「化學(xué)鍍鎳」延長化學(xué)鍍鎳液壽命的方法-仁昌科技
目前，化學(xué)鍍鎳工藝大多采用以次磷酸鈉為還原劑，化學(xué)鍍的反應(yīng)過程可用下列方程式表示:
在上面的反應(yīng)中，亞磷酸鈉和硫酸鈉的生成是導(dǎo)致鍍液老化失效的重要產(chǎn)物。
鍍液中的亞磷酸鈉濃度達(dá)到一定時(shí)，將與鎳離子反應(yīng)生成亞磷酸鎳，導(dǎo)致鍍層表面光亮度下降并生成麻點(diǎn)，并會(huì)引起鍍液分解。
為防止亞磷酸鎳的生成，需要不斷向鍍液中添加絡(luò)合劑。但過量添加絡(luò)合劑后，會(huì)降低鍍層沉積速度，并可能使鍍層性能發(fā)生變化，影響鍍層的質(zhì)量，因此，不得不經(jīng)常更新鍍液。
另外，硫酸鈉的危害雖然不像亞磷酸鈉那么明顯，但是在鍍液不工作、溶液降溫時(shí)，就會(huì)生成亞硫酸鈉結(jié)晶，將會(huì)帶來不良影響。因此也應(yīng)抑制硫酸鈉的生成。
當(dāng)化學(xué)鍍鎳液中含有不太多的亞磷酸鈉時(shí)，我們可以用三氯化鐵、硫酸高鐵進(jìn)行沉淀處理。但是當(dāng)溶液使用6個(gè)周期后，其中有害物質(zhì)含量較高，再用簡單化學(xué)法處理已不能奏效，因此我們專門介紹幾種提高化學(xué)鍍鎳液壽命的技術(shù)。
1.間隔取液法
具體的做法是對于由亞磷酸鈉的積累而老化的溶液采取一定時(shí)間抽取部分溶液后,再補(bǔ)充新溶液。若取出溶液的量少則除去的反應(yīng)物的效果低;若取液的間隔時(shí)間過長，則溶液的性能變化激烈，因而如何選擇取液的量及取液間隔時(shí)間是十分重要的。
表1采用間隔取液法處理時(shí)取液量與周期數(shù)的關(guān)系
表1給出的是每周期取出10%和20%的鍍液時(shí)鍍液中亞磷酸鈉的增加量與計(jì)算上的周期數(shù)的關(guān)系，可以看出如在第6周期廢棄鍍液，10%的取液量相對于不取液時(shí)，鍍液的壽命提高了2倍。
2.冷凍法
表2和表3給出的是各種亞磷酸鹽和硫酸鹽在水溶液中的溶解度。對電鍍液中生成的副產(chǎn)物進(jìn)行處理時(shí)，常常采用冷凍法來去除在低溫時(shí)能結(jié)晶出來的有害副產(chǎn)物。但是亞磷酸鈉的溶解度很大，很難采用冷凍法進(jìn)行處理。如果采用次磷酸鋰作為還原劑，則生成的亞磷酸鋰的溶解度就比較小，因而可以在生產(chǎn)過程中取出部分溶液，對其進(jìn)行冷凍并濾出其中的結(jié)晶物，如圖4所示。
表2各種亞磷酸鹽的溶解度
表3各種硫酸鹽的溶解度
圖4亞磷酸鹽的連續(xù)去除系統(tǒng)
3.離子交換樹脂法
離子交換樹脂法是采用經(jīng)過次磷酸鈉處理過的堿性離子交換樹脂來處理由亞磷酸的積累導(dǎo)致的老化鍍液，使老化液中的亞磷酸鹽與離子交換樹脂上的次磷酸鹽進(jìn)行交換，以除去亞磷酸的方法。在這個(gè)方法中還有幾個(gè)問題有待解決:鎳離子的損失如何控制在最低程度;如何更合理地選擇離子交換樹脂的種類與預(yù)處理所用的次磷酸鈉濃度;離子交換樹脂如何再生。
4.氫氧化鈣法
所謂氫氧化鈣法是向老化的鍍液中添加氫氧化鈣使其和亞磷酸根生成亞磷酸鈣沉淀，進(jìn)而將其分離的方法。氫氧化鈣的添加量要與亞磷酸鈉的生成量相對應(yīng)。添加氫氧化鈣處理后，鍍液的pH值上升，呈堿性，沉淀物的量非常大。要調(diào)整pH值就要添加大量的硫酸，增加了溶液中的有害雜質(zhì)硫酸鈉的生成量。圖5為氫氧化鈣法處理鍍液的流程圖。
圖5氫氧化鈣法處理鍍液流程圖
然而氫氧化鈣僅僅和亞磷酸鈉發(fā)生反應(yīng)，幾乎不與還原劑和鎳離子發(fā)生反應(yīng)。雖然氫氧化鈣的添加量由亞磷酸鈉的濃度所決定，但是一般都添加標(biāo)準(zhǔn)量的1/2，其處理前后的結(jié)果如表6所示。
