[发明专利]从铬电极电解溶解铬

说明书

技术领域

本发明一般地涉及从铬电极以三价铬电解溶解铬。

背景技术

镀铬是本领域中熟知的一种电化学方法。有两种形式的镀铬：硬镀铬及装饰镀铬。硬镀铬包括将厚的铬涂层涂布到钢基板上，通常用来防止磨损，并且该存在的厚度范围为约10～约1000微米。装饰镀铬涂布更薄的铬层，其范围为约0.25～约1.0微米，并且为了美观目的提供极薄但硬的涂层，以达成发光的反射表面和/或防护下层金属被锈蚀、腐蚀及刮伤。

对于装饰目的而言，通常将铬涂布在镍涂层上。铬提供一层硬的耐磨层，并且由于铬层相对于下层的镍沉积物呈阴极而获得了优良的腐蚀性能。下层镍层在腐蚀电池中变成阳极并优先地腐蚀，而使铬层不受腐蚀。

传统上从使用例如由氧化铬(CrO₃)和硫酸所制备的铬酸水溶液浴的包含六价铬的电解质电镀装饰性铬。但是，已经进行许多尝试来开发商业上可接受的使用仅包含三价铬离子的电解质来电镀铬的方法。出现使用包含三价铬盐的电解质的诱因是因为六价铬存在严重的健康和环境危害。六价铬离子及其溶液受到技术限制，包括镀浴及洗涤水的处理成本不断增加。再者，从实质上包含六价铬离子的浴进行镀敷的操作受到操作限制，其增加了产生商业上不能接受的沉积物的概率。

使用铅阳极，从包含铬酸的电解质来电沉积铬已有许多年。通常使用铅阳极是因为该方法的阴极效率相当低(通常不高于25%)，所以不可能使用可溶的铬阳极，因为它会导致铬金属在电镀浴中积聚。铅阳极的次要功能为使在镀浴中阴极处所产生的三价铬再氧化，这是通过在电解期间在阳极表面上形成二氧化铅涂层而达成的。在这些浴中，铬金属可简单地通过加入更多铬酸而置换。

因为铬酸的毒性，近来已开发出基于三价铬的镀铬电解质。虽然这些浴比使用六价浴更安全，但它们依赖于电镀溶液的带出液(dragout)来保持该溶液平衡。这些方法不能使用诸如带出液回收或部分封闭回路技术的技术，因为在该浴中的铬金属来源为铬盐(通常为硫酸铬)。若使用带出液回收或封闭回路系统，随着从该浴中电镀出铬，必需加入更多的硫酸铬，从而造成该浴中硫酸盐的积聚，这可能会导致问题。

Reynolds的Re.35,730(其主题以引用方式整体地并入本文)描述了一种用离子交换树脂(优选阳离子交换树脂)选择性从镀浴中移除杂质来再生包含三价铬阳离子的镀浴的方法和装置。该离子交换柱与电镀槽连接。但是，该系统需要使用并处理离子交换树脂。

因此，如果三价电镀浴中的铬金属可通过铬金属的电解溶解来补充以维持该浴的金属含量，这将是有利的。虽然这似乎可以是简单地将阳极电位施加至铬金属阳极的问题，事实上这在实践中是不可能的。原因在于铬是非常活泼的金属，其容易在表面上形成氧化物层，而使铬钝化。在将阳极电位施加至此钝化铬时，发生铬少许溶解，直到该电位变成足够地阳极以至于超过该反钝态电位，此时，电流增加且铬开始溶解。但是，在此步骤所需要的高阳极电位下，铬溶解为六价铬，其对三价铬电解质来说是一种强烈的毒物且将阻止该电解质工作。因此，对铬金属电极来说，尚未知晓将铬连续电解溶解为三价铬的方法。

可通过使钝化铬阴极化并在表面释放氢而将其活化。不幸的是，其非常快速地再钝化。惊人的是，本发明的发明人已发现通过对铬电极施加交变系列的阴极和阳极电流脉冲，铬容易地从铬金属电极以三价铬形式溶解。对于在包含三价铬的方法(包括例如镀铬和铬钝化方法)中维持铬金属含量来说，本发明具有许多潜在的应用。

发明内容

本发明的一个目的为提供一种补充三价铬电解质的经改良的方法。

本发明的另一个目的为从金属铬电极以三价铬电解溶解铬。

本发明的再一个目的为使用交变脉冲电流从金属铬电极溶解出三价铬。

本发明的又另一个目的为提供一种从铬金属制造三价铬盐的经改良的方法。

本发明的又另一个目的为提供一种使用脉冲反向电流来电解溶解铬的经改良的电解池。

为此，在优选的具体实施方式中，本发明一般地涉及一种补充三价铬电解质的铬含量的方法，该方法包含步骤：

a)将铬电极和第二电极沉浸在该铬电解质中；和

b)对该铬电极和第二电极施加交变脉冲电流；

其中铬从该铬电极电解地溶解，并且沉浸有该铬电极的电解质的铬含量得到了富化。

在另一个优选的具体实施方式中，本发明一般地涉及一种补充三价铬电解质的铬含量的电解池，该电解池包含：

a)可沉浸在铬电解质中铬电极和第二电极；和

b)脉冲产生单元，其能对该铬电极和第二电极提供交变脉冲电流；