Вопрос №? Применение электролиза в промышленности.

Важнейшее применение электролиз находит в металлургической и химической промышленности и в гальватотехнике.

В металлургической промышленности электролизом расплавленных соединений и водных растворов получают металлы, а также производят электролитическое рафинирование – очистку металлов от вредных примесей и извлечение ценных компонентов.

Электролизом расплавов получают металлы, имеющие сильно отрицательные электродные потенциалы, и некоторые их сплавы. Алюминий, магний, натрий, литий, бериллий, кальций.

При высокой температуре электролит и продукты гидролиза могут вступать в реакцию друг с другом, с воздухом, с материалом электрода. Поэтому электролитом обычно служат не индивидуальные расплавленные соединения, а их смеси, плавящиеся при более низких температурах.

Электролитическое выделение металла из раствора называется электроэкстракцией. Руда подвергается обработке определенными реагентами, в результате которой металл переходит в раствор. После очистки от примесей раствор отправляют на электролиз. Металл выделяется на катоде и в большинстве случаев характеризуется высокой чистотой. Цинк, медь, кадмий.

Электролитическому рафинированию металлы подвергаются для удаления из них примесей и для перевода содержащихся в них компонентов в удобные для переработки продукты. Металл, подлежащий очистке, помещают в качестве анода в электролизер. При прохождении тока металл растворяется и затем осаждаются на катоде. Медь, никель, свинец, олово, серебро, золото.

К гальванотехнике относятся гальваностегия и гальванопластика. Процессы гальваностегии представляют собой нанесение путем электролиза на поверхность металлических изделий слоев других металлов для предохранения от коррозии, для придания поверхности твердости, в декоративных целях. Важнейшими являются процессы хромирования, цинкования и никелерования. Хорошо очищенную и обезжиренную деталь погружают в раствор соли металла, которым ее нужно покрыть, и присоединяют в качестве катода к цепи постоянного тока. На детали осаждается слой защищающего металла.

Гальванопластикой называется процесс получения точных металлических копий с рельефных предметов электроосаждением металла.

Вопрос №38. Электрохимическая коррозия металлов. Основные виды электрохимической коррозии. Процессы на электродах.

Коррозия – самопроизвольное разрушение металлических материалов, происходящее под химическим воздействием окружающей среды. К электрохимической коррозии относятся все случаи коррозии в водных растворах. В результате электрохимической коррозии окисление металла может приводить как к образованию нерастворимых продуктов (например, ржавчины), так и к переходу металла в раствор в виде ионов. Растворенный кислород и ионы водорода – важнейшие окислители, вызывающие электрохимическую коррозию металлов.

По степени термодинамической устойчивости металлы делят на 5 групп.

1. Группа металлов повышенной термодинамической нестабильности (стандартный электродный потенциал меньше потенциала водородного электрода при рН=7, Li - Fe). Эти металлы могут корродировать даже в нейтральных средах, т.е. при создании необходимых условий окисляются водой. При этом формально протекает процесс Me-ne^-=Mⁿ⁺

2. Термодинамически нестабильные металлы имеют значения стандартных электродных потенциалов большие, чем металлы предшествующей группы, но меньше нуля (Cd - W). Поэтому окисляться водой они не могут, но будут неустойчивы в кислых средах и любых средах в присутствии кислорода.

3. Металлы промежуточной термодинамической активности – металлы с положительными значениями стандартных электродных потенциалов, не превышающих значение электродного потенциала, связанного с окисляющим действием кислорода в нейтральной среде (Bi - Rh). Поэтому данные металлы будут устойчивы в любых кислых и нейтральных средах в отсутствие кислорода.

4. Металлы высокой стабильности – устойчивы во влажной атмосфере, т.е. в присутствии кислорода в нейтральной среде (Hg - Pt). Стандартные электродные потенциалы находятся в интервале между значениями двух электродных потенциалов, характеризующих окисляющее действие кислорода в нейтральной и кислой средах.

5. Металлом полной стабильности является золото, оно не может быть окислено перечисленными окислителями. Его электродный потенциал в числе рассмотренных – максимален.

Механизм электрохимической коррозии связан с возникновением и работой на поверхности металла во влажной среде микрогальванических элементов. Коррозия осуществляется в результате анодного (коррозионное окисление металла) и катодного (восстановление окислителя) процессов. На скорость коррозии влияет также количество примесей.

1. Включения инородного металла очень малы. Такие включения практически не изменяют величину потенциала основного металла в данном растворе. В этом случае ускорение коррозии может наблюдаться, если перенапряжение окислительной полуреакции на металле включения меньше, чем на основном металле.

2. Включения не столь малы. Потенциал включений отличен от потенциала металла. В этом случае на скорость коррозии может повлиять поляризующее действие металла включения на основной металл. Если металл включения имеет больший потенциал, чем основной металл, то последний поляризуется анодно и скорость его коррозии возрастает.

Виды коррозии:

1. Атмосферная – коррозия во влажном воздухе при обычных температурах. Скорость зависит от влажности воздуха, содержания газов, образующих с водой кислоты, и состояние поверхности.

2. Почвенная – металл соприкасается с влагой грунта, содержащей растворенный воздух. Скорость зависит от состава грунтовых вод и структуры и состава грунта.

3. Коррозия при неравномерной аэрации – наблюдается,когда деталь или конструкция находится в растворе, но доступ растворенного кислорода к различным частям неодинаков. Восстановление кислорода протекает на более аэрируемых участках, а окисление металла – на менее аэрируемых.

4. Контактная – протекает, когда два металла с различными потенциалами соприкасаются друг с другом в водной среде или при наличии влаги. Металлы оказывают друг на друга поляризующее действие; металл с меньшим потенциалом поляризуется анодно, и скорость его коррозии вблизи места контакта возрастает.