电解镍气孔形成原因及预防措施

苏瑞娟

（甘肃有色冶金职业技术学院，甘肃 金昌 737100）

1 电解镍表面气孔形成的机理

在硫化镍可溶阳极隔膜电解过程中，镍的标准电位为负值，阴极易发生电化学极化，所以阴极镍离子在电解析出过程中，会同时伴有氢的析出，生成的氢气泡一般会与阴极表面分离，不影响沉积物的外形，但在某些条件下，氢气泡将吸附在阴极电解镍的表面，隔断了该处的电力线，镍晶粒停止生长，使得阴极板面出现许多极小的圆形凹坑（即气孔），有时还会在阴极表面出现密集发亮的斑点气孔。如不及时排除这些氢气泡，电镍板面气孔会越来越严重，导致产品降号，质量受到影响。

气孔的产生主要与气泡上浮力的大小及阴极表面和气泡间的附着力有关，而气泡保持在阴极表面的黏合力大小决定于溶液体系的界面性质，当气泡与阴极接触面积越小，附着力将越小，气泡克服溶液阻力及与阴极表面的黏合力上浮逸出的就越大，越不易形成气孔，同时气泡体积越大，浮力越大，也不易形成气孔。因此为了防止电解镍板面气孔生成，应设法增大气泡浮力或降低其附着力[1-2]。

2 电解镍气孔形成的原因及预防措施

2.1 电解液离子浓度

电解液中各种离子的浓度越大，则溶液黏度越大，电解过程中阴极表面生成的气泡难以汇聚成大气泡上浮，保留在沉积物上形成气孔。在实际生产中，电解液总离子浓度一般控制在280 g/L 左右，离子浓度较高，很容易形成气孔，因此，实际生产中合理控制好溶液体系中，镍离子、氯离子、钠离子、硫酸根离子的平衡，保证阴极液总离子浓度稳定[3-5]。

新液中镍离子浓度对电解过程中气孔的形成有影响，当镍离子浓度偏低，阴极易发生镍离子贫化，使氢气析出，电镍气孔易形成。因此实际生产中控制镍离子浓度（体积质量分数）70～75 g/L 为宜，当镍离子浓度偏低时，应适当增加新液循环速度并根据生产情况降低生产电流，以保证电镍质量。

溶液中适宜的氯离子浓度可提高溶液的导电性，降低槽电压，降低电耗；可以减轻以至消除阳极钝化，使镍离子析出比氢离子容易，减少氢气析出，防止电镍长气孔，生产中溶液氯离子浓度（体积质量分数）控制在70～80 g/L 为宜。

钠离子浓度与溶液黏度有直接关系，其浓度过低，溶液黏度降低，阴阳极液面差无法保证，也会使电镍长气孔，但过高的钠离子会增加溶液黏度和隔膜袋溶液渗透阻力，溶液流动性变差，隔膜袋底部镍离子贫化，引起电镍长气孔，根据实际生产，钠离子浓度（体积质量分数）在30～40 g/L 为宜。

2.2 有机物

电解液中有机物的存在，使阴极表面呈憎水性，当阴极析出氢气时，吸附于阴极表面的有机物形成有机物膜，使氢气泡很难与阴极表面分离，并阻碍其汇聚逸出，保留在阴极表面形成气孔[6-10]。另外始极片加工处理过程中，表面沾有油污也会使生成的电镍长气孔而且多位黑气孔，因此生产中要防止各种设备漏油现象，同时加强外来液中有机物的检测，防止有机物进入生产系统，并购根据电解液中有机物含量适当增减木炭粉的用量，吸附除去溶液中有机物，控制其小于0.7 g/L。

2.3 电解液pH 值

阴极液pH 值得高低对气孔的形成有重要影响，实践证明；在低pH 值条件下（pH＜3 时）会有大量氢气析出，且汇聚成大气泡上升逸出，同时对溶液的滞留层起到搅拌作用，不易长气孔；当pH 值在3.0～4.5 时，氢的析出量减少，使得小气泡汇集成大气泡的的几率变小，溶液粘度相应增加，气泡不易逸出，产生气孔的机会增多，当pH 值在4.5～5.0 时，溶液镍离子浓度足够时，氢的析出量极少，不易产生气孔。同时，一定量硼酸的加入可维持新液pH 值稳定。

为了抑制氢在阴极析出，要保持溶液pH 值在合适的区间，不宜过高，否则，会引起镍的氢氧化物和碱式盐的生成，被阴极吸附。实际生产中，须严格控制电解液pH 值的稳定，及时发现超出技术条件范围时，立刻告知净化岗位调整，并汇报调度及相关人员，做好产品质量跟踪监测。

2.4 电解液温度

正确控制电解液的温度，是提高电解过程技术经济指标[6]，保证产品质量的重要因素。电解液温度较低时，溶液黏度大，离子扩散速度慢，不利于电解液中气泡的逸出，易形成气孔。适宜的温度可减少电耗，加快离子扩散，减少电解过程的浓差极化及阴极附近的离子贫化现象，减少氢气在阴极析出。过高的温度，将加大溶液蒸发量，不仅恶化了劳动条件，而且使溶液浓缩，阴极沉积物变粗也是不可取的。适当提高电解液温度对采用高电流密度，高pH 值电解更为有利，实际生产中，新液温度控制在65～70 ℃之间为宜。

