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电解液是由什么合成的

单薄的外套
轻松的钢笔
2023-01-25 19:30:35

电解液是由什么合成的?

最佳答案
坚定的香烟
傲娇的夕阳
2026-04-26 03:48:10

电解液是由多种物质组成的,主要包括以下几种:

电解质

电解液所使用的锂盐,即各种含锂化合物,在溶剂中溶解后,释放出大量活跃锂离子。常用的锂盐有LiPF6、LiClO4、LiBF4、LiBOB、LiTFSI、LiAsF6等几种,其中LiPF6是目前比较成熟的商用锂盐。

这些锂盐各有优缺点,实际使用过程中,往往是以LiPF6为主,适量添加其他种类,以取得其优势,复合提升电解液性能。

溶剂

锂电池一般采用有机溶剂。锂离子电池负极的电位与锂非常接近,在水溶液体系中不够稳定,因此选用有机溶剂作为离子载体。

常见的锂电池电解液溶剂类型包括碳酸酯类、醚类和羟基酸脂类。

为了提高电解液的导电性,理论上应该选用可以给溶液提供尽可能多的活性锂离子的溶剂,也就是电解质在其中的溶解度高,而溶质分子的解离度也要高;溶剂介电常数高而粘度低。实际上,介电常数高的溶剂,其粘度也高,需要根据实际情况进行取舍。

添加剂

添加剂是指电解液中除了溶质以外添加的少量物质,它一般不能存储电量,加入的目的是改善电解液性能,提升电芯稳定性等。

对电解液进行配比前要保证电解液的纯度。可以使用专业的电解液过滤设备进行过滤。

专业电解液过滤设备

最新回答
碧蓝的小鸭子
自信的羊
2026-04-26 03:48:10

是氧气,因为在强氧化剂存在的条件下,过氧化氢体现还原性,因为高锰酸钾加上在酸性条件下氧化性超强,所以过氧化氢负一价的氧在这个时候就只体现还原性,因为被氧化后含有氧十八的示踪原子会出现在氧气里。

开心的跳跳糖
精明的小虾米
2026-04-26 03:48:10
好吧,我来回答这个问题吧,看来你确实不熟悉。

1.

先说成本,脱硫用石灰石、氧化镁等,价格比纯碱低很多,脱硫剂是开采出来的,纯碱是化工制造出来的,所以成本差很多,企业承受不起。

2.

脱硝与脱硫技术不一样,脱硫是酸碱中和,生成亚硫酸盐(钙镁),脱硝则不行,硝(氮氧化物的总称)是不能直接溶于水形成酸根,一氧化氮不能溶于水,这部分占硝量的90%,二氧化氮也不行,与水反应生成硝酸和一氧化氮,所以脱硝采用的是还原法,纯碱脱不了硝。

3.

脱硝采用氨作为还原剂,在炉膛内850至1150度范围内与氮氧化物反应,氮氧化物被还原为氮气和水,这种方法叫选择性非催化还原脱硝(SNCR)

4.

在尾部受热面,使用氨气在300至420度范围内,通过催化剂(二氧化钛、五氧化二钒等),与氮氧化物反应,生成氮气和水,因为有催化剂参与,所以叫选择性催化还原脱硝(SCR)。

5.

部分企业出于安全考虑,不直接使用危险性大的液氨,使用安全性很高的尿素,也能起到氨气的作用。所以企业都是先脱硝,后脱硫,不能脱硫脱硝一体化。(有一体化方式,应用较少)。

希望能帮到你。

忧伤的帆布鞋
闪闪的唇彩
2026-04-26 03:48:10
直接电解偏钒酸铵就可以制备硫酸氧钒,有两种方法:一是采用阴、阳离子隔膜将正负极槽分开,偏钒在负极,正极就用硫酸溶液就可以。另一种不用隔膜,加一定量硫酸以保证溶液导电性,在负极会直接生成硫酸氧钒,但是需要保证阳极氧的析出占主导地位;因为没有隔膜,负极生成的四价钒不可避免地扩散至正极表面而被氧化,降低电解效率;因此,正极可采用棒状电极,控制副反应地发生。

两种方法我都做过,均可以制备出四价钒,且可以继续电解至三价。但是NH4+的除杂有一定难度。

寒冷的早晨
满意的月饼
2026-04-26 03:48:10
氧气和其他气体。水中含有氧气和其他气体,氧气是一种主要的去极化剂,能造成锅炉设备及热力系统金属面产生腐蚀,这种腐蚀经常是局部性溃疡腐蚀,严重时造成金属壁穿孔。去极化剂是指过渡族金属的某些盐类如硫酸铜、硫酸银、硫酸氧钒等。

温婉的鸡
要减肥的钢铁侠
2026-04-26 03:48:10
......

