4. Практическое применение электролиза.

Электролиз широко используется в различных отраслях промышленности

а) в металлургии

Электродом растворов солей получают Cu, Zn, Cd, Ni, Co, Mo и др. металлы на катоде происходит разряд ионов металла из растворов, которые получают в результате физической или химической обработки руд: Меⁿ⁺ + ne = Ме

В этих процессах используется нерастворимые аноды, на которых обычно выделяется кислород: 2H₂O + 4e = O₂ + 4H⁺

Метод электролиза используют для рафинирования (очистки) металлов: Cu, Ag, Au, Pb, Sn и др. анодом при рафинировании служит очищаемый металл и примеси, потенциал которых отрицательнее потенциала основного металла. Примеси, имеющие более положительный потенциал, не растворяются и выпадают из анода в виде шлама. На катоде в первую очередь выделяется металл, имеющий наиболее положительный потенциал. Т.к. Е_Ме2+/Ме Cu, Ag, Pb больше, чем потенциалы других металлов (примесей), то каждый из этих металлов в первую очередь выделяется на катоде, а примеси остаются в растворе.

Рассмотрим, например, рафинирование чернового никеля, содержащего примеси Zn и Cu и служащего анодом в электролизёре.

Т. к. Е⁰_Zn < Е⁰_Ni < Е⁰_Cu2+/Cu , то первым идет процесс Zn – 2e = Zn²⁺

Затем – основной металл: Ni – 2e = Ni²⁺

Примесь меди выпадает в осадок (шлам) в виде частиц металла, т.к. Е⁰_Cu2+/Cu max в сравнении.

На К(-) в первую очередь осаждается чистый никель, т.к. Е⁰_Ni2+/Ni > Е⁰_Zn2+/Zn.

Электролизом расплавов соединений получают Al, Mg, Na, li, Be, Ca, а также сплавы некоторых металлов. При использовании электролиза расплавов для получения Ме возникают экологические проблемы: при получении Al из расплавов, содержащих F, в атмосферу могут попадать токсичные соединения фтора. При использовании графитовых анодов последние окисляются с образованием некоторых токсичных соединений (Co, синильная кислота HCN и т. д.). при замене графитовых анодов на полупроводниковые оксидные на них выделяется кислород и производство становится менее вредным.

б) в химической промышленности

Наиболее крупный процесс – электролиз раствора NaCl с получением Cl₂ на А(+),H₂ на K(-) и NaOH в катодном пространстве. Кроме того, электролизом получают F из расплава смеси HF и NaF, H₂ и O₂ из H₂O, MnO₂ из MnSO₄, окислители: H₂O₂, KmnO₄, HclO₃ (хлораты), H₂CrO₄ (хроматы), анилин из нитробензола и др. органические вещества.

в) получение гальванопокрытий

Гальваническими называются металлические покрытия, наносимые на поверхность какого-либо изделия методом электролиза. Гальваническим способом можно получить покрытия всеми металлами и сплавами, которые могут выделяться на катоде. Толщина покрытий в зависимости от их назначения составляет 1-100 мкм.

Гальванические покрытия широко применяются во многих областях техники и имеют различные назначения:

1) защита от коррозии – цинкование, кадмирование, лужение и т. д.;

2) защита от коррозии и придание красивого внешнего вида (защитно-декоративные): Ni, Cr, серебрение и золочение;

3) повышение электрической проводимости: меднение, серебрение, золочение;

4) повышение твердости и износостойкости: Cr, Ro, Rd;

5) получение магнитных пленок: осаждение сплавов Ni-Co, Fe-Ni;

6) улучшение способности поверхности: Ag, Ro, Pd, Cr;

7) улучшение способности к пайке: Sn, осаждение сплава Sn-Pb;

8) уменьшение коэффициента трения свинцевания, Cr, осаждение сплавов Sn-Pb, In-Pb и др.

Нанесение гальванических покрытий проводится в электролизере, называемом гальванической ванной.

Катодом служит изделие, на которое наносится покрытие. В растворе находятся ионы металла, которым покрывают. На катоде идет электроосаждение металла-покрытия: Меⁿ⁺ + ne = Ме. Анодом обычно служит также металл, что и металл покрытия А(+):Меⁿ⁺ + ne = Ме. В состав растворов для получения покрытий кроме соли металла-покрытия вводятся добавки, увеличивающие электрическую проводимость раствора (H₂SO₄, Na₂SO₄), активирующие анодный процесс (NaCl), а также обеспечивающие постоянное значение pH (буферные добавки). Кроме того, введение некоторых добавок, называемых блескообразователями, позволяет получить на катоде металлические покрытия, е требующие механической или электрохимической полировки.

г) электрохимическая анодная обработка металлов и сплавов

Для изменения размеров и формы, а также состояния поверхности металлических изделий, используют электрохимические способы обработки, при которых производится электроокисление металлических изделий: электрохимическая размерная обработка, анодирование и др.

Анодная обработка изделий для придания им требуемой…

17