2.5 电解液循环速度

电解液循环速度小，易引起阴极室内镍离子贫化，造成电解镍长气孔；生产中控制适宜的新液循环速度，可增加溶液的流动性，起到搅拌的作用，有利于气泡逸出，避免气孔的产生。目前生产条件下新液循环速度控制在380～420 mL/（袋·min），但当出现镍离子浓度偏低时，根据生产情况会适当增加新液循环速度。技术指标走上限，并同时调整生产电流，以防止电镍长气孔。

2.6 隔膜袋

镍电解采用隔膜电解。隔膜袋质量对电镍产品质量有直接影响，其材质及致密度是影响电镍质量的关键因素，材质搭配不好，阴阳极液位差达不到要求，会引起电镍形成气孔和其他物理缺陷，致密度过大，隔膜袋渗透性差引起阴极底部镍离子贫化而使电镍长气孔，同时流进膈膜内的新液从袋口逸出。目前使用的隔膜袋经过不断改进质量，已基本具备电解生产要求，但下入槽内的隔膜袋第一批产品有气孔，其原因还是液位差达不到要求，生产中采取措施将新隔膜袋下槽前在烫板槽内浸泡一段时间，增加其致密性，减轻了此类气孔形成，效果明显。

2.7 残极率

日常生产中，残极率在21%～23.5%，但因生产计划不合理，或生产不稳定，导致降电流时，出槽作业延迟，以致出现槽内阳极液温度升高甚至沸腾，产生的溶液气泡溅入阴极室内致使电镍长气孔，亦有可能阳极液沸腾使阴极液渗透性变小，造成阴极室内镍离子贫化导致气孔生成。

3 生产中消除气孔的措施

镍电解生产中，引起电镍长气孔的因素很多，但当电镍出现气孔时，应根据实际情况进行全面分析，针对不同的气孔颜色、形成部位以及电镍长气孔面积采取相应的措施，已达到减轻和消除气孔的目的。

气孔的颜色主要有黑色、白色和黑白相间；电镍出现气孔的部位有电镍上部长气孔或电镍表面气孔分布无规律等情况；气孔面积主要指是个别槽电镍长气孔现象比较普遍。

3.1 黑色气孔消除措施

当出现黑气孔时，主要考虑生产体系有机物含量。

1）根据新液有机物含量情况，适当增加木炭粉的加入量。

2）检查有机物的来源，检查生产设备是否漏油，如发现设备漏油及时处理。

3）加强生产操作，始极片表面的油污在下槽前要处理干净，循环岗位人员认真看循环，保证各电解槽隔膜袋内循环量均匀。

4）分析外车间溶液有机物含量，发现有机物含量高时，暂停使用外车间溶液。

5）电镍出现气孔后，根据车间实际情况，适当提高阴极液温度并适度增大新液循环量。

3.2 白色气孔消除措施

当电镍出现白气孔时，立即检查新液温度、循环量及pH 值。如果新液温度波动过大，应及时调整温度控制阀；如果循环量小，应适当降低生产电流；如果新液pH 值过低，应及时告知供液岗位进行调整。

3.3 黑白相间气孔消除措施

当电镍出现黑白相间的气孔时，要全面考虑，根据每块电镍气孔多少、部位及电解槽电镍长气孔面积同时采取多种措施。

1）如果是个别电解槽的电镍长气孔，就应有针对性对某些电解槽进行分析处理，检查是否循环量小或阳极末期的电解槽，是否是新隔膜袋影响，根据不同原因采取相应的措施，消除气孔。

2）如果电解镍长气孔面积较大，就应检查新液温度、pH 值环量及新液有机物含量，并根据生产情况适当提高新液温度及pH 值同时调整新液循环量、增加木炭粉的加入量，使电镍气孔尽快消除。

3）加强生产操作，避免所有的生产设备漏油并防止有机物高的外车间溶液进入生产体系；生产计划控制合理，阳极到期后按计划出槽；始极片加工岗位严格操作，避免油污粘在始极片上；始极片下槽前认真处理，将始极片表面处理干净后下槽；新隔膜待处理后下槽；电调岗位人员认真操作，在技术条件范围内对新液温度、pH 值液循环量适当调整，使气孔尽快消除。

3.4 其他措施

1）实际生产操作中，保证出装槽质量，避免隔膜架和压杆过高过低现象，保证液位差（30～50 mm）。

2）稳定新液循环量，避免间断循环现象发生。

3）保证新液镍离子浓度，并将生产电流控制在与其相匹配的范围内。

4）严格控制新液温度、pH 值、有机物含量等技术条件，防止气孔形成。

5）加强净化岗位操作，稳定新液pH 值，必要时技术指标走上限。

6） 种板剥离后的始极片摆放整齐避免踩脏，烫洗加工过程中进行必要的防护，防止钢丝绳设备等上的油污沾染。

4 技术改进

1）始极片剥离加工采用全自动机组作业，以实现始极片剪切、压纹、钉耳、上架等工序的自动化，减少人工操作失误影响始极片的质量。

2）循环岗位操作实行自动化控制，实现温度控制、pH 值检测、新液跑浑、新液输送的智能控制，达到工序控制的最佳状态。

5 结论

1）镍电解生产过程中形成气孔的因素有电解液中各种离子的浓度、有机物、PH 值、电解液温度、电解液循环速度、隔膜袋、残极率。控制电解条件可减少或预防电解镍气孔的形成。

2）针对不同的气孔颜色、形成部位以及气孔面积采取相应的措施，可有效预防和消除气孔减轻电镍产品的质量缺陷，使电解镍产品质量得到进一步提升。