Вопрос 45

Примеры электролиза: получение чистых веществ рафинированием металлов, электрометаллургия, гальванопластика, гальваностегия, электрополирование, размерная обработка металлов, анодное оксидирование.

Для рафинирования (очистки) металла электролизом из него отливают пластины и помещают их в качестве анодов в электролизер. При пропускании тока металл, подлежащий очистке, подвергается анодному растворению, т. е. переходит в раствор в виде катионов. Затем эти катионы металла разряжаются на катоде, благодаря чему образуется компактный осадок уже чистого металла. Примеси, находящиеся в аноде, либо остаются нерастворимыми, либо переходят в электролит и удаляются.

Электрометаллургия представляет собой одну из областей металлургии, которая охватывает способы получения металлов и сплавов при помощи использования электрического тока. Как правило, электрометаллургия основывается на электролизе. В ходе процесса электролиза через растворы или расплавы пропускается постоянный электрический ток, что и приводит к выделению их исходного сырья металлов. Как правило, этот метод применим для получения очень активных металлов – алюминия, щелочноземельных, щелочных, - и для изготовления легированной стали.

В электрометаллургии есть два вида процессов - применяют электротермические и электрохимические процессы. Первые используются для извлечения из руд и концентратов металлов, а так же для производства и рафинирования из руд черных и цветных металлов и сплавов на их основе. Источником технологического тепла в этих процессах является электрическая энергия.

Для производства черных и цветных металлов используют, как правило, электрохимические процессы. Данные процессы осуществляются на основе электролиза водных растворов и расплавленных сред. При прохождении тока через электролиты на границах раздела фаз осуществляются окислительно-восстановительные реакции.

Немаловажное место занимает и гальванотехника. В ее основе находятся электрохимичские процессы, в ходе которых происходит оседание металлов на поверхность металлических и неметаллических изделий.

Использование электрохимических процессов очень широко – они охватывают плавку в дуговых и индукционных печах, спецэлектрометаллургию, рудовосстанавливающую плавку, которая включает получение никеля, олова, выплавку чугуна и производство ферросплавов и штейнов.

Гальванопластика – получение путем электролиза точных, легко отделяемых металлических копий относительно значительной толщины с различных как неметаллических, так и металлических предметов, называемых матрицами. С помощью гальванопластики изготовляют бюсты, статуи и т. д. Гальванопластика используется для нанесения сравнительно толстых металлических покрытий на другие металлы (например, образование "накладного" слоя никеля, серебра, золота и т. д.). Гальваностегия (от греч. покрывать) – это электроосаждение на поверхность металла другого металла, который прочно связывается (сцепляется) с покрываемым металлом (предметом), служащим катодом электролизера.

Перед покрытием изделия необходимо его поверхность тщательно очистить (обезжирить и протравить), в противном случае металл будет осаждаться неравномерно, а кроме того, сцепление (связь) металла покрытия с поверхностью изделия будет непрочной. Способом гальваностегии можно покрыть деталь тонким слоем золота или еребра, хрома или никеля. С помощью электролиза можно наносить тончайшие металлические покрытия на различных металлических поверхностях. При таком способе нанесения покрытий, деталь используют в качестве катода, помещенного в раствор соли того металла, покрытие из которого необходимо получить. В качестве анода используется пластинка из того же металла. технических областях и ювелирном деле и имеет большие перспективы. Можно отметить следующие области применения этого процесса: повышение качества поверхности металлических изделий в дополнение к механической полировке; декоративная отделка поверхности металлических изделий; полировка гальванических покрытий; получение поверхностей с высоким коэффициентом отражения света; снятие равномерного слоя тел вращения для доведения их до нужного размера; снятие заусенцев с изделий после штамповки; выявление в литых или обработанных изделиях различных дефектов, например шлаковых включений, трещин, пор, очагов коррозии и др.

Особенностью электрохимполировки является сглаживание поверхности металла за счет интенсивного растворения мельчайших выступов, шероховатостей и гребешков после механической обработки. При этом в микроуглублениях, канавках и впадинах сохраняется пассивность и малая растворимость металла. Поверхность деталей после электрополирования приобретает яркий блеск, но глубокие риски не сглаживаются.

Анодное окисление и катодное восстановление составляют основу процесса электролиза, происходящего в электролизере. Электрохимическую обработку целесообразно применять при очистке концентрированных органических и неорганических загрязнений и небольших расходах сточных вод. При этом из воды могут быть удалены цианиды, роданида, амины, спирты, альдегиды, нитросоединения, сульфиды, меркаптаны, ионы тяжелых металлов РЬ 2+, Sn2+, Нg 2+, Cr2+, Сu2+ , As2+ и др. В процессах электрохимического окисления вещества, находящиеся в сточной воде, полностью распадаются с образованием CO2, NH3 и воды или образуют простые и нетоксичные вещества, которые можно удалить другими методами. При электрохимическом восстановлении на катоде могут быть рекуперированы металлы.

В качестве анодов используют различные электролитически нерастворимые материалы: графит, магнетит, диоксиды свинца, марганца и рутения, которые наносятся на титановую основу. В качестве катодов обычно применяют легированную сталь, сплавы вольфрама с железом или никелем, цинк, свинец. На аноде протекает реакция электрохимического окисления, на катоде идет реакция восстановления. Кроме основных процессов электроокисления и восстановления, одновременно могут протекать электрофлотация, электрофорез, электрокоагуляция.

Процесс анодного окисления осуществляется в электрлитических ваннах, разделенных на несколько отсеков, в которых обрабатываемые воды перемешиваются сжатым воздухом. При электролизе щелочных вод, содержащих цианиды, на аноде происходит окисление цианид-ионов с образованием цианат-ионов и дальнейшим их электрохимическим окислением до конечных продуктов.