在你提的另外一个问题里面有各种管材的性能

个人建议首先排除UPVC,因为基本上都是作为排水管使用的,PE、PP现在基本上作为给水管道,PE也作为燃气管道使用。

能力有限,只能分析道这里,不敢妄做判断,另外几种材料希望有高手指点。

清秀的大白
专一的哑铃
2026-04-26 03:48:10
一、煅烧:将硫黄或黄铁矿在空气中燃烧或焙烧,以得到二氧化硫气体。(国内以黄铁矿为主)

二、催化氧化:将二氧化硫氧化为三氧化硫是生产硫酸的关键,其反应为:2SO2+O2→2SO3

这个反应在室温和没有催化剂存在时,实际上不能进行。根据二氧化硫转化成三氧化硫途径的不同,制造硫酸的方法可分为接触法和硝化法。接触法是用负载在硅藻土上的含氧化钾或硫酸钾(助催剂)的五氧化二钒V2O5作催化剂,将二氧化硫转化成三氧化硫。硝化法是用氮的氧化物作递氧剂,把二氧化硫氧化成三氧化硫:

SO2+N2O3+H2O→H2SO4+2NO

根据所采用设备的不同,硝化法又分为铅室法和塔式法,现在铅室法已被淘汰;塔式法生产的硫酸浓度只有76%;而接触法可以生产浓度98%以上的硫酸;采用最多。

接触法生产工艺:接触法的基本原理是应用固体催化剂,以空气中的氧直接氧化二氧化硫。其生产过程通常分为二氧化硫的制备、二氧化硫的转化和三氧化硫的吸收三部分。

二氧化硫的制备和净化:

以硫铁矿等其他原料制成的原料气,含有矿尘、氧化砷、二氧化硒、氟化氢、氯化氢等杂质,需经过净化,使原料气质量符合转化的要求。为此,经回收余热的原料气,先通过干式净化设备(旋风除尘器、静电除尘器)除去绝大部分矿尘,然后再由湿法净化系统进行净化。

经过净化的原料气,被水蒸气所饱和,通过喷淋93%硫酸的填料干燥塔,将其中水分含量降至0.1g/m3以下。

二氧化硫的转化:二氧化硫于转化器中,在钒催化剂存在下进行催化氧化:

SO2+(1/2)O2 SO3 ΔH=-99.0kJ

钒催化剂是典型的液相负载型催化剂,它以五氧化二钒为主要活性组分,碱金属氧化物为助催化剂,硅藻土为催化剂载体,有时还加入某些金属或非金属氧化物,以满足强度和活性的特殊需要。通常制成直径4~6mm、长5~15mm柱状颗粒。近年来,丹麦、美国和中国相继开发了球状、环状催化剂,以降低催化床阻力,减少能耗。

钒催化剂须在某一温度以上才能有效地发挥催化作用,此温度称为起燃温度,通常略高于400℃。近年来,研制成功的低温活性型钒催化剂,其起燃温度降低到370℃左右,因而提高了二氧化硫转化率。转化器进口的原料气温度保持在钒催化剂的起燃温度之上,通常为410~440℃。

由于原料气经过湿法净化系统后降温至40℃左右,所以必须通过换热器,以转化反应后的热气体间接加热至反应所需温度,再进入转化器。二氧化硫经氧化反应放出的热量,使催化剂层温度升高,二氧化硫平衡转化率随之降低,如温度超过650℃,将使催化剂损坏。为此,将转化器分成3~5层,层间进行间接或直接冷却,使每一催化剂层保持适宜反应温度,以同时获得较高的转化率和较快的反应速度。

现代硫酸生产用的两次转化工艺,是使经过两层或三层催化剂的气体,先进入中间吸收塔,吸收掉生成的三氧化硫,余气再次加热后,通过后面的催化剂层,进行第二次转化,然后进入最终吸收塔再次吸收。由于中间吸收移除了反应生成物,提高了第二次转化的转化率,故其总转化率可达99.5%以上,部分老厂仍采用传统的一次转化工艺,即气体一次通过全部催化剂层,其总转化率最高仅为98%左右。

三、吸收:三氧化硫的吸收:转化工序生成的三氧化硫经冷却后在填料吸收塔中被吸收。吸收反应虽然是三氧化硫与水的结合,即:SO3+H2O→H2SO4 ΔH=-132.5kJ

但不能用水进行吸收,否则将形成大量酸雾。工业上采用98.3%硫酸作吸收剂,因其液面上水、三氧化硫和硫酸的总蒸气压最低,故吸收效率最高。出吸收塔的硫酸浓度因吸收三氧化硫而升高,须向98.3%硫酸吸收塔循环槽中加水并在干燥塔与吸收塔间相互串酸,以保持各塔酸浓度恒定。成品酸由各塔循环系统引出。

吸收塔和干燥塔顶设有金属丝网除沫器或玻璃纤维除雾器,以除去气流中夹带的硫酸雾沫,保护设备,防止环境污染。两次转化工艺的最终吸收塔出口尾气中的二氧化硫浓度小于500×10-6,尾气可直接排入大气;而一次转化工艺的吸收塔尾气中的二氧化硫浓度高达2000×10-6~3000×10-6,故须设置尾气处理工序,以使排气符合环境保护法规。氨水吸收法是应用最广的尾气处理方法。

