CN102011152A - 一种镍电解用始极片的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电解行业用始极片的制备方法，特别涉及一种镍电解提取或电解精炼用始极片的制备方法。包括(1)轧制：至少把两层泡沫镍叠放在一起，用轧制的方法制成光亮无孔的金属镍复合薄板；(2)烧结：在还原气氛保护炉内进行烧结处理；(3)分切：按设计尺寸分切成矩形块状物；(4)焊极耳：用焊接的方法焊装极耳，即成为镍始极片。该方法突破了现有镍始极片加工过程的技术瓶颈，制备流程短、效率高，适合连续生产；制备的始极片厚度均匀、尺寸稳定、外观平整；用焊装极耳代替钉耳机作业，尺寸定位精确，作业效率高。

Description

一种镍电解用始极片的制备方法

技术领域

本发明涉及一种电解行业用始极片的制备方法，特别涉及一种镍电解提取或电解精炼用始极片的制备方法。 

背景技术

在本发明所属的技术领域中，现行的公知技术是以不锈钢板或钛板为种板（或称母板）生产镍始极片，在电解槽中对种板电沉积镍到一定的厚度（例如0.5mm），然后取出种板，剥离种板表面上的镍镀层，完整的剥离物经整平、修边、压纹和订极耳等后续加工，制成始极片，不完整的剥离物则成为废品。国内文献《轧制法生产始极片的工艺及应用》（《矿业工程》第23卷第2期）阐述了用种板电解法制备始极片的流程（参见下图1）。 

公知技术中，通常用“成张率”的指标来描述种板电解和剥离过程的破损程度，具有代表性的成张率指标是≥85%，有高达15%的镀镍层不能制成始极片，这主要是以下两种情况所致：一种情况是镀镍层与种板之间的附着力过于牢固而无法从种板上剥离成完整的薄板；还有一种情况，就是镀镍层与种板之间缺乏足够的附着力，导致电沉积过程中镀层自动剥离（蹦开或开裂），从而造成破损。后一种情况多发生在以钛板为种板的镍始极片的电沉积过程中，因为镀镍过程产生收缩应力，而钛表面与镀层之间的附着力本身就很小，随着镀层厚度的增加，这种存在于镀层内部的应力也在不断地累加，当镀层内部的收缩应力超出镀层与种板之间的附着力极限时，通常会发生镀层的自动剥离。 

从种板表面被整张剥离下来的镍镀层（薄板），因为受到收缩应力和剥离力的作用，通常是卷曲状的，需要用大型设备进行整平和压纹，然后才能作为始极片用。种板本身则需要进行反复处理，以维持合适的附着力，加上使用过程中的腐蚀、损坏和脆裂，需要经常更换。因此，镍的电解提取或电解精炼用始极片的制造过程是一个庞大的工程。 

与镍电解相近的铜电解精炼行业，国外已经推广使用连铸连轧法制备铜始极片的新工艺，国内的铜电解精炼企业也开始了尝试。与现行的钛种板电解生产铜始极片的方法相比，连铸连轧法可使电解铜车间实现高度机械化、自动化、连续化，从而大幅度提高生产效率。铜始极片的连铸连轧工艺过程为：（1）将电解铜板熔化成铜水后储存在铜包中；（2）使铜包中的铜水连续流过结晶器、铸造成连续的铜坯；（3）使铜坯连续经过轧制线、制成连续的铜薄板；（4）使铜薄板连续经过酸洗线、去除轧制氧化皮；（5）再经分切、钉极耳等后续加工，制成铜始极片。虽然连铸连轧工艺比钛种板电解法制备铜始极片的生产成本高，但因为能大大增加电解铜产量，从而增加企业效益。 

与镍相比，铜的熔点低、强度低、延展性好、高温稳定性强，适合连铸连轧工艺。镍的熔点比铜高370℃，且强度高、延展性差、高温下易氧化成有毒的氧化物，氧化损失严重，需要真空炉熔化，这些特性决定了连铸连轧工艺不适合镍始极片的制备，加之电解镍的产量仅为电解铜的几十分之一，因此，目前没有连续制备镍始极片的新工艺出现，仍然全部采用种板电解法。 

我国的金川集团公司，已开始采用镍始极片联动加工机组，以实现镍始极片加工生产的自动化和规模化，但这种联动机组只限于把图1中的流程以自动化的形式连接起来，并不具备连续制备镍始极片的功效。 

发明内容

本发明目的在于提供一种能够克服镍始极片加工过程中的技术缺陷、降低镍始极片加工过程的劳动强度、适合大规模连续化生产、高效率制备镍始极片的方法。 

本发明的目的是这样实现的： 

（1）轧制：至少把两层泡沫镍叠放在一起，用轧制的方法制成光亮无孔的金属镍复合薄板；

（2）烧结：在还原气氛保护炉内进行烧结处理； 

（3）分切：按设计尺寸分切成矩形块状物；

（4）焊极耳：用焊接的方法焊装极耳，即成为镍始极片。

泡沫镍是以聚氨酯海绵为骨架（模板），经导电化处理、电沉积金属镍、氧化、还原气氛保护烧结之后所得到的泡沫状金属镍。泡沫镍的空间结构单元（单元胞体）的平均孔径约为600微米至2mm尺度，结构单元中单个骨架（筋条）的平均投影宽度约为60微米至1mm，将单层泡沫镍轧制成薄板后，因为空间结构（孔）的投影面积不能被其上的全部骨架的投影所完全遮蔽，将呈现出肉眼可见的孔洞，没有光亮的外观，因此，单层泡沫镍不能用作制备镍始极片。两层或多层泡沫镍之间具有类似尼龙粘链的“链合作用”，可以通过轧制的方法使两层或多层泡沫镍“链合”成一个整体，继续增加轧制的压力，最后可以形成光亮无孔的金属镍复合薄板，每层泡沫镍之间均具有足够高的附着力，使之成为一体。 

