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【簡(jiǎn)介】
鄭州輕工業(yè)學(xué)院材料化工學(xué)院，河南鄭州
摘要：工業(yè)生產(chǎn)中，硫酸的過(guò)量添加會(huì)造成酸性鍍銅工藝陽(yáng)極鈍化、槽電壓升高、工作電流下降。本文討論了硫酸對(duì)硫酸銅溶解度的影響，發(fā)現(xiàn)水溶液中硫酸含量超過(guò)50g/L后硫酸銅的溶解度急劇下降。當(dāng)硫酸含量過(guò)高時(shí)，隨著電鍍過(guò)程的進(jìn)行，Cu2+在陽(yáng)極表面層的濃度不斷升高，引起硫酸銅晶體在陽(yáng)極表面析出，使陽(yáng)極鈍化，導(dǎo)致無(wú)法正常生產(chǎn)。
關(guān)鍵詞：酸性鍍銅；硫酸；硫酸銅；溶解度；陽(yáng)極；鈍化
中圖分類號(hào)：TQ153.14 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A
文章編號(hào)：1004–227X(2011)04–0013–02
1·前言
硫酸作為酸性鍍銅電解液的主要成分，可以提高鍍液電導(dǎo)率，擴(kuò)大電流密度范圍，防止銅鹽水解，改善電解液的分散能力和陽(yáng)極的溶解性能，增大陰極極化，使鍍層結(jié)晶細(xì)致。硫酸的含量必須要控制在一個(gè)合理的范圍內(nèi)，否則會(huì)對(duì)工藝產(chǎn)生不利的影響[1]。筆者發(fā)現(xiàn)不少中小企業(yè)對(duì)酸性鍍銅工藝中硫酸的影響缺乏全面認(rèn)識(shí)，鍍液中硫酸的含量往往大大超出工藝規(guī)范。某鋼絲鍍銅企業(yè)的電鍍銅生產(chǎn)線出現(xiàn)槽電壓升至滿量程(12V)，工作電流由正常時(shí)的400A降至40A，無(wú)法維持正常生產(chǎn)的情況。結(jié)合這次因硫酸過(guò)量引起的故障，本文將重點(diǎn)討論硫酸含量過(guò)高對(duì)工藝的影響。
2·實(shí)驗(yàn)
2.1硫酸銅溶解度的測(cè)定
將過(guò)量的硫酸銅溶解于水中，制成飽和硫酸銅溶液，向溶液中加入硫酸，使硫酸銅結(jié)晶析出。稱取結(jié)晶的質(zhì)量，計(jì)算硫酸銅的溶解度。從50~100g/L逐步提高硫酸的含量，測(cè)定在不同的硫酸含量下，硫酸銅的溶解度。
2.2槽電壓的測(cè)定
對(duì)失調(diào)的酸性光亮鍍銅溶液進(jìn)行分析，得知其中含硫酸銅124.3g/L、硫酸205.8g/L，硫酸為正常含量的4倍左右。采用磷銅板為陽(yáng)極、電解銅板為陰極，陰、陽(yáng)極面積比為2∶1，以電流密度0.5A/dm2在250mL赫爾槽中電鍍，測(cè)定槽電壓的變化情況。
3·結(jié)果與討論
3.1硫酸對(duì)硫酸銅的影響
硫酸銅在不同質(zhì)量濃度的硫酸水溶液中的溶解度如圖1所示。
常規(guī)的酸性鍍銅工藝中，硫酸銅的含量在180~220g/L之間，硫酸含量在50~70g/L之間。由圖1可以看出，硫酸含量的逐步升高，使硫酸銅的溶解度逐漸下降，硫酸含量為0~50g/L時(shí)，硫酸銅的溶解度略有下降，但溶液的導(dǎo)電能力、分散能力明顯提高；硫酸含量在50~70g/L之間時(shí)屬于正常的工藝范圍，溶液的導(dǎo)電能力、分散能力處于最佳狀態(tài)，硫酸銅的溶解度雖有下降，但仍高于工藝配方中的上限(220g/L)，不會(huì)對(duì)陽(yáng)極的溶解產(chǎn)生不利影響。硫酸含量一旦超過(guò)配方范圍，隨著硫酸的增多，硫酸銅的溶解度迅速下降，在陽(yáng)極板表面甚至鍍槽底部形成沉積。
3.2硫酸對(duì)槽電壓的影響
過(guò)高的硫酸含量，使槽電壓不穩(wěn)定，采用故障溶液進(jìn)行恒電流電鍍，槽電壓隨時(shí)間的變化結(jié)果如表1所示。
從表1可以看出，通電20min之后槽電壓迅速攀升，最大值達(dá)到13.3V，槽電壓最小值和最大值相差兩個(gè)數(shù)量級(jí)。隨著時(shí)間的推移，硫酸銅晶體逐漸在陽(yáng)極表面析出、覆蓋、增厚，陽(yáng)極鈍化引起電阻增大，槽電壓上升，該現(xiàn)象與企業(yè)生產(chǎn)線上的故障相一致。
3.3硫酸對(duì)陽(yáng)極的影響
使用磷銅板作陽(yáng)極時(shí)，正常情況下，在陽(yáng)極表面形成一層具有金屬導(dǎo)電性的黑色膜，其主要成分是Cu3P，它可以阻止過(guò)多Cu+的產(chǎn)生，加速Cu+的氧化，減少銅粉(Cu2O)的生成。當(dāng)硫酸含量過(guò)高時(shí)，一方面黑色膜受到抑制，顏色變淡，膜層過(guò)薄，加速了銅粉的產(chǎn)生，另一方面硫酸銅結(jié)晶覆蓋在陽(yáng)極表面，出現(xiàn)這種情況的原因可能是在通電情況下，陽(yáng)極正常溶解產(chǎn)生Cu2+，由于濃差極化的存在，銅離子在界面的濃度高于在本體的濃度，而過(guò)多硫酸的存在，使硫酸銅的溶解度降低，在兩相界面處容易達(dá)到飽和，過(guò)多的銅離子與硫酸根離子形成硫酸銅，在陽(yáng)極結(jié)晶析出，阻礙了陽(yáng)極的正常溶解過(guò)程，使陽(yáng)極鈍化[2-3]。
4·結(jié)論
鍍液中硫酸含量的升高，使硫酸銅溶解度降低。隨著電鍍過(guò)程的進(jìn)行，Cu2+在陽(yáng)極表面層的濃度不斷升高，引起硫酸銅晶體在陽(yáng)極表面析出，使陽(yáng)極鈍化。
因此，在生產(chǎn)中應(yīng)該嚴(yán)格監(jiān)控硫酸的含量，定期分析并將其調(diào)整至工藝要求的范圍內(nèi)。
參考文獻(xiàn)：
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