妩媚的店员
糊涂的小馒头
2026-04-26 03:48:10
硫酸工业已有 200多年的历史。早期的硫酸生产采用硝化法,此法按主体设备的演变又有铅室法和塔式法之分。19世纪后期,接触法获得工业应用,目前已成为生产硫酸的主要方法。

早期的硫酸生产 15世纪后半叶,B.瓦伦丁在其著作中,先后提到将绿矾与砂共热,以及将硫磺与硝石混合物焚燃的两种制取硫酸的方法。约1740年,英国人J.沃德首先使用玻璃器皿从事硫酸生产,器皿的容积达300l。在器皿中间歇地焚燃硫磺和硝石的混合物,产生的二氧化硫和氮氧化物与氧、水反应生成硫酸,此即硝化法制硫酸的先导。

硝化法的兴衰 1746年,英国人J.罗巴克在伯明翰建成一座6ft(lft=0.3048m)见方的铅室,这是世界上第一座铅室法生产硫酸的工厂。1805年前后,首次出现在铅室之外设置燃烧炉焚燃硫磺和硝石,使铅室法实现了连续作业。1827年,著名的法国科学家J.-L.盖-吕萨克建议在铅室之后设置吸硝塔,用铅室产品(65%H2SO4)吸收废气中的氮氧化物。1859年,英国人J.格洛弗又在铅室之前增设脱硝塔,成功地从含硝硫酸中充分脱除氮氧化物,并使出塔的产品浓度达76%H2SO4。这两项发明的结合,实现了氮氧化物的循环利用,使铅室法工艺得以基本完善。

18世纪后半期,纺织工业取得重大的技术进步,硫酸被用于亚麻织品的漂白、棉织品的酸化和毛织品的染色。吕布兰法的成功,又需大量地从硫酸和食盐制取硫酸钠。迅速增长的需求为初兴的硫酸工业开拓了顺利发展的道路。

早期的铅室法工厂都以意大利西西里岛的硫磺为原料,随着硫酸需求的不断增加,原料供应日益紧张。19世纪30年代起,英、德等国相继改用硫铁矿作原料。其后,利用冶炼烟气生产硫酸也获得成功。原料来源的扩大,适应了当时以过磷酸钙和硫酸铵为主要产品的化肥工业的兴起,从而使硫酸工业获得更大的发展。1900年世界硫酸产量(以100%H2SO4计)已达4.2Mt。1916年,美国田纳西炼铜公司建成了一套日产 230~270t(以100%H2SO4计)的铅室法装置。它拥有四个串联的铅室,每个铅室的容积为15600m3,这是世界上容积最大的巨型铅室。由于庞大的铅室生产效率低、耗铅多和投资高,19世纪后半期起,不断有人提出各种改进的建议和发明,终于导致以填充塔代替铅室的多种塔式法装置的问世。

1911年,奥地利人C.奥普尔在赫鲁绍建立了世界上第一套塔式法装置。六个塔的总容积为600m3,日产14t硫酸(以100%H2SO4计)。1923年,H.彼德森在匈牙利马扎罗瓦尔建成一套由一个脱硝塔、两个成酸塔和四个吸硝塔组成的七塔式装置,在酸液循环流程及塔内气液接触方式等方面有所创新,提高了生产效率。

在苏联和东欧,曾广泛采用五塔式流程。到50年代,苏联又开发了更为强化的七塔式流程,即增设成酸塔和吸硝塔各一座,其生产强度比之老式的塔式法装置有了成倍的提高,而且可以用普通钢材代替昂贵的铅材制造生产设备。

铅室法产品的浓度为 65%H2SO4,塔式法则为76%H2SO4。在以硫铁矿和冶炼烟气为原料时,产品中还含有多种杂质。40年代起,染料、化纤、有机合成和石油化工等行业对浓硫酸和发烟硫酸的需要量迅速增加,许多工业部门对浓硫酸产品的纯度也提出了更高的要求,因而使接触法逐渐在硫酸工业中居于主导地位。

后来居上的接触法 1831年,英国的P.菲利普斯首先发明以二氧化硫和空气混合,并通过装有铂粉或铂丝的炽热瓷管制取三氧化硫的方法。1870年,茜素合成法的成功导致染料工业的兴起,对发烟硫酸的需要量激增,为接触法的发展提供了动力。1875年,德国人E.雅各布在克罗伊茨纳赫建成第一座生产发烟硫酸的接触法装置。他曾以铅室法产品进行热分解取得二氧化硫、氧和水蒸气的混合物,冷凝除水后的余气通过催化剂层,制成含43%SO3的发烟硫酸。

1881发起,德国巴登苯胺纯碱公司的R.克尼奇对接触法进行了历时10年的研究,在各种工艺条件下系统地测试了铂及其他催化剂的性能,并在工业装置上全面解决了以硫铁矿为原料进行生产的技术关键。当时的接触法装置都使用在较低温度下呈现优良活性的铂催化剂。但其价格昂贵、容易中毒而丧失活性(见催化剂中毒、催化活性)。为此,早期的接触法装置,无论从硫化矿或硫磺为原料,都必须对进入转化工序的气体预先进行充分的净化,以除去各种有害杂质。1906年,美国人F.G.科特雷耳发明高压静电捕集矿尘和酸雾的技术在接触法工厂获得成功,成为净化技术上的重要突破。

