含硫活性镍在镀镍阳极材料中的研究

赵 坤

（湖北文理学院，湖北 襄阳 441000）

一直以来，我国在电镀工业发展中，镀镍阳极材料大多是采用电解镍板。之所以要采用电解镍板，其原因在于我国以前缺乏先进的镀镍阳极材料品种.这也使电镀层的表面质量较低，电镀液稳定性较差，难以实现对镀镍阳极材料的高效生产[1]。含硫活性镍相比于电解镍来说，其不仅可提高镀层质量，使槽液处理周期得以延长，而且能够使镀层的光亮度及厚度变得更加均匀，使电镀起始电压及槽的操作电压降低，减缓光亮剂的氧化作用。这些优势使其逐渐成为镀镍阳极材料的不二之选，虽然含硫活性镍有着很多应用优势，但现阶段对国产含硫活性镍的推广与应用却较少，其原因在于含硫活性镍需要花费更多的成本。本文便对含硫活性镍在镀镍阳极材料中的应用进行深入的研究，以此客观评价其实用价值，以期能够为我国电镀工业的发展做出贡献。

1 镀镍阳极材料在发展过程中面临的问题

现阶段，在我国电镀工业发展中所采用的镀镍阳极材料仍旧是以电解镍板为主。电解镍板虽然能够作为镀镍阳极材料，不过其电镀液的稳定性却较差。这也使得镀镍阳极材料的电镀层表面质量较低，难以取得较高的生产效率。当前，我国在应用电解镍来生产镀镍阳极材料时还面临着以下问题：首先，采用普通的电解板来生产镀镍阳极材料，其镀镍溶液处于无光和光亮环境下会有一层惰性膜层产生。惰层膜层会受到镍的腐蚀，当镍通过惰性膜层时便会以小孔的形式来逐渐腐蚀和溶解膜层，从而使得惰性膜层形成密密麻麻的腐蚀孔，并最终使得整个表面产生海绵状的沉淀物落于溶液底部。其次，在对镀镍阳极材料进行清理时，这些沉淀的海绵状镍会破碎，并产生许多较粗的颗粒状金属残渣，这些金属残渣会严重污染电解液，从而造成电镀层形成粗糙的表面，表面上还会有毛刺产生。这不仅使得阳极材料中的镍受到较大损失，而且也会影响镀镍阳极材料的镀层质量，并由此造成材料需要返工，而这会给企业造成很大的经济损失。再次，当溶液中含有的氯化物较低时，如果阳极电流达到一定的密度，便会造成镍表面发生钝化，并生成氯气与氧气，而氯气与氧气则会腐蚀阳极袋与钛篮，并对电镀液内的光亮剂造成破坏，从而增加了溶剂的消耗量。最后，在对阳极进行调换与补充过程中，因电解镍的边缘比较尖锐，这使得阳极袋容易被电解镍的尖锐边缘所穿破，从而引发工伤事故。由此可见，电解镍板虽然可作为镀镍阳极材料的生产原料，但却会严重影响到镀镍阳极材料的电镀层质量，并且增加了溶剂的消耗量，同时也易引发工伤事故，这也使得电解镍板越来越难以满足我国现代电镀工业的发展要求，我国迫切需要探寻更加先进的原材料来代替电解镍板。当前，许多国家在电镀工业中大力推广不含杂质的镍阳极，这种镍阳极在不同成分的镀镍溶液中能够全部溶解，并且不会产生残渣，这种镍阳极叫作100%活性含硫镍，也就是所谓的含硫活性镍。为了使电解镍在镀镍阳极材料中存在的问题得到解决，我国近年来也开始了含硫活性镍的研究与应用，并已经取得了较好的研究与应用成果。例如：襄阳化通化工有限责任公司生产的含硫镍圆饼，产品质量已与进口产品相当。因金属镍中的硫含量在0.02%左右，这使得金属镍的电化学活性很高，从而使其能够在成分不同的电镀镍溶液内表现出多种特性。具体如下：其一，阳极溶解平滑，出现镍表面钝化的几率较小，而且镀镍层具有较高的电化学活性，因此可采用大电流密度来进行镀镍阳极材料的生产；其二，相比于电解镍，其操作电压更低，可使电能节约25%左右；其三，不会产生较为尖锐的边缘，这使得含硫活性镍所生产的镀镍阳极材料更加易于处理，有效防止了尖锐边缘穿破阳极袋，从而大大降低了工伤事故的发生几率；其四，易于补充，能够使阳极篮内的面积更加均匀。

