
- •Основы электрохимии и электрохимических технологий
- •Введение
- •Окислительно-восстановительные реакции.
- •Правила уравнивания окислительно-восстановительных реакций.
- •Порядок уравнивания окислительно-восстановительных реакций, т.Е. Приведение их в форму, обеспечивающую закон сохранения энергии (баланс массы и заряда).
- •Демонстрация переноса электронов в окислительно-восстановительных реакциях. Гальванический элемент.
- •Лекция 2. Законы Фарадея и скорость электрохимического процесса Выход по току. Применение закона Фарадея к расчету скорости обработки металлов.
- •Скорость электрохимической обработки
- •Электрохимический эквивалент сплава и практический электрохимический эквивалент.
- •Лекция 3. Равновесный потенциал электрода Электрод, ячейка. Напряжение электрода и ячейки. Равновесный потенциал. Виды равновесных потенциалов.
- •Равновесный потенциал.
- •Виды равновесных потенциалов.
- •Лекция 4. Основы теории электролитической диссоциации Равновесные явления в растворах электролитов. Теория электролитической диссоциации. Ион - дипольное и ион - ионное взаимодействие в электролитах.
- •Теория Дюбая – Гюккеля и ион - ионное взаимодействие в растворах электролитов.
- •Гидролиз солей.
- •Буферные растворы.
- •Ионные равновесия при растворении. Произведение растворимости.
- •Лекция 6 Электропроводность электролитов
- •Экспериментальное определение электропроводности.
- •Особые случаи электропроводности электролитов.
- •Электроды первого рода. Потенциал ионно-металлического электрода.
- •Электроды второго рода.
- •Хлорсеребряный электрод.
- •Окислительно – восстановительные (redox) системы.
- •Водородный электрод.
- •Хингидронный электрод.
- •Мембранный потенциал или потенциал Донана.
- •Методы изучения двойного электрического слоя.
- •Модельные представления о строении двойного электрического слоя.
- •Форма поляризационной кривой при наличии стадии массопереноса.
- •Лекция 11 Теория замедленного разряда.
- •Свойства уравнения теории замедленного разряда.
- •Лекция 12 Поляризация (перенапряжение) при образовании новой фазы. Перенапряжение при лимитирующей стадии образования двумерных и трёхмерных зародышей.
- •Перенапряжение поверхностной диффузии при электроосаждении металлов.
- •Перенапряжение образования пузырьков газа и связь размеров пузырьков с потенциалом.
- •Предельные токи при электроосаждении. Эффект м.А.Лошкарёва.
- •Электрические процессы в условиях медленной гомогенной химической реакции.
- •Критерии определения природы лимитирующейстадии.
- •Лекция 14 Примеры механизмов некоторых электрохимических реакций.
- •Примеры механизмов различных электрохимических реакций. Реакция выделения водорода (водородный электрод).
- •Кинетическая теория коррозии.
- •Коррозия при кислородной деполяризации.
- •Роль локальных элементов в возникновении коррозии и достижении её скорости.
- •Методы защиты от коррозии.
- •Пассивность металлов.
- •Электрохимическая размерная обработка металлов и сплавов
- •Основы прикладной электрохимии и электрохимических технологий Лекция 1 Основные особенности электрохимических технологий.
- •Конструктивные принципы электрохимических реакторов
- •Межэлектродный зазор
- •Токовые нагрузки
- •Сепараторы
- •Подвод и отвод компонентов реакции
- •Корректировка состава электролита
- •Масштабный фактор
- •Подбор коррозионностойких материалов
- •Экономические показатели
- •Классификация основных процессов переноса при химической и электрохимической технологии
- •Лекция 2. Распределение тока и рассеивающая способность электролитов Распределение тока. Виды распределения тока. Параметр Вагнера. Рассеивающая (локализующая) способность электролитов
- •Первичное распределение тока.
- •Вторичное распределение тока.
- •Третичное распределение тока.
- •Распределение тока при высоких плотностях тока (при наличии поверхностного тепловыделения)
- •Распределение скоростей осаждения или растворения при наличии зависимости выхода по току от плотности тока
- •Методы расчёта распределения тока.
- •Методы экспериментального определения рассеивающей (локализующей) способности электролита
- •Лекция 3. Химические источники тока (хит). Основные характеристики хит
- •Лекция 4 Первичные хит (хит первого рода, элементы)
- •Сухие марганцево-цинковые (мц) элементы
- •Первичные хит с магниевыми и литиевыми анодами
- •Первичные хит с литиевыми анодами
- •Хит с твердым электролитом
- •Лекция 5 Вторичные хит (аккумуляторы).
- •Свинцовые кислотные аккумуляторы
- •Основные неисправности свинцовых кислотных аккумуляторов.
- •Щелочные аккумуляторы
- •Лекция 6 Топливные элементы.
- •Лекция 7. Электролиз водных растворов без выделения металлов Производство водорода и кислорода
- •Производство тяжелой воды
- •Интенсификация электрохимических методов получения водорода
- •Лекция 8. Электрохимическое производство хлора, щелочи и гипохлотрта натрия
- •Теоретические основы электролиза растворов хлоридов
- •Электролиз с твердым катодом и фильтрующей диафрагмой
- •Электролиз с ртутным катодом.