第一次世界大战的爆发,使欧美国家竞相兴建接触法装置,产品用于炸药的制造。这对接触法的发展颇具影响。1913年,巴登苯胺纯碱公司发明了添加碱金属盐的钒催化剂,活性较好,不易中毒,且价格较低,在工业应 用中显示了优异的成效。从此,性能不断有所改进的钒催化剂相继涌现,并迅速获得广泛应用,终于完全取代了铂及其他催化剂。

近30年的发展 第二次世界大战以后,硫酸工业取得了较大的发展,世界硫酸产量不断增长。

现代的硫酸生产技术也有显著的进步。50年代初,联邦德国和美国同时开发成功硫铁矿沸腾焙烧技术。联邦德国的法本拜耳公司于1964年率先实现两次转化工艺的应用,又于1971年建成第一座直径4m的沸腾转化器。1972年,法国的于吉纳-库尔曼公司建造的第一座以硫磺为原料的加压法装置投产,操作压力为500kPa,日产550t(100%H2SO4)。1974年,瑞士的汽巴-嘉基公司为处理含0.5%~3.0%SO2的低浓度烟气,开发一种改良的塔式法工艺,并于1979年在联邦德国建成一套每小时处理10km3焙烧硫化钼矿烟气(0.8%~1.5%SO2)的工业装置。

中国硫酸工业的发展 1874年,天津机械局淋硝厂建成中国最早的铅室法装置,1876年投产,日产硫酸约2t,用于制造无烟火药。1934年,中国第一座接触法装置在河南巩县兵工厂分厂投产。

1949年以前,中国硫酸最高年产量为 180kt(1942)。1983年硫酸产量达8.7Mt(不包括台湾省),仅次于美国、苏联,居世界第三位。1951年,研制成功并大量生产钒催化剂,此后还陆续开发了几种新品种。1956年,成功地开发了硫铁矿沸腾焙烧技术,并将文氏管洗涤器用于净化作业。1966年,建成了两次转化的工业装置,成为较早应用这项新技术的国家。在热能利用、环境保护、自动控制和装备技术等方面,也取得了丰硕成果

炙热的百褶裙
快乐的酒窝
2026-04-26 03:48:10
1酸性镀锡的特点

1、锡的沉积电位较正、镀液电导率较高

标准电极电位:Sn2++2e−=Snφº=-0.140V

而碱性条件下:HSnO−+H2O+2e−=Sn+3OH−φº=-0.79V

镀液中硫酸亚锡与硫酸的质量比又控制在1:3~4之间,故镀液导电性好。生产中槽电压不会大于4V,因而较省电。

2、电极反应极快

在硫酸液中,锡的交换电流密度io达110mA/cm²,比Cu2+、Zn2+大2~3个数量级。即:在无添加剂时,自身阴极极化很小,属电极反应极快的一种金属离子。在加有添加剂能获得光亮镀层时,其镀速仍快。

3、锡离子必须呈二价态

金属锡离子有+2和+4两种价态,Sn2+称为亚锡离子;Sn4+称为正锡离子。但Sn4+一般不以简单离子而以化合物形式存在,有时记为SnⅣ。

在加温的碱性镀锡液中,锡离子要求呈4价;Sn2+使镀锡层发灰暗而不白。为此,生产时常从锡阳极液附近加入适量双氧水,使阳极呈金黄色的半钝化态,以减少生成Sn2+。恰恰相反,在酸性镀锡时,要求锡呈二价态。Sn2+易被氧化为Sn4+。一旦Sn4+成为β−锡酸时,则使锡液浑浊、发白,严重时呈牛奶色。锡液黏度增大,分散能力与深镀能力下降,电导率下降,槽电压升高。镀层灰白无光、脆性加大,焊接性能下降。如何防止Sn2+转化为稳定的四价锡化合物,是工艺的重点与难点。

酸性镀锡现主要用硫酸盐体系与甲磺酸盐体系。前者成本低,应用也更广些。

2锡阳极

2.1锡对Sn2+的稳定作用

假若新配1L硫酸光亮酸性镀锌液,再分成两份于500ml烧杯中,其中一个烧杯内放入一根纯锡条,另一则不放;自然放置并观察,会发现:放有锡条的镀液保持清澈不浑的时间会比不放锡条的要长得多。原因是金属锡能将4价锡还原为2价锡,起到稳定镀液作用、减少β−锡酸的产生。

