Zastosowanie elektrolizy

Zobacz slidy

Treść prezentacji

Slide 3

Elektrolizę stosuje się głównie do otrzymywania metali w bardzo czystej postaci, oraz stopów różnych metali. W zależności od tego czy naszym celem jest tylko wyodrębnienie metalu z roztworu,czy też równoczesne jego oczyszczenie, mówimy o elektroekstrakcji bądź też o elektrorafinacji. Elektroliza wykorzystywana jest też do otrzymywania powłok galwanicznych Elektroliza jest procesem stosowanym na skalę przemysłową m.in. do:         produkcji metali: aluminium, litu, sodu, potasu         produkcji rozmaitych związków chemicznych, w tym aspiryny, kwasu trifluorooctowego, wodorotlenku sodu, potasu, chloranu sodu i chloranu potasu         produkcji gazów: wodoru, chloru i tlenu.         galwanizacji - pokrywanie cienką warstwą metalu innego metalu

Slide 4

W metodzie elektrolitycznej reduktorem (dostarczycielem elektronów) jest prąd elektryczny. Następuje rozkład wodnych roztworów związków metali lub ich soli pod wpływem prądu stałego następnie następuje ukierunkowany ruch jonów metalu i ich redukcja na katodzie zgodnie z zależnością : Me n ne Me

Slide 6

mrz masa wydzielonego osadu na katodzie, zależna od: natężenia prądu i czasu trwania elektrolizy, koncentracji jonów w elektrolicie, temperatury, lepkości i przewodności elektrolitu, intensywności mieszania elektrolitu, odległości między elektrodami, mt masa teoretyczna produktu wydzielonego w czasie elektrolizy z II prawa Faradaya, k równoważnik elektrochemiczny wydzielanego metalu, I natężenie prądu elektrolizy, t czas trwania elektrolizy

Slide 8

Wytwarzanie Cu elektrolit CuSO4 5H2O H2SO4; koncentracja miedzi w elektrolicie od 10gl do 12 gl; koncentracja H2SO4 od 130 gl do 150 gl; katodowa gęstość prądu od 35 Adm2 do 45 Adm2 napięcie od 1,5 V do 2 V; temperatura elektrolitu od 35C do 40C; anoda: miedziana (rozpuszczalna) lub 99 Pb1 Ag (nierozpuszczalna); sprawność 80; Powstający osad na katodzie strąca się do wanien, a po wybraniu z dna wanny poddaje się go płukaniu w wodzie z amoniakiem, suszy w suszarkach próżniowych i redukuje wodorem. W rezultacie uzyskuje się proszek o kształcie dendrytycznym i wielkości poniżej 45 μm i zawartości Cu powyżej 99,9.

Slide 9

Uzyskane w procesie elektrolizy proszki metali charakteryzują się bardzo dobrą formowalnością i aktywnie się spiekają. Na rysunku zamieszczono cząstki proszku miedzi wytworzonego w procesie elektrolizy.

Slide 10

W roztworach wodnych nie następuje rozładowanie metali lekkich do glinu włącznie. Metale te otrzymuje się więc z roztworów stopionych. Wyjątkiem jest otrzymywanie sodu z roztworu NaCl na elektrodzie Hg jako katodzie (anodą jest pręt grafitowy). Wydzielający się Na rozpuszcza się w rtęci tworząc amalgamat, który jest przepompowywany do innego pojemnika.

Slide 11

Sód otrzymuje się też przez elektrolizę stopionego NaCl na elektrodach grafitowych. Na katodzie wydziela się sód - na anodzie chlor. Produkty reakcji katodowej i anodowej należy oddzielać, ponieważ gwałtownie reagują ze sobą.