2 含硫活性镍的性能

为了了解含硫活性镍的各方面性能，需要对电解镍与活性镍的化学成分进行分析，并绘制出两者的阳极极化曲线，明确普通电解镍、含硫活性镍在阳极溶解中的峰值最流密度。此外还要比较活性镍和普通电解镍的阳极溶解电位曲线，确定每吨镍在溶解时所产生的残渣量。首先，从化学成分进行分析，在电解镍中，Ni+Co的质量分数达到99.97%，含硫量则只有0.001%，Cu与Fe的成分含量则均小于0.02%。而在活性镍中，Ni+Co的质量分数达到99.95%，含硫量为0.02%，Cu与Fe的成分含量均小于0.02%。在对含硫活性镍和电解镍的阳极极化曲线进行绘制时，需要分别将我国生产的含硫活性镍（样品来源：襄阳化通化工有限责任公司）与普通的电解镍作为原材料，以此分别绘制其阳极极化曲线。通过对阳极极化曲线进行对比可以了解到，我国生产的含硫活性镍在阳极溶解峰值电流密度上达到130mA／cm2，普通的电解镍在阳极溶解峰值电流密度上则仅有1.1mA／cm2。除了需要对其阳极极化曲线进行绘制对比，以此得出阳极溶解峰值电流密度以外，还要对这两者的阳极溶解电位曲线进行绘制并对比，活性镍和普通的电解镍所绘制的阳极溶解电位曲线[2]。

在对两者的阳极溶解电位曲线进行绘制并对比后，还要分析含硫活性镍（样品来源：襄阳化通化工有限责任公司）与普通电解镍的每吨镍溶解残渣产生量。在此过程中，需要在溶液上方悬挂普通的镍阳极，并用两层丙纶布口袋进行外部包裹。而含硫活性镍则要放在钛篮中，并用两层丙纶布口袋进行包部包裹，在进行相同时间的电解后，从每吨渣溶解所产生的残渣量可以了解到，普通的电解镍板每进行1t镍的溶解，其残渣产生量为4.6kg，而含硫活性镍每进行一吨镍的溶解，其残渣产生量则仅仅只有1.6kg。

3 含硫活性镍在镀镍阳极材料中的电化学行为分析

在20世纪70年代，Hart便对镍在电镀溶液内的溶解机理进行了研究，其分别采用含硫活性镍与普通的电解镍进行对比，并绘制了两者的镍阳极极化曲线，从而得出：当电位为负时，普通电解镍和含硫活性镍在电镀溶液内所产生的电极行为是基本一致的，电流密度峰值均出现在50mV附近，而当电极电位逐渐为正时，普通电解镍和含硫活性镍所产生的电极行为则完全不同。对于普通电解镍来说，当电极电位达到+400mV时便迅速钝化，而发生钝化时所施加的电流密度则仅为1mA／cm2。但在含硫活性镍中，其发生钝化时所施加的电流密度则达到了100至130mA／cm2，而且电极电位在超过+800mV时才开始钝化。由此说明在阳极溶解速率上，含硫活性镍要远远优于电解镍，而且即使溶液内不存在氯化物，也不会出现钝化。这表明含硫活性镍与普通电解镍具有不同的溶解电位，而这也正是槽电压得以降低的重要原因。从上文看出，含硫活性镍其要比电解镍有着更高的含硫量，那么为什么其阳极活性会如此高呢？为此，需要采用普通的镍来进行化学溶解，以此进行相应的推想。一般来说，金属化学溶解是从原子不规则排列之处开始的，并逐步沿晶格边界进行不断延伸，并形成小孔。直至形成密密麻麻的小孔，也就是所谓的麻点腐蚀，而异类杂质的存在则会对金属晶格排列造成干扰，所以异类杂质往往极易受到溶解。当异类杂质在金属晶格中均匀分布时，便会使溶解也变得均匀。由此可以推想出Ni3S2或NiS如果是在镍中进行均匀分布的，那么其便会使溶解变得均匀。

4 含硫活性镍在镀镍阳极材料中的应用评价

通过以上研究，可以客观评价出含硫活性镍在镀镍阳极材料中所具有的实用价值：其一，在溶解普通的电解镍时，因镍具有钝态，所以会使电镀溶液内产生许多呈海绵状的金属淤渣沉淀物，进而导致镍产生大量流失，同时也会造成电镀溶液被污染，使电解镍所制作的镀镍阳极材料易产生毛刺。而对于含硫活性镍来说，其在利用电镀溶液进行溶解时便不会产生海绵状的金属淤渣沉淀物，电解溶液在很长时间内能够保持清洁透明，这可使镀层质量得到提高，使槽液能够保持更长的处理周期，并且也使化工原料及人工工时都能得到一定程度的节约。其二，利用钛篮来对含硫活性镍进行溶解可保持良好的自然沉降，而且易于清理和补充，相比于电解镍有着更大的阳极面积，同时可确保镍量恒定，从而使电镀物件具备较好的电流分布重现性，使镀层具有更加均匀的厚度与光亮度。

5 结语

总而言之，含硫活性镍具有很多应用优势，但现阶段对国产含硫活性镍的应用及推广却较少，究其原因在于含硫活性镍需要花费更高的成本。但是，含硫活性镍却可以提高电镀层质量，使化工原料得到有效节约，并降低返工率，从总体上来说还是非常合算的。同时国产含硫活性镍的推广有利于打破进口垄断，避免由于运输周期长、国际关系紧张、质量不稳定等不确定因素造成的断货现象，保证国民经济平稳发展。当然，为了降低含硫活性镍的成本投入，可利用废镍来进行含硫活性镍材料的生产，这样可使生产成本得到进一步的降低，从而为企业创造更多的经济效益[3]。