酸性鍍銅工藝硫酸過量引起的故障分析

    馮紹彬，蘇暢  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,，硫酸的過量添加會造成酸性鍍銅工藝陽極鈍化、槽電壓升高,、工作電流下降,。本文討論了硫酸對硫酸銅溶解度的影響，發(fā)現(xiàn)水溶液中硫酸含量超過50g/L后硫酸銅的溶解度急劇下降,。當(dāng)硫酸含量過高時,，隨著電鍍過程的進行，Cu2+在陽極表面層的濃度不斷升高,，引起硫酸銅晶體在陽極表面析出,，使陽極鈍化,，導(dǎo)致無法正常生產(chǎn)。

    關(guān)鍵詞：酸性鍍銅,；硫酸,；硫酸銅；溶解度,；陽極,；鈍化

    中圖分類號：TQ153.14  文獻標志碼：A

    文章編號：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極的溶解性能,，增大陰極極化,，使鍍層結(jié)晶細致。硫酸的含量必須要控制在一個合理的范圍內(nèi),，否則會對工藝產(chǎn)生不利的影響[1],。筆者發(fā)現(xiàn)不少中小企業(yè)對酸性鍍銅工藝中硫酸的影響缺乏全面認識，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),，工作電流由正常時的400A降至40A，無法維持正常生產(chǎn)的情況,。結(jié)合這次因硫酸過量引起的故障,，本文將重點討論硫酸含量過高對工藝的影響。

    2·實驗

    2.1硫酸銅溶解度的測定

    將過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,，計算硫酸銅的溶解度。從50~100g/L逐步提高硫酸的含量,，測定在不同的硫酸含量下,，硫酸銅的溶解度。

    2.2槽電壓的測定

    對失調(diào)的酸性光亮鍍銅溶液進行分析,，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,。采用磷銅板為陽極,、電解銅板為陰極，陰,、陽極面積比為2∶1,，以電流密度0.5A/dm2在250mL赫爾槽中電鍍，測定槽電壓的變化情況,。

    3·結(jié)果與討論

    3.1硫酸對硫酸銅的影響

    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，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),，不會對陽極的溶解產(chǎn)生不利影響。硫酸含量一旦超過配方范圍,，隨著硫酸的增多,，硫酸銅的溶解度迅速下降，在陽極板表面甚至鍍槽底部形成沉積,。

    3.2硫酸對槽電壓的影響

    過高的硫酸含量,，使槽電壓不穩(wěn)定，采用故障溶液進行恒電流電鍍,，槽電壓隨時間的變化結(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,，最大值達到13.3V,，槽電壓最小值和最大值相差兩個數(shù)量級。隨著時間的推移,，硫酸銅晶體逐漸在陽極表面析出,、覆蓋、增厚,，陽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硫酸對陽極的影響

    使用磷銅板作陽極時,，正常情況下,，在陽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)硫酸含量過高時,，一方面黑色膜受到抑制，顏色變淡,，膜層過薄,，加速了銅粉的產(chǎn)生，另一方面硫酸銅結(jié)晶覆蓋在陽極表面,，出現(xiàn)這種情況的原因可能是在通電情況下,，陽極正常溶解產(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到飽和,，過多的銅離子與硫酸根離子形成硫酸銅，在陽極結(jié)晶析出,，阻礙了陽極的正常溶解過程,，使陽極鈍化[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,。隨著電鍍過程的進行，Cu2+在陽極表面層的濃度不斷升高,，引起硫酸銅晶體在陽極表面析出,，使陽極鈍化。

    因此,，在生產(chǎn)中應(yīng)該嚴格監(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：

    [1]馮輝,張勇,張林森,等.電鍍理論與工藝[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2008:95-103.

    [2]鄧文,劉昭林,郭鶴桐.銅磷合金陽極電化學(xué)行為的研究[J].電鍍與涂飾,1996,17(2):1-4.

    [3]郭鶴桐,覃奇賢.電化學(xué)教程[M].天津:天津大學(xué)出版社,2000:333-335.[