纹。故试验选择使用SDS作为润湿剂。

3.2 极板前处理对电积镍板外观质量的影响

用SDS溶液对极板进行前处理。阴极板常规前处理后加入润湿工序，使刚通电时氢气泡的逸出速度加快。始极片常规处理后，在SDS溶液（质量浓度为1.0g／L）中浸泡20min，然后下入电积槽。试验结果表明，用表面活性剂处理的始极片产出的电积镍气孔量较少，但仍然不能完全消除气孔。

3.3SDS用量对电积镍板外观质量的影响

SDS质量浓度对电积镍板外观质量的影响试验结果见表2。

表2 电解液中SDS质量浓度对电积镍板外观质量的影响

从表2看出：电解液中添加SDS后可明显抑制电积镍板表面气孔的产生，而且电流效率明显增大，也可稍微减轻工艺中除油压力，使工艺条件适用范围变宽。SDS质量浓度大于20mg／L，板面质量较好，晶粒明显致密，金属光泽，板面平直。可见，在电解液中加入SDS不但可改变镍板表面的润湿性，也可改善电极反应速度，使镍沉积过程发生改变［4］。图1为润湿剂加入前后的电积镍板的外观照片（加入润湿剂50mg／L），图2为放大200倍的显微照片。

图1 电积镍板外观照片

图2 电积镍板放大200倍的显微镜照片

3.4 有SDS存在下，电解液pH、电流密度、阴极液流量对电积镍板外观质量的影响

在加入SDS条件下，改变新液pH进行试验。结果表明，pH低于3.0时，氢气的生成量明显增多，板面初期即见气孔，电流效率也下降；pH高于3.4，板面无气孔但有少量疙瘩，电积镍有生成碱式镍的倾向。试验期间，在开槽初期，pH波动较大，在2.5～4.5之间；pH为3.4时，电流效率较高。推荐生产时控制新液pH在3.3～3.5之间。

阴极液供给初期，每小时测一次袋内溶液的镍离子质量浓度和pH。16h后，新液单耗为53.42 m3／t Ni时，袋内溶液pH为2.9～2.5；新液单耗为73.58m3／t Ni时，袋内溶液pH在3.0～3.5之间。可见，阴极液流量一旦偏小，pH即有所下降。

在加入SDS条件下，电流密度在170A／m2和200A／m2时，电积镍板表面无气孔，色泽光亮，物理外观质量好，板面平直；电流密度在230 A／m2时，电积镍板表面边部有气孔，可见气流线痕迹，致密度降低，表面有少量疙瘩，外观质量较小电流密度时的差，板面平直。试验推荐使用200A／m2的电流密度。

3.7 润湿剂对电积镍化学质量的影响

润湿剂对电积镍产品化学质量的影响见表3。可以看出，电积镍化学成分均达到Ni9996标准要求，但随SDS用量增加，阳极液被泡沫带入阴极袋致使铅含量升高。

表3 电积镍化学成分的质量分数 %

4 润湿剂对萃取的影响

为考察电积后液返回生产流程萃取钴时残留润湿剂对钴萃取率的影响，取50L电积后液，调整pH与未加润湿剂溶液相同，在相同条件下萃取、反萃取20次。结果未发现分相困难、出现第三相等异常现象。可见，SDS对萃取钴无不良影响。

5 结论

反复试验结果表明，电积新液中加入适量润湿剂，可使镍板晶粒明显变细，光泽度提高，表面气孔大幅度减少，对后续萃取工序物不良影响。SDS的润湿效果最好，而且在一定程度上减轻了工艺中除油压力，使工艺条件适用范围变宽。

在有润湿剂存在条件下，电积镍的电流密度可提高到230A／m2，此时电积镍产品外观基本无气孔，表面光泽好。

［1］覃奇贤，郭鹤桐，刘淑兰，等.电镀原理与工艺［M］.天津：天津科学技术出版社，1993：156.

［2］王拥军，张宇飞.降低不溶阳极电积镍直流电耗的探讨［J］.湿法冶金，2006，25（1）：33－35.

［3］郭力，钟劲茅.十二烷基磺酸钠在镀镍中的应用［J］.南昌航空工业学院学报，2005，19（1）：83－85.

［4］高天星，李仕雄，刘爱心.镍电解阴极过程中润湿剂的作用及其在线监控［J］.中国有色金属学报，2006，16（10）：1806－1811.