專利名稱：一種制備含硫鎳材料的方法
技術領域：
本發(fā)明公開了一種含硫鎳材料的制備方法，具體是指一種采用鎳硫離子直接反應 后沉積的方式制備活性含硫鎳陽極材料的方法。屬于電化學技術領域。
背景技術：
含硫鎳材料主要是用作電鍍鎳工業(yè)的活性陽極材料。由于采用含硫鎳陽極可以有 效降低槽電壓，提高沉積速度和電鍍效率，避免含氯電解液體系造成的設備腐蝕，以及獲得 低應力鍍層等優(yōu)勢，成為國際上最受歡迎的活性鎳陽極材料。加拿大INCO公司自開發(fā)了含硫鎳活性陽極材料以來，壟斷了該產(chǎn)品的國際市場。 對其生產(chǎn)技術，特別是對供硫硫源采取嚴格的保密措施。目前我國對含硫鎳的生產(chǎn)技術仍 處于摸索階段。當前國際上嘗試制備含硫鎳的方法主要有兩種一是采用以含=C-SO2-基 團的有機物為硫源的電解的方式，即在電解液中添加含=C-SO2-基團的有機物添加劑，使 硫元素逐步被還原并沉積在鎳基體上；二是采用氣相沉積的方式，即在氣體狀態(tài)下使鎳硫 元素通過分解沉積從而形成含硫鎳材料。生產(chǎn)過程中存在含硫鎳的質量不穩(wěn)定，含硫量難 以控制等問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種工藝方法簡單、操作方便、工藝流程短、以含S化合物 為硫源，通過在電鍍?nèi)芤褐墟嚵蛟刂苯踊瘜W反應制備含硫鎳材料的方法。本發(fā)明一種含硫鎳材料的制備方法，是采用下述方案實現(xiàn)的一種含硫鎳材料的制備方法，是在含鎳電鍍液的電鍍體系中，將含硫化合物溶液 滴入電鍍液中陰極板附近；在陰極板上，NiS化學沉積與鎳的電沉積同時進行，制備出含硫 鎳材料。本發(fā)明一種含硫鎳材料的制備方法中，所述電鍍體系的陽極采用金屬鎳或石墨材 料；所述陰極采用金屬鈦或不銹鋼材料；所述陰極電流密度控制在5 ΙΟΑ/dm2 ；所述含鎳 電鍍液中鎳離子的濃度為30 100g/L。本發(fā)明一種含硫鎳材料的制備方法中，所述含鎳電鍍液選自硫酸鎳、氯化鎳、氨基 磺酸鎳、氟硼酸鎳溶液中的至少一種。本發(fā)明一種含硫鎳材料的制備方法中，所述的含硫化合物選自硫化氫、硫化鈉、硫 化鉀、硫化銨中的至少一種。本發(fā)明一種含硫鎳材料的制備方法中，所述含硫化合物溶液的濃度控制在 0. 001 0. Olmol/L，其在陰極板附近的滴加速度控制在0. 04 0. 2L/dm2 · h ；制備的含硫 鎳材料的硫的質量分數(shù)在0. 02% 0. 2%。本發(fā)明由于采用上述工藝方法，將含硫化合物通入電鍍液中陰極板附近，在電場 作用下，含硫化合物與電鍍液中的鎳離子按下式直接一步反應S2、Ni2+ —NiS J,
反應產(chǎn)物NiS沉積在陰極上；同時，在電鍍過程中鎳在電場作用下在陰極上不斷 的電沉積，即NiS的化學沉積與鎳的電沉積同時進行，從而制備出含硫鎳材料。通過控制鍍液中鎳離子的濃度及電流密度，將陰極和陽極水平放置，使陰極的電 鍍面朝上，可在陰極的電鍍面上得到含硫鎳材料。通過控制MS的化學沉積和鎳的電沉積的過程，即控制電鍍過程的電流密度、鍍 液濃度、含硫化合物的添加量及添加速度，可以實現(xiàn)含硫鎳材料中的硫含量的有效控制。其 中電流密度、鍍液濃度根據(jù)設計的含硫鎳材料中的鎳含量MNi計算得到；因為，MNi = KQ, K 為電沉積鎳的電化當量，是一個常數(shù)，即1.095，Q為電鍍過程的安時數(shù)；因此，當鎳含量MNi 確定后，電鍍過程的安時數(shù)即可確定，從而，可以確定相應的電流密度及電鍍時間。當電鍍 槽的體積確定后，即可以根據(jù)設計的含硫鎳材料中的鎳含量MNi，計算出電鍍液的最初濃度， 要求電鍍液的最初濃度在電沉積析出MNi后，仍然能夠保持電鍍體系的正常工作。含硫化合 物的添加量同樣根據(jù)設計的含硫鎳材料中的硫含量折算得到；在確定含硫化合物的添加量 以及電鍍時間以后，則可以根據(jù)便于控制的添加速度，確定含硫化合物溶液的濃度。從而實 現(xiàn)在一定范圍內(nèi)較準確的控制所制備的含硫鎳材料中的硫含量。綜上所述，本發(fā)明工藝簡單、操作方便，通過選擇新的含S化合物硫源，采用硫的 化學沉積和鎳的電沉積的共沉積方式來制備含硫鎳材料，有利于控制含硫鎳材料的硫含 量，解決了當前含硫鎳材料的難制備以及含硫量難以控制的問題，制備出的含硫鎳材料，其 含硫量可控制在0. 02% 0. 2%范圍內(nèi)，產(chǎn)品質量穩(wěn)定，工藝流程短，可實現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)。
