粗鎳電解精煉(electrorefining  of  crude  nickel)

用電解精煉法除去粗鎳中雜質(zhì)獲得純鎳產(chǎn)品的鎳電解方法。產(chǎn)出的電鎳主要用于生產(chǎn)合金、電熱材料、磁性材料的原料和用作電鍍原料。

粗鎳電解精煉于1926年在加拿大科爾博恩港(Port  Colborne)鎳精煉廠實現(xiàn)工業(yè)化，中國也于20世紀(jì)60年代開始用于工業(yè)生產(chǎn)。

原理以粗鎳為可溶陽極，純鎳作陰極，硫酸鎳和氯化鎳混合溶液作電解液，電解在隔膜電解槽內(nèi)進(jìn)行。當(dāng)往電解槽通直流電時，粗鎳陽極發(fā)生溶解：

在陰極上析出更純的鎳：

工藝  由硫化鎳焙燒成氧化鎳，再用電爐或反射爐還原熔煉所產(chǎn)出的粗鎳澆鑄成陽極。粗鎳的典型成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)(w/％)為：Ni93．5，Co1.0，Cu4.0,Fe0．8，S0.6，As0．05及Pb0.01。陰極始極片以光滑的鈦板或不銹鋼板作為種板電解含鎳溶液制得。為了防止粗鎳陽極中溶解的雜質(zhì)在陰極析出，一般采用流動式的隔膜電解工藝。即將陽極液與陰極液用隔膜分開，同時在陽極液進(jìn)入陰極室之前先進(jìn)行凈化。電解液中所含少量的氯離子，能較有效地阻止陽極鈍化。此外，氯離子在陰極上的吸附，可使鎳離子比氫離子易于在陰極析出，而能提高電流效率。所以，一般用硫酸鎳與氯化鎳的混合溶液或氯化鎳溶液作電解液。電解液在電解過程中循環(huán)使用。粗鎳電解精煉的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)列舉于表。

粗鎳陽極中標(biāo)準(zhǔn)電極電位較正的貴金屬，在電解過程中難于電化溶解，而與一些非金屬雜質(zhì)成為陽極泥沉于槽底。電解液中的銅離子可被陽極泥中的金屬鎳置換成海綿銅。

流動式隔膜電解槽  為粗鎳電解的主體設(shè)備，如圖所示。電解槽用鋼筋混凝土建造，內(nèi)襯不導(dǎo)電的瀝青保護(hù)層。粗鎳陽極浸在槽內(nèi)的電解液中，陰極始極片裝于隔膜袋中并浸入電解液。電解時，陰極室的液面稍高

于陽極室的液面，使電解液不斷地從陰極室流入陽極室。此時，由于電滲和擴(kuò)散作用使通過隔膜袋毛細(xì)管進(jìn)入陰極室的雜質(zhì)離子被流速大的反向流所帶出。

影響因素   有陰極室電解液成分、電解液鎳離子濃度，電解液pH值及電解溫度等。產(chǎn)品陰極鎳的純度主要取決于陰極液的化學(xué)成分。為保證產(chǎn)品質(zhì)量，陰極液中雜質(zhì)金屬的含量(mg／L)上限如下：

提高電解液中鎳離子濃度可使電流效率增加。此外，為了獲得致密平整的陰極鎳，陰極液中鎳離子濃度不應(yīng)低于45g／L。氫離子在鎳陰極上的析出超電位比鎳離子小，氫在酸性溶液中的平衡電位比鎳的平衡電位正，因而氫比鎳更易在鎳陰極上析出。提高溶液的pH，氫的平衡電位向更負(fù)的方向移動，同時使氫的超電位增大。但pH不能超過5.5，否則電解液會析出鎳的氫氧化物和堿式膠體顆粒，這些顆粒易被陰極吸附，使陰極鎳晶體細(xì)化，機(jī)械性能變壞。通?？刂苝H在2.0～5.5。電解液中加入少量的硼酸使之與Ni(OH)2作用，可消除后者對陰極鎳結(jié)晶的影響。鎳析出的超電位隨溫度升高而降低，所以粗鎳電解精煉溫度較高，一般為333～343K。

開發(fā)新型的電解液和更有效的電解液深度凈化方法，以及新的電解液添加劑，是保證產(chǎn)品質(zhì)量、提高電流效率以及改進(jìn)電解工藝的主要途徑。