馮紹彬，蘇暢  鄭州輕工業(yè)學院材料化工學院，河南鄭州

 摘要：工業(yè)生產中，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，導致無法正常生產。

關鍵詞：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，使鍍層結晶細致。硫酸的含量必須要控制在一個合理的范圍內，否則會對工藝產生不利的影響[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，無法維持正常生產的情況。結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，使硫酸銅結晶析出。稱取結晶的質量，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·結果與討論

3.1硫酸對硫酸銅的影響

硫酸銅在不同質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電性的黑色膜，其主要成分是Cu3P，它可以阻止過多Cu+的產生，加速Cu+的氧化，減少銅粉(Cu2O)的生成。當硫酸含量過高時，一方面黑色膜受到抑制，顏色變淡，膜層過薄，加速了銅粉的產生，另一方面硫酸銅結晶覆蓋在陽極表面，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，在陽極結晶析出，阻礙了陽極的正常溶解過程，使陽極鈍化[2-3]。

4·結論

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，在生產中應該嚴格監(jiān)控硫酸的含量，定期分析并將其調整至工藝要求的范圍內。

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.電化學教程[M].天津:天津大學出版社,2000:333-335.[