但这种通过冷加工方法得到的金属镍复合薄板缺乏足够的延展性，在后续的加工过程中（例如压制商标图案）易发生开裂，且其层间的附着力仍难以抵抗在镍电解过程中不断增加的收缩应力，经常发生电解过程中的分层现象。通过对上述金属镍复合薄板进行烧结处理之后，获得了良好的延展性和足够的层间附着力，同时还增加了易焊性，使得极耳焊装工作更加容易，通过烧结处理增加的层间附着力足以抵抗镍电解过程中不断增加的收缩应力，从而消除了镍电解过程中的分层现象。烧结处理是在氢气或氢氮混合气体作为保护炉气的还原性气氛烧结炉中进行的，烧结处理温度高于870℃，烧结时间不少于5min，并于还原气氛中冷却至100℃以下。

技术效果。

（一）突破了现有镍始极片加工过程的技术瓶颈 

本发明采用冷加工（轧制）和热处理（还原气氛保护烧结）相结合的方法制备镍始极片，彻底摆脱了现有镍始极片加工技术所无法避免的应力开裂、剥离破损、整平和压纹过程开裂等技术瓶颈的束缚，使得始极片制备过程完全受控，不存在加工过程中因种板电解和剥离作业所导致的废损问题，也无需再用“成张率”指标评价制备过程中的废损量。

（二）始极片厚度均匀、尺寸稳定、外观平整 

用种板电解槽制备始极片，同一电解槽内的各个种板以并联的形式连接，电流在各个种板上自由分配，差别较大，导致始极片厚度（重量）的不均匀。同现有技术相比，用本发明所述方法制备的镍始极片具有厚度均匀、尺寸稳定、外观平整等优点，易于产出厚度均匀、板面平整、无毛刺和结瘤、无边缘效应的优质电解镍板。

（三）始极片制备流程短、效率高，适合连续生产 

本发明以泡沫镍为原料，用冷加工和热处理相结合的方法制备镍始极片，突破了原有技术只能用种板电解法制备镍始极片的限制，摆脱了种板电解槽的束缚，免除了从种板上剥离始极片的作业、无需整平和压纹作业，可以实现连续作业，大幅度提高了始极片的加工效率、降低了镍始极片制备过程中的劳动强度，具有重大的产业化价值。

（四）用焊装极耳代替钉耳机作业，尺寸定位精确，作业效率高 

  按本发明所述方法制备的始极片，具有良好的可焊性，可以通过点焊、滚焊或其它合适的焊接方法焊装极耳，尺寸定位精确、作业效率高，以取代劳动强度高、作业效率低、安装精度差的钉耳机作业。焊装极耳提高了尺寸定位精度，有利于始极片在电解槽中的准确定位，有利于产出无毛刺、无结瘤、无边缘效应的平整镍板。

附图说明

图1—用种板电解法制备始极片的流程图 

应用实例

应用实例

实施例1：

（1）将5层幅宽为1020mm、厚度为1.35mm、面密度为355 g·m^-2的泡沫镍叠放在一起，用轧制设备制成光亮无孔的金属镍薄板；

（2）将上述金属镍薄板送入网带式烧结炉中，进行烧结处理。烧结温度为870℃至930℃（分五区），经过烧结段的时间控制大于5min，烧结段和水冷段均采用氨分解气（氢氮混合气）保护；

（3）将经过烧结处理的薄板分切成1000mm×780mm的矩形块状物（极耳亦采用相同的薄板进行分切）；

（4）用点焊机焊装极耳，即成为始极片；

（5）在液压成型机上压制商标图案；

（6）将始极片（每组16片，共8组）送入隔膜电解槽内电沉积金属镍。电沉积电流密度为320 A·m^-2（按始极片投影面积），周期为9昼夜；

（7）出槽

经上述过程，得到单张均重约55kg的电解镍板共128张。

Claims (3)

1.一种镍电解用始极片的制备方法，由四个步骤依次构成，其特征为：

（1）轧制：至少把两层泡沫镍叠放在一起，用轧制的方法制成光亮无孔的金属镍复合薄板；

（2）烧结：在还原气氛保护炉内进行烧结处理； 

（3）分切：按设计尺寸分切成矩形块状物；

（4）焊极耳：用焊接的方法焊装极耳，即成为镍始极片。

2.根据权利要求1所述的镍电解用始极片的制备方法，所述的泡沫镍是以聚氨酯海绵为模板，经导电化处理、电沉积金属镍、氧化、还原气氛保护烧结处理之后所得到的泡沫状金属镍。

3.根据权利要求1所述的镍电解用始极片的制备方法，所述的在还原气氛保护炉内进行烧结处理，还原气氛为氢气或氢氮混合气体，烧结处理温度高于870℃，烧结时间不少于5min，并于还原气氛中冷却至100℃以下。

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