具體實施例方式實施例1采用溶液電鍍的方式，在陽極采用金屬鎳板板，電鍍液采用硫酸鎳和氟硼酸鎳按 質量比例1 2混合的溶液，鎳離子的濃度控制在90 100g/L，陰極采用不銹鋼板，陰極和 陽極均水平放置，陰極的電鍍面朝上，電流密度控制在9 ΙΟΑ/dm2 ；硫源選擇硫化鈉，硫化 鈉溶液用管道通入陰極附近，硫化鈉溶液的濃度控制在0. 001 0. 002mol/L，其在陰極板 附近的滴加速度控制在0. 04 0. 06L/dm2 *h，經(jīng)IOOAh的沉積后，獲得總重約為105克，含 硫量為0. 02% 0. 04%的含硫鎳材料。實施例2采用溶液電鍍的方式，陽極采用金屬鎳板，電鍍液采用氨基磺酸鎳溶液，鎳離子的 濃度控制在50 60g/L，陰極采用金屬鈦板，陰極和陽極均水平放置，陰極的電鍍面朝上， 電流密度控制在5 8A/dm2 ；硫源選擇硫化鈉和硫化鉀，將硫化鈉和硫化鉀按質量比1 1 混合的水溶液用管道通入陰極附近，溶液中硫元素的總濃度控制在0. 004 0. 006mol/L, 其在陰極板附近的滴加速度控制在0. 05 0. 15L/dm2 · h，經(jīng)500Ah的沉積后，獲得總重約 為540克，含硫量為0. 08% 0. 12%的含硫鎳材料。實施例3采用溶液電鍍的方式，陽極采用石墨板，電鍍液采用氯化鎳溶液，鎳離子的濃度控 制在30 40g/L，陰極采用金屬鈦板，陰極和陽極均水平放置，陰極的電鍍面朝上，電流密 度控制在7 ΙΟΑ/dm2 ；硫源選擇硫化銨，將硫化銨的水溶液用管道通入陰極附近，溶液中 硫元素的總濃度控制在0. 009 0. Olmol/L，其在陰極板附近的滴加速度控制在0. 06 0. lL/dm2 · h，經(jīng)800Ah的沉積后，獲得總重約為870克，含硫量為0. 18% 0. 2%的含硫鎳 材料。
權利要求
1.一種含硫鎳材料的制備方法，其特征在于在含鎳電鍍液的電鍍體系中，將含硫化 合物溶液滴入電鍍液中陰極板附近；在陰極板上，NiS化學沉積與鎳的電沉積同時進行，制 備出含硫鎳材料。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種含硫鎳材料的制備方法，其特征在于所述電鍍體系的 陽極采用金屬鎳或石墨材料；所述陰極采用金屬鈦或不銹鋼材料；所述陰極電流密度控制 在5 ΙΟΑ/dm2 ；所述含鎳電鍍液中鎳離子的濃度為30 100g/L。
3.根據(jù)權利要求2所述的一種含硫鎳材料的制備方法，其特征在于所述含鎳電鍍液 選自硫酸鎳、氯化鎳、氨基磺酸鎳、氟硼酸鎳溶液中的至少一種。
4.根據(jù)權利要求3所述的一種含硫鎳材料的制備方法，其特征在于所述的含硫化合 物選自硫化氫、硫化鈉、硫化鉀、硫化銨中的至少一種。
5.根據(jù)權利要求1 4任意一項所述的一種含硫鎳材料的制備方法，其特征在于所 述含硫化合物溶液的濃度控制在0. 001 0. Olmol/L，其在陰極板附近的滴加速度控制在 0. 04 0. 2L/dm2 · h ；制備的含硫鎳材料的硫的質量分數(shù)在0. 02% 0. 2%。
全文摘要
一種含硫鎳材料的制備方法，是在含鎳電鍍液的電鍍體系中，將含硫化合物溶液滴入電鍍液中陰極板附近；含硫化合物與電鍍液中的鎳離子按式S2-+Ni2+→NiS↓直接一步反應在陰極板上，NiS化學沉積與鎳的電沉積同時進行，制備出含硫鎳材料。反應產(chǎn)物NiS沉積在陰極上；同時，在電鍍過程中鎳在電場作用下在陰極上不斷的電沉積，即NiS的化學沉積與鎳的電沉積同時進行，從而制備出含硫鎳材料。本發(fā)明工藝簡單、操作方便，通過選擇新的含S化合物硫源，采用硫的化學沉積和鎳的電沉積的共沉積方式制備含硫鎳材料，有利于控制含硫鎳材料的硫含量，解決了當前含硫鎳材料的難制備以及含硫量難以控制的問題，產(chǎn)品質量穩(wěn)定，工藝流程短，可實現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)。
文檔編號C25D21/14GK102071441SQ201010595789
公開日2011年5月25日 申請日期2010年12月20日 優(yōu)先權日2010年12月20日
發(fā)明者吝楠, 張端鋒, 江垚, 賀躍輝 申請人:中南大學