Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электрохимические технологии и материалы. Учебное пособие
.pdf
Глава 8. Гидроэлектрометаллургия
Металлы с пониженной чистотой получают в результате пиро-
металлургической переработки, а чистые металлы – электролитическим рафинированием или электроэкстракцией.
Рафинирование и электроэкстракцию из водных растворов про-
водят на твердых или жидких электродах. Закономерности процессов практически одинаковы, но более распространенным является
рафинирование.
Основными стадиями процесса являются подготовка электроли-
та и извлечение из него металла. Преимущество этого процесса –
возможность полной переработки руд с извлечением основного в
виде продукта высокой чистоты.
Подготовка электролита включает несколько последователь-
ных операций, в результате которых выделяют используемые побочные продукты (см. рис. 12).
Основной компонент переводят в оксиды или хлориды, удобные
для выщелачивания. Для этого проводят окислительный, восстановительный, хлорирующий или кальцинирующий обжиг:
2MS + 2O2 → 2MO + SO2;
+ C → MnO + CO;
MnO
2
MO + Cl
MS + 2O
MSO
4
2
+ 2NaCl → MCl2 + Na2SO4;
MCO
→ MCl2 + ½O2;
2
+ 2NaCl → MCl2 + Na2SO4;
→ MO + CO2.
3
Полученные продукты выщелачивают, разделение компонентов
проводят разными способами: вытеснением, экстракцией, осаждением плохо растворимых соединений, электрохимическим методом
и т. д.
К электрохимическим способам извлечения металлов относят
способы вытеснения (цементация) и электролиза с твердым и ртут
ным катодами.
111
-
Глава 8. Гидроэлектрометаллургия
Цементация используется для очистки от примесей и извлечения металлов из разбавленных растворов (например, золота, иногда меди и др.).
Другая разновидность способа вытеснения – получение порошков металлов вытеснением металла водородом.
Электрохимическое рафинирование основано на различии электродных потенциалов и скоростей ионизации и разряда разделяемых металлических систем.
Металл, выделяющийся на катоде, компоненты раствора и анодный шлам – основные продукты рафинирования.
В качестве анода используется загрязненный основной металл.
При растворении анода более электроотрицательные примеси вместе с основным металлом переходят в раствор, а положительные в
шлам.
На катоде восстанавливается основной металл.
Наличие в растворе ионов с более электроположительным потенциалом, чем у основного металла, нежелательно.
Катодный процесс при электроэкстракции с твердыми электродами такой же, как и при рафинировании. Анодные процессы отличаются материалом анода, при экстракции применяются аноды
из нерастворимого металла.
Электрохимическое рафинирование и электроэкстракция могут
проводиться и с жидкими электродами из ртути (амальгамная металлургия). Особенностью электролиза с ртутными электродами
является высокое перенапряжение выделения водорода и значительная деполяризация из-за образования амальгамы. Это позволяет выделять из водных растворов активные металлы, например
натрий.
112
Глава 9. ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЕ ПОЛУЧЕНИЕ
ПОРОШКОВ
Основной потребитель порошков металлов – порошковая метал-
лургия. Методы порошковой металлургии находят широкое применение в приборостроении и машиностроении при изготовлении
самосмазывающихся подшипников, фрикционных накладок, магнитных материалов, приборов и электрощеток. Высокодисперсные
металлические порошки применяются в качестве катализаторов, в
производстве изделий из полимерных материалов, в лакокрасочной
промышленности, в производстве свинцовых аккумуляторов, в пирофорах и в гидрометаллургии для цементации некоторых металлов.
Существуют механические и физико-химические способы полу-
чения металлических порошков.
При механическом способе получения порошка металлическую
стружку измельчают и распыляют газом или водой. Порошки представляют собой неоднородные по размерам частицы и применяются
для изготовления изделий из любого металла.
К физико-химическим способам относят конденсацию металли-
ческих паров, термическую диссоциацию соединений, высоко температурное восстановление оксидов, химическое восстановление из
растворов и электролиз.
При электролизе металл осаждают на катоде в виде хрупкого
компактного осадка, который затем измельчают, или в виде губчатой массы, которая после сушки превращается в порошок. Наиболее широкое развитие в промышленности получил второй способ
получения порошков. Подбирается состав электролита и условия
электролиза так, чтобы отрегулировать гранулометрический состав,
чистоту и насыпную плотность металла. Такие порошки имеют дендритную форму частиц, что обусловливает их большую химическую
активность и хорошую прессуемость. Высокодисперсные порошки
обладают пирофорными свойствами. Ультратонкие порошки получают на вращающемся катоде в несмешивающихся жидкостях,
например водный электролит и толуол.
Металлические порошки получают и при электровосстановлении
пасты из оксидов или малорастворимых солей, нанесенной на катод.