例如文献[1]列有反应:SnCl4+Sn=2SnCl2。

2.2锡阳极是否应加装阳极袋

首先应明确,在无氧化性介质的硫酸盐镀锡液中,钛材会很快被腐蚀,因而不能用钛阳极筐。

锡阳极板是否外套耐酸阳极袋,有利也有弊。好处是可以防止阳极泥渣直接落入镀液中,减少镀层毛刺、粗糙;坏处是几乎失去锡阳极的稳定镀液作用:阳极袋使对流、扩散传质过程受阻,袋内镀液Sn2+浓度较高,锡能起稳定作用;袋外镀液中Sn2+易氧化为Sn4+,易形成有害的β−锡酸。生产中现多数挂镀(只能采用阴极移动,而不能用空气搅拌)将槽作深点而不加阳极袋;滚镀对镀液翻动厉害,有时加阳极袋。

2.3阳极产生的黑色泥渣

2.3.1阳极泥渣为何物

金属锡是柔软的银白色金属,常温下在空气中不被氧化。亚锡化合物中,氧化亚锡为黑色,硫化亚锡为黑棕色,其余亚锡化合物几乎都无色。四价锡的氧化物为白色。SnO与SnO2均不溶于水。可以判定,黑色的阳极泥渣并非金属锡渣而是氧化亚锡SnO。

2.3.2黑色SnO泥渣的产生

在酸性镀锡时,阳极上也有气体产生,其为氧气:

4OH−−4e−→2H2O+O2↑

活性态的氧原子比氧气分子具有更强的氧化能力,使锡原子被氧化:Sn+O→SnO

2.3.3阳极泥渣的高化学稳定性

认为将阳极泥渣过滤丢弃太可惜了,文献[1]介绍,锌能将Sn2+和Sn4+完全还原为金属锡:

2Zn+Sn4+=Sn+2Zn2+

设想将SnO黑色阳极泥渣用还原性盐酸溶解,再加上锌粉还原,过滤得到锡粉来回收价高的锡。从工厂酸性镀锡槽底捞取了些阳极污泥,洗涤过滤后放入250ml烧杯中,先加入体积比1:1盐酸,过一段时间后用玻棒搅拌一阵。如此3昼夜后,SnO一点未见溶解。过滤后改用分析纯浓盐酸,同样几天都不溶。可见其化学稳定性很高,将SnO变成SnCl2都不大可能,就谈不上再用锌粉还原了。试验失败。(若将盐酸加热煮沸,则成本很高且不环保。)

2.3.4减少阳极泥渣的产生

阳极泥渣难以回收利用,则只能设法减少其产生。

阳极电流密度JA越大,阳极电流效率越低,析氧越严重,氧化产生SnO泥渣的量越大。为减小JA(以0.5~1.5A/dm²为宜),阳极面积应大些为好。不懂此理者,以为阳极少些消耗就少些,其实反而浪费更大。而且稀稀拉拉的阳极会使阴极电流分布不均匀,均镀能力下降。锡阳极少了,如前所述,镀液稳定性下降。不必担心阳极面积过大后镀液中锡离子浓度会升高,因为在配方硫酸范围内,锡的自溶量微乎其微。

镀液中硫酸过少,阳极活化不良,镀液电导率下降,阳极电流效率下降。硫酸过多,阳极泥渣从板上脱落加快,新的锡表面又很快氧化生成泥渣。

3β−锡酸的形成及其性能

SnO对应的氢氧化物为Sn(OH)2具有两性:与酸作用生成亚锡盐,与OH−作用生成亚锡酸盐,如:

Sn(OH)2+KOH=H2O+KHSnO2

白色的SnO2既不溶于水,也不溶于酸。其对应的氢氧化物有两种:Sn(OH)4即正锡酸,和锡酸H2SnO3,或记为SnO(OH)2。前者失去一分子水则成为后者:Sn(OH)4−H2­O=SnO(OH)2。

Sn(OH)4具两性,主要呈碱性;H2SnO3也具两性,但主要呈酸性。二者与碱反应均生成锡酸盐:

H2SnO3+2KOH=2H2O+K2SnO3与酸反应:H2SnO3+4HCl=SnCl4+3H2O

Sn(OH)4+2KOH=3H2O+K2SnO3Sn(OH)4+4HCl=SnCl4+H2O

4价锡生成的溶于碱及酸的锡酸,称为α−锡酸。

α−锡酸易于聚合为分子量更大的锡酸,如[H2SnO3]5或[(SnO)5(OH)10],即β−锡酸。一般,5分子α−锡酸聚合为1分子β−锡酸:5H2SnO3→(SnO)5(OH)10

液温越高,这种聚合速度越快。若对α−锡酸持续加热煮沸,则会全部聚合为β−锡酸。α−锡酸溶于稀矿酸,β−锡酸则不溶。

在酸性镀锡液中,一旦二价锡离子Sn2+被氧化为4价的Sn4+后,则会先生成α−锡酸。部分α−锡酸被镀液中的硫酸所溶解,另一部分则聚合为β−锡酸。β−锡酸既不溶于水,也不溶于稀硫酸,又不形成固态沉淀物,而是以白色胶性态悬浮于镀液中,直接用溶液过滤机也难以滤除,只能絮凝沉淀后去除。其对镀液与镀层的危害性前已述及。液温越高,聚合生成β−锡酸的速度越快。

