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鎳表面氣孔形成主要原因有哪些?
- 2018-12-19-

氣孔產生原因:①由于陰極反應產生的氫氣泡黏附在鎳板表面;②鎳板吸附了機械夾雜的有機物。氫氣泡和不導電的有機物占據在鎳板表面位置,使該處電阻增大,形成鎳的“零電荷區”,不能析出成為空位,即氣孔。

(1)氫氣泡的產生

①由鐵族元素的性質決定。鐵族元素電解過程中,一是由于粒子擴散速度小于電子運動速度而造成“濃差極化”現象對于鐵族金屬特別是鎳來說是嚴重的,由此引起的鎳析出超電位為0.3~0.8 V,而一般金屬為0.03 V以下;二是鐵族金屬作為陰極反應2H+ +2e -H2具有很好的催化作用,大大減少了反應速度小于電子運動速度而造成的“電化學極化”,因而,氫在鎳陰極板上的超電壓比一般金屬小得多,和氫的析出電位可以計算。

的析出電位:

vffi=-0.24+[-(-0.5~-0.6)]=-0.74~-0.84

(9 - 22)

氫的析出電位: ‰=Ⅱ+ blgDk (9-23)式中:n,6為常數,n與極板材料有關,由資料查得,鎳陰極板取0.5(一般金屬為1.2—1.5),6取0.12,計算當電流密度在220 A/IT12時,氫的超電位為-0.8 V。由計算看出,在鎳電解過程中,鎳和氫的析出電位相近,因而氫的析出是不可避免的。實踐中隔膜內溶液pH高于新液pH,證實了氫離子的放電反應存在。

②技術條件控制不當

a.pH:根據能斯特公式,氫的析出電位與氫離子的濃度有關,v析=v0 +0.51gH+,從公式看出,增加pH,有利于增加氫的析出電位(負值)。低pH(2.6)電解,氫的超電位小,氫析出較多,此區由于酸度大,溶液中無氫氧化物膠體產生,溶液黏度小,陰極對氫的吸附作用小。即使溫度在55℃左右,氫氣也暢通無阻逸出液面,不產生氣孔。

高pH(4.5~5.0),此區氫析出電位高,產生氫氣少,生成以Ni( OH)3為主的少量氫氧化物。當溫度高于65℃時,其黏度較小,對鎳的遷移影響小,電鎳不產生氣孔,如果溫度低于60℃則易產生氣孔。

pH 3.5左右時氫的析出量在上兩區之間,但此pH剛好是微量鐵離子水解為膠體氫氧化鐵的范闈,氫氧化鐵懸浮在溶液中,其黏度相當大。一方面使鎳離子遷移速度大大降低,又使隔膜袋堵塞,影響陰極液循環,從而加快鎳的“濃差極化”;另一方面,氫氧化鐵的存在也有利于氫氣泡留在陰極表面。因而,此區溫度保持在65℃以上,電鎳氣孔也大量產生,為電鎳生產禁區。

b.溫度:鎳電解液溫度升高,同時降低鎳和氫的超電位。但是溫度升高,溶液黏度降低,有利于氫的析出,因此黏度高的溶液,要求溫度高。反之,溫度可以降低。

c.電流密度:提高電流密度,同時提高鎳和氫的超電位。但電位過高,鎳的超電位比氫的超電位增加得快,有利于氫的析出。如對于同一塊電鎳來說,陰極比陽極寬得不多,則產生邊部電流密度集中,鎳離子來不及補充,邊部產生氣孔。加寬陰極,可消除此現象。

對于三種體系的鎳電解溶液來說,全硫酸介質導電性能差,一般不能用太高的電流密度,必須采用適合的pH、溫度。否則,易產生氣孔。

d.溶液主要成分:在硫酸鹽體系中主要靠鎳離子、鈉離子、硫酸根等離子導電,鎳離子是在陰極析出物質,如果濃度低,會產生鎳的貧化現象。鎳在不同的電解液體系中有著不同的溶解度,但不高,較易析出,使溶液黏度增大。另外,鎳的導電性不太好,鎳離子濃度太高太低都會引起“濃差極化”,導致氣孑L產生。一般全硫酸介質鎳離子濃度控制在40~50 g/L。

鎳離子能增加溶液比電導,但在鎳離子缺乏時,鈉離子聚集在陰極附近,本身不參與陰極反應而阻礙鎳析出,產生大量氫氣。

e.陰陽極液流動:陰陽極液流動,直接影響著鎳離子的遷移速度。實踐中,陰極液的流動性受到許多因素的制約,如隔膜袋材質、新液流量等。但是,陽極液的流動性易被忽視。在電解槽設計時,電解槽長、寬、高不適合,易造成陽極液流動的死角。不采取措施和不使用添加劑時,電鎳有大量氣孔,如果從陰極室和陽極室多引進幾根進出管,加強溶液循環,氣孑L明顯減少或消除。

以上由于氫氣析出黏附在陰極上產生氣孔,多分布在鎳板中上部和邊緣。

(2)溶液中各種機械夾雜的有機物

由設備和工藝中帶入鎳電解液的各類有機物一般有兩大特點,一是在水中溶解度小,多半以機械夾雜存在于溶液中;二是本身導電性差,又易被界面吸附,機械夾雜物被陰極吸附位置,鎳不能析出形成氣孔。如含0272萃余液電解,當其含量高于10 mg/L時,有部分機械夾雜的C272被陰極吸附,形成底黑。由于夾帶較多的煤油,煤油在溶液中的溶解度只有0.1 mg/L,被陰極吸附后向四周擴散,形成一片片密集的氣孔。


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