Применение электролиза

Электролиз широко используется в металлургии для получения чистых металлов. Процесс ведется с растворимыми или с нераствори­мыми анодами в растворе или в расплаве солей.

Применении электролиза в металлургии.

В первом случае анодом слу­жит неочищенный металл. Он электролитическим путем переводится в раствор, а затем в очищенном виде осаждается на катоде. Примером электролиза с растворимым анодом может служить электроли­тическое рафинирование (от франц. слова «raffiner»—очищать) меди.

Процесс электролиза протекает согласно вышеописанной схеме в электролитической ванне, заполненной раствором сернокислой меди CuS0₄; анодами служат плиты, отлитые из неочищенной меди, между ними помещаются тонкие (1 мм) листы чистой меди. При электролизе медь анодов переходит в раствор, а затем осаж­дается на катодах; примеси выпадают на дно ванны в виде шлама (осадка). Расход электроэнергии при этом составляет 300 квт/ч на тонну. Электролитическая медь содержит менее 0,1% примесей. Это очень существенно увеличивает ее удель­ную проводимость. Удельная проводимость меди с примесями (порядка 1,5%) 57, а электролитической меди – 61. Высокая чистота металлов является су­щественным преимуществом электролитического способа их получения.

Схема электролизера с фильтрующей диафрагмой.

Примером электролиза в расплавленной среде с нерастворимым анодом может служить получение алюминия из криолитоглиноземных расплавов. Дно ванны (подина) служит катодом электролизера, а угольные блоки, подвешен­ные в ванне — анодом. Ванна заполняется расплавленным электролитом, тем­пература которого при нормальном ходе процесса должна быть около 950°С. Эта температура поддерживается теплом, выделяемым током, проходящим че­рез ванну. Электролиз глинозема (окиси алюминия) вызывает его распад на металлический алюминий, выделяющийся на катоде, на дне ванны, и на кис­лород. Последний с углеродом анода образует окись углерода СО и углекис­лый газ С0₂. Вследствие электролиза содержание глинозема в электролите уменьшается, поэтому для поддержания концентрации электролита в него пе­риодически добавляется глинозем, и электролит перемешивается. На получение 1 т алюминия затрачивается 17 500 квт/ч электроэнергии.

Вообще, на электролиз металлов в расплавах требуется значительно боль­шие затраты электроэнергии, чем на электролиз в водных средах. Но для ряда металлов электролиз возможен только в расплавах.

Электрометаллургия алюминия является одним из крупнейших промыш­ленных потребителей электроэнергии, поэтому целесообразно строительство сответствующих заводов близ источников дешевой электроэнергии — мощных гидроэлектростанций (например, Днепровский алюминиевый завод близ Днеп­рогэса).

Очень широка область применения электролиза в химической промышлен­ности. В частности, путем электролиза получается ряд химикалий, необходи­мых для производства минеральных удобрений.

Для получения очень чистых водорода и кислорода применяют электро­лиз водного раствора едкого натра при никелевых электродах. Водород в хи­мических реакциях подобен металлам, поэтому он выделяется на катоде, а на аноде выделяется кислород. Расход электроэнергии для получения 1 м³ водо­рода и 0,5 м³ кислорода составляет 4,5 квт/ч.