电解法电沉积镍的工艺及参数研究
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镍化学性质较活泼，但比铁稳定。天然生成的镍有五种稳定的同位素：58Ni67.7％、60Ni 26.2％、61Ni1.25％、62Ni1.66％[1,2]。镍的许多物理化学性质与钻、铁近似；由于与铜毗邻，因此在亲氧和亲硫性方面较接近铜。室温时在空气中难氧化，不易与浓硝酸反应。细镍丝可燃，加热时与卤素反应，在稀酸中缓慢溶解。能吸收相当数量氢气。除此以外，镍还具有如下化学性质[2]：(1)在大气中不易生锈以及能抵抗苛性碱的腐蚀。大气实验结果为：99％纯度的镍在20年内不生锈痕．无论在水溶液或熔盐内镍抵抗苛性碱的能力都很强，在50％沸腾苛性钠溶液中每年的腐蚀速度不超过25μm，对盐类溶液只容易受到氧化性盐类(如氯化高铁或次氯酸铁盐)的侵蚀。镍能抵抗所有的有机化合物的侵蚀。(2)在空气或氧气中，镍表面上形成一层NiO薄膜，可防止进一步氧化。含硫的气体对镍有严重腐蚀，尤其在镍与硫化镍(Ni3S2)的共晶温度643℃以上时更是如此。(3)20℃时镍的电极电位为—0．227V，25℃时镍的电极电位为—0.231V．若溶液中有少量杂质，尤其是有硫存在时，镍即显著钝化[3]。
膜电解法电沉积镍的工艺及参数研究
1绪论
1.1镍ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ其化合物的性质
镍，是一种银白色金属，元素符号为Ni，相对原子质量为58.69，外围电子排布3d84s2，位于第四周期第Ⅷ族。熔点为1453℃±1℃，沸点为2800℃，其物理性质主要表现如下：（1）密度。密度为8.908g/m3,可靠数值为8.9-8.908g/cm3。熔点时，液体镍的密度为7.9g/cm3。）（2）比热容。在0-1000℃的温度范围内变动为420-620J/（kg∙K）,在居里温度或其附近有一显著高峰，此温度下失去磁性。（3）电阻率。在20℃时按其纯度99.99%-99.8%变动为6.8-9.9μΩ∙cm。（4）磁性。镍是许多磁性物料（从高磁导率的软磁合金到高矫顽力的永磁合金）的主要组成部分，其含量常为10%-20%[1]。
镍和化合物在自然界有三种形态，即镍的氧化物、硫化物、砷化物[2,3]。（1）镍的氧化物。镍有三种氧化物，即氧化亚镍(Ni0)，四氧化三镍(Ni3O4)及三氧化二镍(Ni203)。三氧化二镍仅在低温时稳定，加热至400-500℃，即离解为四氧化三镍，进一步提高温度最终变成氧化亚镍。氧化亚镍具有触媒作用，可使S02转变为SO3，而SO3与NiO又可以形成稳定的硫酸盐，并较铜、铁的硫酸盐稳定，加热到750—800℃才显著离解。氧化亚镍能溶于硫酸、亚硫酸、盐酸和硝酸溶液中形成绿色的两价镍盐。当与石灰乳发生反应时，即形成绿色氢氧化镍(Ni(OH)2)沉淀。（2）镍的硫化物。镍的硫化物有：NiS2，NiS5，Ni3S2,NiS。硫化亚镍（NiS）在高温下不稳定，在中性和还原性气氛下受热时按下式离解：3NiS═Ni3S2+1/2S2。在冶炼温度下，Ni3S2是稳定的，其离解压比FeS下，但比Cu2S大。（3）镍的砷化物。镍的砷化物有砷化镍（NiAs）和二砷化三镍（Ni3As2）,前者在自然界中为红砷镍矿，在中性气氛中可按下式离解：3NiAs═Ni3As2+As。在氧化气氛中红砷镍矿的砷一部分形成挥发性的As2O3，一部分则形成无挥发性的砷酸盐（NiO·As2O3）。因此，为了更完全地脱砷，在氧化焙烧后、还必须进行还原焙烧，使砷酸盐转变为砷化物，进一步氧化焙烧中再使砷呈As2O3形态挥发，即进行交替的氧化还原焙烧以完成脱砷过程。类似铁和钴，在常压条件和40-100℃温度下，可与一氧化碳形成羰基镍[Ni(CO)4]：Ni+4CO=Ni(CO)4+163.6kJ当温度升高至150-316℃时，羰基镍又分解为金属镍。这个反应是羰基法提取镍的理论基础[4,5]。
1.2镍的用途及消费情况
1.2.1 镍的用途