- •Перспективы развития хлорной промышленности
- •Электросинтез гипохлорита натрия
- •Лекция 9 Электрохимические покрытия металлами и сплавами. Теоретические основы.
- •Два метода нанесения покрытий при электролизе
- •Назначение металлических покрытий металлами и сплавами
- •Управление свойствами и размерами покрытий
- •Использование нестационарного электролиза
- •Лекция 10 Электролитическое осаждение железа.
- •Катодный процесс при электроосаждении железа.
- •Электролиты железнения и режимы электролиза
- •Анодный процесс.
- •Лекция 11. Хромирование. Свойства и области применения хромовых покрытий
- •Некоторые особенности процесса хромирования
- •Электролиты и режимы электролиза.
- •Физико-механические свойства хромовых покрытий
- •Лекция 12. Меднение Область применения
- •Сравнительная характеристика медных электролитов.
- •Борфтористоводородные электролиты
- •Цианистые электролиты
- •Пирофосфатные электролиты
- •Лекция 13. Анодная и химическая обработка металлов Оксидирование
- •Электрохимическое и химическое полирование
- •Лекция 14. Электролиз расплавов. Общие сведения.
- •Строение расплавленных солей
- •Электропроводность расплавленных солей
- •Выход по току и удельный расход энергии при электролизе расплавов
- •Влияние физико-химических свойств электролита на процесс электролиза
- •Некоторые специфические явления при электролизе расплавов
- •Лекция 15. Производство алюминия
- •Переработка алюминиевых руд
- •Получение криолита
- •Электроды и другие материалы
- •Электролиз криолит-глиноземного расплава
- •Состав электролита
- •Конструкция и эксплуатация электролизеров
- •Рафинирование алюминия
- •Электролиз хлорида алюминия
- •Лекция 16. Гидроэлектрометаллургия
- •Лекция 17. Электролиз в металлургии благородных металлов
- •Вопросы для самопроверки, задачи и упражнения
- •Заключение Основные направления современного этапа развития электрохимии и электрохимических технологий
- •Литература
Корректировка состава электролита
Корректировка должна осуществляться по составу, pH, температуре, удалению твёрдых продуктов реакции (шлама). Она может быть непрерывной (при автоматизации процесса) или периодической.
Масштабный фактор
Необходимо отметить, что при больших размерах электродов в них самих могут возникать омические потери, приводящие к нагреву. Также может возникать неравномерное распределение тока Последнее может приводить к тому, что на различных участках поверхности будут протекать различные процессы, вплоть до снижения выхода по току и полного прекращения основной реакции. Размеры электрода могут влиять на распределение температуры по поверхности, а, следовательно, приводить к неравномерному распределению скоростей обработки.
В условиях естественной конвекции раствор большей плотности будет скапливаться в нижней части электрода. Способ борьбы с этим явлением - перемешивание или циркуляция электролитов. Для обеспечения требуемого теплового режима при больших размерах поверхности реакции используют охлаждаемые электроды. Кроме того, для снижения омических потерь необходимо использование токоотводов большого сечения.
Подбор коррозионностойких материалов
Для электрохимической обработки и во многих приложениях электрохимических процессов используют, как правило (для повышения электропроводности), концентрированные растворы – кислоты, щёлочи, растворы солей. Они обладают повышенной коррозионной способностью. В связи с этим конструкционные материалы ванн, электрохимических станков должны обладать повышенной коррозионной стойкостью. Для щёлочных электролитов – это малолегированные стали, для кислых или концентрированных растворов солей – высоколегированные нержавеющие стали, а также полимерные конструкционные материалы. В качестве материала всё более широкое применение начинает находить фторопласт (политетрафторэтилен). Коррозионная стойкость важна и для анодов в тех случаях, когда анод используется как вспомогательный электрод. В этих случаях широкое применение находят угольные и графитовые аноды. Однако они также могут разрушаться вследствие окисления и чисто механического износа под действием выделяющихся пузырьков газа (кислорода). Очень широкое применение в некоторых случаях нашли ОРТА (окиснорутениевотитановые аноды). Они обладают высокой коррозионной стойкостью в сочетании с низким уровнем механических разрушений, а также низким перенапряжением выделения кислорода, что снижает омические потери. Тем не менее, проблема разработки новых материалов, используемых как в качестве катодов, так и в качестве анодов постоянно находится в центре внимания исследователей. Постоянно создаются, проходят экспериментальную проверку и находят применение новые коррозионностойкие катодные и анодные материалы
Экономические показатели
Являются определяющими при разработке и использовании какого-то конкретного технологического процесса. Очень большое значение для них имеет выход по току (чем ниже выход по току по основному веществу, тем ниже экономические показатели). Если исходный реагент является дорогим, большое значение приобретает выход по веществу – отношение практически получаемого продукта к максимально теоретически возможному при заданном количестве затрачиваемого продукта (реагента). В связи со всевозрастающей нехваткой электроэнергии, экономические показатели сильно зависят от перенапряжения, даже при условии 100% выхода по току (чем ниже перенапряжение, тем меньше затрачено энергии).
Например, для ЭХРО:
, (1.1)
где
(1.2)
(1.3)
(1.4)
Э– энергоёмкость процесса, т.е. величина затраченной электроэнергии на единицу объёма удалённого материала. При высокой энергоёмкости процесс может оказаться экономически невыгодным.