46. Теоретические основы электрохимических производств. Производство хлора и щелочей

Элхим-ми наз-ся произв-ва, в кот-х хим-е процессы протекают под действием постоянного эл-го тока. В промышл-и широкое распр-е получил эл-з водных р-ов и распл-в. Элхим-ие методы производства в ряде случаев имеют преимущества над хим-и: упрощ-ся техн-ий процесс, более полно исп-ся сырье и эн-я, одновременно может произв-ся несколько ценных прод-в, прод-ы получ-ся высокой степ. чистоты, недостижимой при хим-х сп-х произв-ва. Благодаря указанным дост-ам элхим-е процессы исп-т при произв-е важн-х прод-в: Cl2, щелочей, H2, O2, неорг-х ок-ей, при получении и рафинировании металлов (Al,Mg,Zn,Na,Cu и др.), декоративных и защитных покрытий мет-в.К нед-кам элхим-х произв-в отн-ся высокий расход эн-ии, в себестоимости прод-в расходы на элэн-ю сост-ет значит-ю долю. Критериями рац-го исп-я эл-й эн-и при Эл-зе явл-ся выход по току и коэф-т исп-я эн-ии.Выход по току η — отн-е кол-ва в-ва Gф, получ-го практ-ки при эл-зе в рез-те затраты опр-го кол-ва эл-ва, к кол-ву в-ва GТ, кот-е д.б. бы выд-ся в соотв-и с зак-ми Фарадея: η = (GФ/Gт)100%Теор-е кол-во получ-го в-ва Gт (кг) опр-ся по формуле Gт = IτЕ/1000, При промышл-ом эл-зе η всегда < 100%, что выз-ся протеканием побочных хим-х и элхим-х процессов. Для ув-я η необходимо предусмотреть меры, способствующие ум-ю роли этих процессов. Получение Cl. Практически весь производимый в мире Cl получают электрохим. методом (2NaCl + 2Н2О =(над стрелкой ne) С12 + 2NaOH + H2) Используют 3 метода электролиза р-ров хлоридов: 1)ртутный; катод - Hg, Cl выделяется на тв. аноде и электродные пространства не разделены--- получают амальгаму щелочного металла, при водном разложении которой образуются конц. р-ры чистых щелочей; 2)диафрагменный; оба электрода твердые, анодное и катодное пространство разделены фильтрующей диафрагмой--- образуется р-р NaOH и NaCl в молярном отношении 1:1; 3)мембранный; анодное и катодное пространства разделены катионообменной мембраной--- Мембраны, непроницаемые для жидкости и газа, пропускающие лишь ионы Na+ и К+---позволяет получать чистые щелочи без использования Hg, экологически менее опасен, требует меньшего расхода энергии и меньших капитальных вложений. Этот метод преобладает. Щелочи. Получают электролизом хлоридов щелочных металлов, обменными р-циями между солями щелочных металлов и гидроксидами щел.-зем. металлов; действием воды на оксиды щел.-зем. металлов.

47. Электрохимическое производство алюминия.

Получают электролизом р-ра глинозема (техн Аl2О3) в расплавленном криолите Na3[AlF6] при сильном нагревании. Пром комплекс по получению Аl вклю­чает произ-во глинозема из алюминиевых руд, криолита и др фторидов, углеродистых анодных и футеровочных материалов и собственно элек-тролитич получение Аl.Электролиз глинозема ведут в аппаратах, катодом в к-рых служит подина ванны, анодом - предварительно обожженные угольные блоки или самообжигающиеся элек­троды, погруженные в расплавленный электролит. Р-ции: Na3[AlF6] = 3Na(+) + 2F(-) + A1F4(-), A1F4 = F(-) + AlF3, A1F3 = F(-) + AlF2(+), AlF2(+) = F(-) + AlF(2+), AlF(2+) = F(-) + Al(3+), Al2O3 = AlO(+) + AlO2(-), AlO2 = Al(3+) + 2O(2-), AlO(+) = Al(3+) + O(2-) Al(3+) + 3e = Al, 2O(2-) – 4e = O2 Жидкий Аl накапливается на подине ванны, на аноде выде­ляется О2, образующий с его материалом СО и СО2. Для получения алюминия высокой чистоты используют электролитич рафинированием чернового Аl, в кач-ве электролита расплав Na3[A1F6]. Для получения Аl особой чистоты (не более 0,001% приме­сей) применяют зонную плавку или хим транспортную р-цию 2 А1 (жидкость) + AlF3(гaз) = 3AlF(гaз). Аl в виде порошка произво­дят распылением струи жидкого чистого Аl упругой струей смеси N2 и О2 (2-8%) Частицы порошка при этом покры­ваются пленкой А12О3, содержание к-рого колеблется от 6 до 17%. Сухим и мокрым размолом порошка в шаровых мельницах полу­чают Аl соотв. в виде пудры и пасты.