随着经济社会的不断发展，镍作为一种具有优良特性的战略资源，越来越受各国的重视和青睐。镍的用途主要在表现在以下几方面[6]。
（1）在合金领域应用。作为不锈钢、合金钢、镍基合金、精密合金等3500多种合金的制作材料及添加剂，来满足各种合金对某些特殊性质的要求，占镍消费总量的65%以上。
（8）制作颜料和染料。其最主要的是组成黄橙色颜料，该颜料由TlO2：、NiO和Sb2O3的混合料在800摄氏度以下煅烧而成，覆盖能力强，具有金红石或尖晶石结构，故化学性质稳定[7-9]。
1.2.2 国内外镍资源储量及分布
镍在人类物质文明中起着重要作用。在公元前我国就知道使用镍锌、镍铜合金。镍作为合金虽早已为人们所利用，但是镍的发现距今仅200多年。国外于1775年制得纯镍，在1825～1826年间瑞典开始了镍的工业生产[10]。当时，由于技术条件等因素的限制，镍的生产长期未得到显著的发展。直到发现将镍炼制成合金钢以后，镍工业才有了较快的发展，产量也迅速上升。1910年世界镍产量只有2．3万吨，1960年为32.55万吨,1980年为74．28万吨，至2002年世界镍的年产量已达到117．59万吨，镍的消费量也将达到104．7万吨或更多。随着我国经济发展速度的进一步加快和国民经济结构的调整，不锈钢行业、电池、电镀、触媒行业对镍的需求量将进一步增加[11-13]。
（6）制作陶瓷和铁素体。如陶瓷工业上常用NiO作着色剂，此外，还能增加料坯与铁素体问的黏结性．并使料坯表面光洁致密。铁素体是一种较好的陶瓷材料，主要用于高频电气设备。
（7）储氢合金。此为金属间化合物，其特点是朗在室温下吸收氢气生成氢化物，加热到一定温度时，又可将吸收的氢气释放出来，这—特性为热核反应及太阳能源的能量储存及输送提供了较大的灵活性。此类合金种类颇多。
（4）在电池行业中应用。目前，传统的可充电电池主要为镍镉、镍氢可充电电池，镍的使用必不可少，其生产需要大量镍粉及其化合物。与铅酸电池相比，镍氢电池容量提升30%-50%，使用寿命提升4-8年；特别是具有“可充电千次且第一次不必完全放电”的优异性能。
（5）在催化剂行业中应用。例如泡沫镍作为汽车催化剂转换器、催化燃烧、柴油车黑烟净化器的催化剂载体。具有比高温钢催化剂无法达到的优越性。
（2）在电镀工业中应用。主要是在钢材等金属材料，木材陶瓷等非金属材料表面或内部镀上镍保护层，来满足其耐腐蚀等性能要求，其防腐性能比镀锌层高25%-30%，占镍消费总量的20%左右。
（3）在粘接材料中应用。目前，中国建筑业用的金刚石薄壁钻头、切割片及石油天然气等矿用金刚石钻头、硬质合金钻头的胎体粘接材料大多采用镍粉。镍粉作为催化剂应用的前景也十分被看好，催化剂中镍粉用量已经超过5500t/年。
膜电解法电沉积镍的工艺及参数研究
1绪论
1.1镍ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ其化合物的性质
镍，是一种银白色金属，元素符号为Ni，相对原子质量为58.69，外围电子排布3d84s2，位于第四周期第Ⅷ族。熔点为1453℃±1℃，沸点为2800℃，其物理性质主要表现如下：（1）密度。密度为8.908g/m3,可靠数值为8.9-8.908g/cm3。熔点时，液体镍的密度为7.9g/cm3。）（2）比热容。在0-1000℃的温度范围内变动为420-620J/（kg∙K）,在居里温度或其附近有一显著高峰，此温度下失去磁性。（3）电阻率。在20℃时按其纯度99.99%-99.8%变动为6.8-9.9μΩ∙cm。（4）磁性。镍是许多磁性物料（从高磁导率的软磁合金到高矫顽力的永磁合金）的主要组成部分，其含量常为10%-20%[1]。