在室温下,β−锡酸是逐渐增加的。这从液色的逐渐变化可以表现出来:清澈透明→浑浊但不发白→浅乳白色→深乳白色→牛奶状。

曾设想从絮凝沉淀后的β-锡酸中回收金属锡。查资料后认为步骤太多,不划算,提出来供感兴趣的人参考。步骤为:

a、β−锡酸与浓的盐酸煮沸:生成SnCl4:(SnO)5(OH)10+20HCl=5SnCl4+15H2O;

b、冲稀溶液;

c、加锌粉还原:SnCl4+2Zn=Sn+2ZnCl2;

d、过滤、洗涤得到金属锡粉。

4氯离子对镀液稳定性的破坏作用

搞过酸性镀锡的人都知道,氯离子对镀液十分有害,但未必清楚是如何起坏作用的。简述如下:

Sn2++2Cl−⇆SnCl2(1)

SnCl2+H2O=HCl+Sn(OH)Cl(2)

当有氧存在时:4SnCl2+O2+2H2O=4Sn(OH)Cl+2Cl2(3)

反应3生成的氯并不游离析出,而将Sn2+氧化为Sn4+:Sn2++Cl2=Sn4++2Cl−(4)

这样,反应1~4循环恶性进行,起到2个坏作用:其一、不断将Sn2+转化为Sn4+,为最终形成β−锡酸提供了条件。其二、反应生成碱式氯化亚锡难溶于水,而使镀液浑浊,起到与β−锡酸相类似的坏作用。Cl−还会明显降低本来就嫌小了的过电位,使镀层粗糙而易呈树枝状结晶。

5减少4价锡生成的措施

在酸性条件下,很难找到对金属离子有强配位作用的配位剂,对酸性镀锡也不例外。硫酸盐体系的镀液中,二价锡离子以简单的Sn2+形式存在,很易被氧化为4价态。而一旦Sn4+转化为β−锡酸,则无法再还原为有用的Sn2+,只能设法去除(一般为絮凝沉淀过滤后作为工业废弃物处置)。甲磺酸对Sn2+、Pb2+具一定配位能力,因而镀液稳定较高些,既可镀纯锡,也可镀锡铅合金。但其生产成本高,对电镀加工单价不高的产品,用硫酸盐光亮酸性镀锡,仍处于主导地位。

排开氯离子造成的生成二价锡化合物碱式氯化亚锡也有害这一因素,酸性镀锡时电镀液中的最大液费,就是Sn2+因氧化为Sn4+,最终变为无用且害处很大的β−锡酸而被白白丢弃。因此,如何尽量防止或减少Sn2+被氧化为Sn4+,且在Sn4+转化为白色的β−锡酸之前能将Sn4+还原为Sn2+,就是该工艺的重点了。办法几乎都是在添加剂中加入所谓“稳定剂”。售品添加剂在开缸剂中加入稳定剂较多、主光剂(一般用苄叉丙酮与甲醛)加入量多且开缸剂用量大,而在光亮剂中加入稳定剂很少,甚至不加。

5.1稳定剂概述

文献[2]指出了不少物质对硫酸盐光亮酸性镀液具有稳定作用。例如:

1、酚类物质

有关酸性镀锡的专利很多,但专利上提出的物质是难购到现货的。就目前售品开缸剂中的稳定剂,几乎都含有酚类物质,如间苯三酚、邻苯二酚、甲酚磺酸,等等。

在镀液中,酚类物质具有三个作用:a、具还原性,能将简单Sn4+还原为Sn2+;b、具一定光亮作用,能提高镀层光亮性和整平性;c、能扩大允许的阴极电流密度,减少镀层烧焦。

在苯酚类中,国内用得较多的是对苯二酚,国外则多用间苯二酚。其原因可能是:与对苯二酚相比,间苯二酚苯环上两个羟基的距离较近,电子云密度较高,更容易失去电子,即具有更强的将Sn4+还原为Sn2+的还原能力。

2、具还原性无机化合物

如周期表中VB族化合物五氧化二钒V2O5、硫酸氧钒VOSO4、钒酸钠NaVO3、五氧化二铌Nb2O5、钽的氯化物。以及三氯化钛TiCl3、硫酸氧锆ZrOSO4、钨酸钠Na2WO4。但这些物质贵且难购,也不宜选虽具还原性,但会产生氯离子的无机化合物。这类物质用得不多。

化学镀镍用还原剂次磷酸钠也能将Sn4+还原为Sn2+,可以考虑采用。

3、有机酸类

具有还原性的有机酸可作为稳定剂。如抗坏血酸、苯酚磺酸、甲酚磺酸、萘酚磺酸、山梨酸钠、硫代苯果酸、酒石酸及其盐类、葡萄糖酸,等。

4、肼类物质

肼类物质还原性强、用量少、如水合肼、硫酸肼。但其腐蚀性较强、有一定毒性,应用不多。

5、其它

有人认为,硫酸亚铁是良好稳定剂(2g/L)。1998年,有人报导,2~2.5g/L氟硼酸钾或10~13ml/L的大蒜提取液,在生产中实践应用5年,证明与售品FS-1专用稳定剂效果相当。从《中国化工产品大全》中可以查到许多“抗氧剂”产品,其中是否有对酸性镀锡效果特别好的可用作稳定剂的,要作大量的试验筛选工作。