113
Глава 9. Электрохимическое получение порошков
Электролиз применяют и для получения порошков из нескольких металлов с образованием сплавов или смеси металлов. По некоторым физическим свойствам агломераты из таких порошков отличаются от частиц, полученных на основе смеси тех же металлов.
Получают и комбинированные порошки, когда металлический
порошок одного металла покрыт другим, например омедненный
свинцовый порошок.
Условиями образования губчатых осадков на катоде являются
низкая концентрация соли металла в электролите и высокая плотность тока. Чем меньше содержание соли в растворе выделяемого
металла, тем при меньшей плотности тока на катоде образуется
губка. При повышении плотности тока и понижении температуры
электролита губчатый осадок становится более мелкозернистым и
рыхлым, но выход по току снижается.
В качестве катодов применяют нержавеющую сталь, титан, алюминий, магний и его сплавы, поверхность которых покрыта пассивирующей пленкой. Губчатый осадок от таких катодов легко отделяется. Форма катодов – цилиндрическая или шарообразная.
Материал анода и его поверхность выбирается так, чтобы в ходе
электролиза состав раствора не менялся существенно. При разнице в выходах по току на аноде и катоде используют растворимые
и нерастворимые аноды, подбирая соотношение их площадей в зависимости от катодной плотности тока и выхода металла по току.
Большое значение имеет последующая обработка губчатых осадков. После электролиза их тщательно промывают водой или органическим растворителем до полного удаления остатков электролита
и высушивают в условиях, исключающих возможность окисления
и самовозгорания.
114
Заключение
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Электрохимия и электрохимические технологии находятся в по-
стоянном развитии. В учебном пособии представлены только некоторые основы электрохимической технологии. Электрохимия имеет интенсивно развивающиеся направления исследований. Они
связаны с растущими запросами практики, охватывают область от
создания эффективных источников энергии до насущных проблем
охраны окружающей среды.
Необходимо дальнейшее совершенствование методов исследова-
ния поверхностных процессов, развитие методов электрохимического материаловедения, решение проблем гетерогенного катализа и
развитие биоэлектрохимии.
Прогресс в этих областях связан с совершенствованием суще-
ствующих и созданием принципиально новых электрохимических
технологий.
Актуальны разработка методов защиты окружающей среды и
совершенствование электрохимических технологий с целью снижения их негативного воздействия на среду обитания и уменьшение
энергоемкости различных электрохимических технологий.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Якименко, Л. М. Электродные материалы в прикладной элек-
трохимии [Текст] / Л. М. Якименко. – Москва: Химия, 1977. – 264 с.
2. Прикладная электрохимия [Текст]: учебник / под. ред.
Н. Т. Кудрявцева. – Москва: Химия, 1975. – 551 с.
3. Прикладная электрохимия [Текст]: учебник / под. ред.
А. Л. Ротиняна. – Ленинград: Химия, 1974. – 536 с.
4. Дикусар, А. И. Основы электрохимии и электрохимических
технологий [Текст]: учебное пособие / А. И. Дикусар, Ж. И. Бобанова, С. П. Ющенко. – Тирасполь: Изд-во университета, 2005. – 187 с.
5. Химические источники тока [Текст]: справочник / под ред.
Н. В. Коровина, А. М. Скундина. – Москва: Изд-во МЭИ, 2003. –
739 с.
115
Список литературы
6. Козадеров, О. А. Современные источники тока [Текст]: учебное пособие / О. А. Козадеров, А. В. Введенский. – Санкт-Петербург:
Лань, 2016. – 131 с.
7. Дамаскин, Б. Б. Электрохимия [Текст]: учебное пособие /
Б. Б. Дамаскин, О. А. Петрий, Г. А. Цирлина. – Санкт-Петербург:
Лань, 2015. – 671 с.
8. Теоретическая электрохимия [Текст]: учебник / А. Л. Ротинян
и др. – Москва: Студент, 2013. – 496 с.
9. Гальванические покрытия в машиностроении [Текст]: справочник / ред. М. А. Шлугер. – Москва: Машиностроение, 1985. –
240 с.
Учебное издание
БЕРЕЖНАЯ Александра Григорьевна
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ
И МАТЕРИАЛЫ
Редактор Н. И. Селезнева
Корректор Т. Ф. Кочергина
Компьютерная верстка М. С. Паниной
Дизайнер обложки А. В. Киреев
Подписано в печать 06.12.2017.
Формат 60×84
1
/16. Усл. печ. л. 6,86. Уч.-изд. л. 5,91.
Бумага офсетная. Тираж 40 экз. Заказ № 6077.
Издательство Южного федерального университета.
Отпечатано в отделе полиграфической, корпоративной и сувенирной продукции
Издательско-полиграфического комплекса КИБИ МЕДИА ЦЕНТРА ЮФУ
344090, г. Ростов-на-Дону, пр. Стачки, 200/1. Тел. (863) 247-80-51.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]