镍和化合物在自然界有三种形态，即镍的氧化物、硫化物、砷化物[2,3]。（1）镍的氧化物。镍有三种氧化物，即氧化亚镍(Ni0)，四氧化三镍(Ni3O4)及三氧化二镍(Ni203)。三氧化二镍仅在低温时稳定，加热至400-500℃，即离解为四氧化三镍，进一步提高温度最终变成氧化亚镍。氧化亚镍具有触媒作用，可使S02转变为SO3，而SO3与NiO又可以形成稳定的硫酸盐，并较铜、铁的硫酸盐稳定，加热到750—800℃才显著离解。氧化亚镍能溶于硫酸、亚硫酸、盐酸和硝酸溶液中形成绿色的两价镍盐。当与石灰乳发生反应时，即形成绿色氢氧化镍(Ni(OH)2)沉淀。（2）镍的硫化物。镍的硫化物有：NiS2，NiS5，Ni3S2,NiS。硫化亚镍（NiS）在高温下不稳定，在中性和还原性气氛下受热时按下式离解：3NiS═Ni3S2+1/2S2。在冶炼温度下，Ni3S2是稳定的，其离解压比FeS下，但比Cu2S大。（3）镍的砷化物。镍的砷化物有砷化镍（NiAs）和二砷化三镍（Ni3As2）,前者在自然界中为红砷镍矿，在中性气氛中可按下式离解：3NiAs═Ni3As2+As。在氧化气氛中红砷镍矿的砷一部分形成挥发性的As2O3，一部分则形成无挥发性的砷酸盐（NiO·As2O3）。因此，为了更完全地脱砷，在氧化焙烧后、还必须进行还原焙烧，使砷酸盐转变为砷化物，进一步氧化焙烧中再使砷呈As2O3形态挥发，即进行交替的氧化还原焙烧以完成脱砷过程。类似铁和钴，在常压条件和40-100℃温度下，可与一氧化碳形成羰基镍[Ni(CO)4]：Ni+4CO=Ni(CO)4+163.6kJ当温度升高至150-316℃时，羰基镍又分解为金属镍。这个反应是羰基法提取镍的理论基础[4,5]。
1.2镍的用途及消费情况
1.2.1 镍的用途
随着经济社会的不断发展，镍作为一种具有优良特性的战略资源，越来越受各国的重视和青睐。镍的用途主要在表现在以下几方面[6]。
（1）在合金领域应用。作为不锈钢、合金钢、镍基合金、精密合金等3500多种合金的制作材料及添加剂，来满足各种合金对某些特殊性质的要求，占镍消费总量的65%以上。
（8）制作颜料和染料。其最主要的是组成黄橙色颜料，该颜料由TlO2：、NiO和Sb2O3的混合料在800摄氏度以下煅烧而成，覆盖能力强，具有金红石或尖晶石结构，故化学性质稳定[7-9]。
1.2.2 国内外镍资源储量及分布
镍在人类物质文明中起着重要作用。在公元前我国就知道使用镍锌、镍铜合金。镍作为合金虽早已为人们所利用，但是镍的发现距今仅200多年。国外于1775年制得纯镍，在1825～1826年间瑞典开始了镍的工业生产[10]。当时，由于技术条件等因素的限制，镍的生产长期未得到显著的发展。直到发现将镍炼制成合金钢以后，镍工业才有了较快的发展，产量也迅速上升。1910年世界镍产量只有2．3万吨，1960年为32.55万吨,1980年为74．28万吨，至2002年世界镍的年产量已达到117．59万吨，镍的消费量也将达到104．7万吨或更多。随着我国经济发展速度的进一步加快和国民经济结构的调整，不锈钢行业、电池、电镀、触媒行业对镍的需求量将进一步增加[11-13]。
（6）制作陶瓷和铁素体。如陶瓷工业上常用NiO作着色剂，此外，还能增加料坯与铁素体问的黏结性．并使料坯表面光洁致密。铁素体是一种较好的陶瓷材料，主要用于高频电气设备。
（7）储氢合金。此为金属间化合物，其特点是朗在室温下吸收氢气生成氢化物，加热到一定温度时，又可将吸收的氢气释放出来，这—特性为热核反应及太阳能源的能量储存及输送提供了较大的灵活性。此类合金种类颇多。
（4）在电池行业中应用。目前，传统的可充电电池主要为镍镉、镍氢可充电电池，镍的使用必不可少，其生产需要大量镍粉及其化合物。与铅酸电池相比，镍氢电池容量提升30%-50%，使用寿命提升4-8年；特别是具有“可充电千次且第一次不必完全放电”的优异性能。
（5）在催化剂行业中应用。例如泡沫镍作为汽车催化剂转换器、催化燃烧、柴油车黑烟净化器的催化剂载体。具有比高温钢催化剂无法达到的优越性。
（2）在电镀工业中应用。主要是在钢材等金属材料，木材陶瓷等非金属材料表面或内部镀上镍保护层，来满足其耐腐蚀等性能要求，其防腐性能比镀锌层高25%-30%，占镍消费总量的20%左右。
（3）在粘接材料中应用。目前，中国建筑业用的金刚石薄壁钻头、切割片及石油天然气等矿用金刚石钻头、硬质合金钻头的胎体粘接材料大多采用镍粉。镍粉作为催化剂应用的前景也十分被看好，催化剂中镍粉用量已经超过5500t/年。