在上述稳定剂中特别要讲一下抗坏血酸,其又名维生素C。人体在新陈代谢过程中会不断产生有害的氧化自由基。补充抗坏血酸后,因其具有的还原性,能中和氧化自由基,有利于人体健康。在酸性镀锡液中,发生如下可逆反应:

可逆反应

抗坏血酸分子上有2个羟基在被氧化时,2个氢原子各失去一个电子,起到2个作用:a、将Sn4+还原为Sn2+:Sn4++2e−→Sn2+;b、新生态的氢原子具有极强的还原能力,能消耗液中的氧:4H+O2=2H2O。其去氧作用减少了Sn2+的被氧化。反应生成的“去氢抗坏血酸”在酸性条件下于阴极得到2个负电子,又恢复为抗坏血酸。即其是循环利用的,以带出消耗为主。因此,现有稳定剂中几乎都加有抗坏血酸。它在电镀镍铁合金与锌铁合金中也常用来还原三价铁Fe3+为二价铁Fe2+,以防生成Fe(OH)3沉淀。但其对Fe2+无配位作用,效果不如代号为RC的稳定剂好。最简单的稳定剂,就是产品“SS820”中,只加有一种,即甲基丙烯酸。

5.2保持镀液清澈的措施

5.2.1避免引入氯离子

在酸性镀锡液中,氯离子参与的化学反应,不但会使Sn2+氧化为Sn4+,抵消稳定剂的作用,而且直接与Sn2+生成碱式氯化亚锡Sn(OH)Cl沉淀,悬浮于液中,使镀液发浑,只能絮凝沉淀再过滤去除。

在生产中,镀锡前用流动纯水清洗一般是办不到的。但至少应该用硝酸银检验所用地下水是否被Cl-污染。若污染较重,应抽取的深层地下水供镀锡及光亮酸铜作镀前处理后的入槽前的清洗用。经前处理干净后的工件,若清洗水中Cl-含量不重,应先存放在含硫酸10g/L左右的纯水中贮存,一是可使工件处于活化态,有利提高镀层结合力;二是不经清洗直接带稀硫酸入槽,既可补充镀液硫酸带出,又可减少Cl-的带入。

5.2.2保证镀液中有足够量的稳定剂

酸性镀锡液的稳定剂组分中,除抗血酸(有报导,五氧化二钒V2O5具类似作用)可循环利用,多数在还原四价锡为二价锡时,自身也被氧化消耗掉了。为保证镀液中有足够量的稳定剂,可采取以下措施:

1、因开缸剂中稳定剂含量高,因而平时不能只加光亮剂,应配搭加入适量开缸剂。见过一个颇有经验的电镀小老板,采用硫酸盐光亮镀锡工艺滚镀锡,平时补充添加剂,也只补充开缸剂,从来不补充“光亮剂”,其滚镀液使用2年了,也一直清澈不浑浊。其原因就在于此。

霍尔槽试验时,1A搅拌镀3min,若试片高端烧焦区较宽,补加4g/L硫酸亚锡也无明显改善,则补加适量优质开缸剂应有明显改善。其原因是补加了稳定剂中能扩大允许电流密度的酚类物质。

2、加入单独的稳定剂产品

市场上有专门的复配型酸性镀锡稳定剂出售,可择优选用,按使用说明书或实验添加。也可依据前述对稳定剂的介绍,自行组合配制。提供一个参考配方:

酒石酸钾钠120g/L

间苯二酚8g/L

抗坏血酸5g/L

甲酚磺酸3g/L(亦可不加)

次磷酸钠6g/L

聚乙二醇(分子量6000~12000)2g/L(可用0.01g/L适于镀锡的优质聚丙烯酰胺代替)

注意:

①全部用分析纯材料;

②配制时除间苯二酚与抗坏血酸外,用热水溶解、搅拌,若液不清澈(酒石酸及其盐类不太好溶),则试加分析纯硫酸,再搅拌至溶液清亮为止。

③间苯二酚与抗坏血酸见光易变质,要用黑色袋作外包装,在60℃以下时加入搅溶。若配液未用完时,存于棕色玻璃瓶中,再套不透光袋。

④若甲酚磺酸不易购,可购混合甲酚加硫酸磺化产生:1体积混合甲酚加热到50~60℃,不断搅拌下加入等体积浓硫酸;于100~110℃保温2h。

⑤其用量由实验确定。

5.2.3及时去除镀液中的悬浮沉淀物

及时,是指镀液显浑浊时,就应当进行絮凝沉淀处理;当镀液已明显泛白,即生成β−锡酸已较多时,才絮凝处理,则已晚了一些:生成物较多、絮凝沉淀后必须翻槽过滤。絮凝剂少加、勤加,镀槽作深一点,则不必每次加入絮凝剂后都要翻槽过滤;而且下部沉淀物较为密实、含水率相对较低。