Slide 12

Powłoki niklowe sa powszechnie stosowane jako pokrycia dekoracyjno-ochronne na stali. Cechuje je dobra przyczepność do podłoża, duży połysk, estetyczny wygląd oraz dobra odporność korozyjna w warunkach atmosferycznych. Osadza się je z kąpieli kwaśnych zawierających siarczan i chlorek niklu oraz dodatki buforujące, wybłyszczające i zwilżające. Podczas osadzania niklu wydziela się wodór. Typowe warunki nakładania powłok niklowych: Skład kąpieli NiSO4 250 g dm-3 NiCl2 45 g dm-3 H3BO3 30 g dm-3 Dodatki polepszające jakość powłoki: sacharyna, kwas paratoluenosulfonowy itp. pH 4-5 Parametry procesu: Temperatura 40-70 oC Gestosc pradu 200-500 A m-2 Wydajnosc pradowa 95 Anoda wykonana z niklu technicznego, ca. 95 Ni.

Slide 13

Warunki współosadzania metali Warunkiem osadzenia stopu galwanicznego jest prowadzenie procesu dla potencjału katody Ek Ek E01 η1 E02 η2 E0n ηk Gdzie: E01,E02,E0n - potencjały równowagowe dla metali Me1,Me2,Men ; η1,η2,ηn - nadnapięcia osadzania metali Me1,Me2,Men.

Slide 14

Warunki współosadzania metali Podstawowym warunkiem współosadzania stopów galwanicznych o określonym składzie jest przebieg w stanie ustalonym wszystkich cząstkowych procesów elektrokrystalizacji. Przy potencjale katody wg powyższego równania musi być zachowana stałość cząstkowych gęstości prądu, przy której osadza się metal Me1 oraz stałość stężeń bezpośrednio przy powierzchni katody jonów wszystkich osadzanych metali.

Slide 15

W praktyce spełnienie tych warunków uzyskuje się przez: zbliżenie potencjałów równowagowych np. w wyniku kompleksowania jednego ze składników, odpowiednie zróżnicowanie nadnapięcia osadzania poszczególnych składników zwykle przez zwiększenie nadnapięcia bardziej elektrododatniego metalu w wyniku kompleksowania, inhibitowania jednego z etapów wydzielania, zwiększenia katodowej gęstości prądu lub też osadzanie w zakresie prądu granicznego.

Slide 16

Elektrolityczne otrzymywania stopu srebro-cynk w Sposób polega na elektrolitycznym wydzielaniu proszków stopów metali srebra i cynku z roztworów soli kompleksowych tych metali, najkorzystniej z cyjanków sodowo-srebrowego i sodowo-cynkowego w roztworach wodnych. Najkorzystniej poddawać elektrolizie mieszaniny zawierające cyjanek sodowo-srebrowy NaAgCn2 w ilości 0,05 do 0,25 mola, cyjanek sodowo-cynkowy Na2ZnCN4 w ilości do 1 mola, cynkan sodu Na2Zn02 w ilości do 0,5 mola, cyjanek sodu NaCN w ilości do 2 moli i wodorotlenek sodu NaOH w ilości do 2,5 moli.

Slide 17

Całość mieszaniny dopełnia się wodą do 1 litra. Elektrolizę prowadzi się w naczyniu wykonanym z materiału, który nie reaguje z substratami reakcji i otrzymywanymi w jej wyniku produktami, najkorzystniej w naczyniu polietylenowym. Przestrzeń katodową od anodowej oddziela się przegrodą półprzepuszczalną najkorzystniej z materiałów ceramicznych. Katodę stosuje się wykonaną w kształcie walca, kuli lub prostopadłościanu ze srebra lub cynku a anodę z prętów grafitowych. Elektrolizę najkorzystniej prowadzi się w temperaturze 2070C prądem stałym o gęstości od 5 do 100Adcm2. W wyniku prowadzonego procesu otrzymuje się proszek metaliczny na katodzie o składzie od 20 do 80 wagowych cynku, a resztę do 100 stanowi srebro.

Slide 18

1. J. Socha, J. Weber, Podstawy Elektrolitycznego Osadzania Stopów Metali, wyd. Instytut Mechaniki Precyzyjnej, Warszawa 2001 2. H. Sholl, T. Błaszczyk, P Błaszczyk Elektrochemia: zarys teorii i praktyki wyd. Uniwersytetu Łódzkiego 1998 3. F. Łetowski Podstawy Hydrometalurgii WNT, Warszawa 1975