由表6中氫氧化鈣添加前后的濃度變化可以看出:氫氧化鈣僅和亞磷酸鈉進(jìn)行反應(yīng)，與鍍液中的次亞磷酸鈉以及硫酸鈉和絡(luò)合劑等幾乎都不發(fā)生反應(yīng)，因而有效成分的損失很少。
采用氫氧化鈣法時(shí)應(yīng)注意幾個(gè)方面:按標(biāo)準(zhǔn)量添加的時(shí)候，會(huì)引起的pH值的急劇上升;急劇添加氫氧化鈣會(huì)導(dǎo)致局部鍍液pH值迅速上升，并導(dǎo)致鍍液的分解，因而必須研究添加的方法。如在實(shí)驗(yàn)中按標(biāo)準(zhǔn)量添加時(shí)每3次實(shí)驗(yàn)中就有1次鍍液分解;按標(biāo)準(zhǔn)量1/2添加的時(shí)候3次實(shí)驗(yàn)中鍍液均不發(fā)生分解。這種方法會(huì)導(dǎo)致金屬穩(wěn)定劑(Pb)的大幅度減少。
表6氫氧化鈣處理的效果
5.氧化法
所謂氧化法是向老化的鍍液添加過氧化氫水溶液，使亞磷酸根氧化成磷酸根，再添加氫氧化鈣使其生成磷酸鈣沉淀而分離除去的方法。
由于鍍液中的絡(luò)合劑等物質(zhì)的存在會(huì)降低過氧化氫的氧化能力，因而需要具有高活性的催化劑與過氧化氫同時(shí)使用。用作催化劑的材料是白金及其化合物。但這種催化劑的選擇范圍很窄，而且會(huì)給鍍液穩(wěn)定性帶來惡劣的影響，因而必須開發(fā)新的催化劑才能使該種方法具有實(shí)用性。
另外采用電解法也可以將亞磷酸還原成次磷酸，但是這方面的研究存在兩個(gè)問題，一是還原效率低，二是需要選擇最合適的隔膜。
6.擴(kuò)散透析法
該法是采用陽離子交換膜與陰離子交換膜進(jìn)行擴(kuò)散透析來從廢液中回收酸的方法，它是利用離子交換膜兩邊的離子的濃度差進(jìn)行工作的，因而它非常節(jié)省能源。一般用這種方法來處理硫酸/硫酸銅，硫酸/硫酸鎳等成分比較簡單的溶液，而且效果很好，但是對于處理組成復(fù)雜的化學(xué)鍍鎳液來說存在著一個(gè)透過性的問題。
7.電透析法
MartinBayes和久保井義夫等人都認(rèn)為電滲析法是處理化學(xué)鍍鎳液的最佳方法。該法的原理和擴(kuò)散的原理相同，但是它在膜的兩端設(shè)置了電極，在電場的作用下對鹽的溶液進(jìn)行濃縮與稀釋。要消耗能量，但是能夠穩(wěn)定地選擇分離物質(zhì)，例如用電滲析方法可以分離氯化鈉水溶液來制造氫氧化鈉水溶液。一般離子交換膜的壽命很長而且分離的設(shè)備簡單，但僅能耐熱到50℃，這對于工作溫度大約在90℃左右的化學(xué)鍍鎳溶液來說，在線處理有困難。目前新開發(fā)出了一種氟塑料體系的交換膜能耐熱到90℃以上。在電透析設(shè)備運(yùn)行時(shí)，由于要經(jīng)常更換線路中的配管以及泵等部件，所以該方法的成本還比較高，但是有很大的下降空間。
表7給出的是具有代表性的離子交換膜的一般性質(zhì)。在實(shí)際應(yīng)用中我們希望離子交換膜具有很高的選擇透過性以及很好的機(jī)械強(qiáng)度和穩(wěn)定的化學(xué)性能。
表7離子交換膜的性質(zhì)
通過離子交換膜的透過作用實(shí)現(xiàn)離子的分離，這和離子交換樹脂不同，無需再生而且能夠穩(wěn)定工作。離子交換膜的電透析原理如圖8所示。從圖8中我們可以看到離子的交換機(jī)理。鈉離子雖然能通過陽離子膜，但卻不能通過陰離子膜，加在膜兩側(cè)的直流電流將溶液中的組分選擇性地進(jìn)行濃縮與稀釋。
圖8離子交換膜電透析原理
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