在讨论Cl-影响时,谈及反应2生成的碱式氯化亚锡也是一种悬浮于镀液中的有害物质。若能及时絮凝沉于槽底,多少有点除氯作用,能减少反应3、4的发生。

宋文超、左正忠等[4]在其研究的酸性镀锡添加中,认为加入聚乙二醇能起到絮凝作用。他们确定的稳定剂组分有(含量保密):聚乙二醇、钒酸盐、次磷酸钠及抗坏血酸。不加稳定剂时5~7天镀液浑浊,加入后静置3个星期才出现轻微浑浊。(显然实验用的是纯水,不含氯。)个人拙见,其稳定剂只考虑了对Sn4+的还原作用,未考虑许多有机酸对Sn2+有一定配位作用,以及大生产中酚类物质有扩大允许阴极电流密度的作用,而未加入。

假若在平时补加用的光亮剂中加入效果好的聚丙烯酰胺少量,也能及时絮凝沉淀β−锡酸与碱式氯化亚锡悬浮物,保持镀液清澈不浑。其成本增加甚微。

顺便提供一个生产实践经验:当酸性镀锡液已发白严重,需加8mg/L处理剂絮凝沉淀长时间,镀液下部沉淀已很多,但上部液仍澄不清时,应改为下述“二步处理法”:先按4ml/L量加入处理剂,沉淀过滤;过滤后的尚浑浊液中再加4ml/L处理剂,搅拌、沉淀过滤。最后,虽加入处理剂的总量一样,但所得镀液的清澈透明度却比“一步法”高得多,即处理效果要好得多。过滤时,由于用溶液过滤机很易堵滤芯等问题,实际生产中多采用虹吸法吸出上部清液,下部含污泥的浑浊镀液就舀来倒了。这是一种极大的浪费。正确作法是:作一个小而深的塑料槽,将下部浑液及污泥舀于其中静置沉淀24h以上,再虹吸出上部清液返回镀槽;余下部分用几个过滤布制成的类似阳极袋的袋子,舀于其中,悬空吊放作“袋式过滤”,滤出液为镀液再利用,一般10余h后袋内污泥已干化,可取出与废水处理污泥一起处理。

6结论

通过以上分析,在酸性镀锡时,为减少锡的浪费,除加强镀后对镀液的回收外,在生产上还应注意:

1、锡阳极板不加阳极袋,以发挥其将有害4价锡还原为有用2价锡的稳定作用。

2、锡阳极面积大些为好,以保证阳极电流密度不大于1.5A/d㎡。这样,阳极电流效率高些,其上析氧少些,锡阳极上生成的化学稳定性很高(浓盐酸温室下也不溶解)的、黑色的、难以再利用氧化亚锡SnO少些。

3、尽力避免氯离子污染镀液,否则,既会发生悬浮于镀液中的有害的碱式氯化亚锡Sn(OH)Cl,也会将有用的Sn2+氧化为有害的Sn4+。

4、采取一切可行措施,避免Sn2+被氧化为Sn4+。当Sn4+以H2SnO3,即α−锡酸形式存在时,危害尚不大;但当α−锡酸逐渐聚合为白色的、既不溶于稀矿酸,也不溶于水的液中悬浮物β−锡酸(SnO)5(OH)10时,则显示出对镀液与镀层的极大危害性。为此,

1)研究提出了很多酸性镀锡液稳定剂。他们或者是对Sn2+有一定配位作用的有机酸,或者是能减缓Sn2+氧化为Sn4+的“抗氧剂”,或者是在Sn4+还未转变为β−锡酸之前将其还原为Sn2+的还原剂,或兼具几种作用。

2)一般在开缸剂中稳定剂含量较高,主光剂(多用苄叉丙酮)含量较低;而平时补加的光亮剂中,稳定剂含量很低,甚至完全不含。因而生产中在补充光亮剂的同时应适量补加开缸剂。

3)也有专门的售品稳定剂出售。当所用添加剂总体稳定性不够时,可择优购买添加。

4)稳定剂也可参照本文及文献[2]自配。其良好与否及加入量可通过霍尔槽试验来确定。

5)无论是悬浮于镀液中的Sn(OH)Cl或(SnO)5(OH)10,用活性炭吸附去除,几乎无效。通常采用絮凝剂作絮凝沉淀再固液分离。絮凝剂以有机与无机物共用混合剂最好;其中有机物多用聚丙烯酰胺PAM,其用量很少。PAM有阴离子型、阳离子型、非离子型三大类,每类又有分子量从几十万到几千万的商品多种。实践证明,有的用作废水处理效果很好的PAM,用作酸性镀液不但毫无絮凝作用,反而增加镀液黏度、降低电导率、给镀后清洗带来困难。因此,最好试验优选水剂“处理剂”成品用。笔者主张勤加少加处理剂:在补加光亮剂时,同时少量加入。