ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Химические источники тока. Электрохимические энергоустановки из "Общая химия Изд2" Электролиз широко используется в различных областях промышленности. Практически нет ни одной отрасли техники, где бы он ни применялся. Остановимся на некоторых широко распространенных областях применения электролиза. [c.292] Метод электролиза используют для рафинирования (очистки) металлов меди, серебра, золота, свинЦа, олова и др. Анодом при рафинировании служит очищаемый металл. На аноде растворяются основной металл и примеси, потенциал которых отрицательнее потенциала основного металла. Примеси, имеющие более положительный потенциал, не растворяются и выпадают из анода в виде шлама. На катоде в первую очередь выделяется металл, имеющий наиболее положительный потенциал. Так как потенциалы меди, серебра, свинца и олова положительнее, чем потенциалы других металлов (примесей), то каждый из этих металлов в первую очередь выделяется на катоде, а примеси остаются в растворе. При малой концентрации примесей их потенциалы в соответствии с уравнением Нернста сдвигаются в сторону отрицательных значений, что способствует преимущественному выделению на катоде основного металла. [c.292] Таким образом, в результате рафинирования никель осаждается на катоде, медь — в шлам, а цинк переходит в раствор. [c.293] Электролизом расплавов соединений получают алюминий, магний, натрий, литий, бериллий, кальций, а также сплавы некоторых металлов. При получении некоторых металлов электролизом расплавов возникают серьезные экологические трудности. Например, при электролитическом получении алюминия из расплавов, содержащих фтор, в атмосферу могут улетучиваться токсичные соединения фтора. При использовании графитовых анодов, последние окисляются с образованием некоторых токсичных соединений (СО, синильная кислота и т.д.). При замене графитовых анодов на полупроводниковые оксидные на последних выделяется кислород и соответственно производство становится менее вредным. При электролитическом получении магния может образоваться очень токсичный диоксин, для предупреждения этого выделяющийся на аноде хлор не должен контактировать с ароматическими органическими соединениями. [c.293] Получение гальванопокрытий. Гальваническими называются металлические покрытия, наносимые на поверхность какого-либо изделия методом электролиза. Гальваническим способом можно получить покрытия всеми металлами и сплавами, которые могут выделяться на катоде. Толщина покрытий в зависимости от их назначения составляет 1 — 100 мкм. [c.293] Нанесение гальванических покрытий проводится в электролизере, называемом гальванической ванной. [c.294] Катодом служит изделие, на которое наносится покрытие. На катоде идет процесс восстановления находящихся в растворе электролита ионов металла (электроосаждение металла) М + пе - М. Анодом обычно служит такой же металл, что и металл покрытия. Процесс на аноде противоположен процессу на катоде М — пе - М . [c.294] Электролиз с растворимым анодом имеет большие достоинства, так как равновесные потенциалы анода и катода одинаковы и напряжение электролизера является лишь суммой поляризации и омических потерь. Кроме того, содержание ионов металла в растворе остается постоянным, так как расход ионов на катоде компенсируется поступлением их с анода. [c.294] Однако иногда применение растворимых анодов невозможно, например при хромировании, так как металлический хром очень быстро растворяется химически и раствор пересыщается солями хрома (VI). Поэтому ведут электролиз с нерастворимыми анодами, и на аноде вьщеляется кислород. [c.294] В состав растворов для получения гальванических покрытий кроме соли металла, осаждаемого на катоде, вводятся добавки, увеличивающие электрическую проводимость раствора (например серная кислота, сульфат натрия), активирующие анодный процесс (например хлорид натрия), а также обеспечивающие постоянное значение pH раствора (буферные добавки). Кроме того, введение некоторых добавок, называемых блескообразователями, позволяет получить на катоде металлические покрытия, не требующие механической или электрохимической полировки. [c.294] Если обрабатываемое изделие имеет сложную форму, то возникает задача обеспечения равномерного осаждения металла по всей поверхности изделия, так как плотность тока на выступах, расположенных ближе к аноду, соответственно и толщина осадка металла на выступах будут больше, чем в углублениях. Для более равномерного осаждения металла используют несколько способов, в том числе повышение катодной поляризации. Так как поляризация возрастает с увеличением плотности тока, то ее величина на выступающих участках будет выше, чем в углублениях. Это вызывает перераспределение тока и соответственно толщины осадка в сторону большей равномерности. Катодную поляризацию повышают, добавляя в раствор комплексные соединения, поверхностно-активные вещества. [c.295] Для обеспечения прочного сцепления металла-покрытия с основным металлом необходимо перед нанесением покрытия удалить с поверхности основного металла загрязнения и оксиды. Это достигается обезжириванием поверхностей в органических растворителях или щелочах, травлением их в растворах кислот и тщательной промывкой в воде. [c.295] Никелирование (N1 + 2е — N1) обычно проводят в растворах, содержащих сульфат никеля, борную кислоту и хлорид натрия. Борная кислота обеспечивает сохранение pH раствора в пределах 4,5-5,5. В растворах с более высоким значением pH выпадает гидроксид никеля и ухудшается качество покрытия. В более кислых растворах (рН 4) растет доля тока, идущая на выделение водорода на катоде, и соответственно снижается выход никеля по току. Хлорид натрия необходим для предотвращения пассивации никелевых анодов. Хлорид-ионы СГ адсорбируются на поверхности никеля и предупреждают образование оксидных слоев. Кроме того, в растворы никелирования нередко вводят блескообразователь, например кумарин, СдН Ог и п-толуолсульфамид СНзСбН48 02НН2. [c.295] Хромовые покрытия отличаются высокой твердостью, износостойкостью и красивым внешним видом, поэтому, несмотря на сложность процесса хромирования, он широко применяется в различных областях техники. [c.297] Электрохимическая анодная обработка металлов и сплавов. Для изменения размеров и формы, а также состояния поверхности металлических изделий используют электрохимические способы обработки, при которых производится электроокисление металлических изделий электрохимическая размерная обработка, анодирование и др. [c.297] Анодная обработка изделий для придания им требуемой формы получила название электрохимической обработки металлов (ЭХОМ). Этот способ обработки металлов во многих случаях имеет важные достоинства, так как позволяет обрабатывать детали сложной конфигурации и металлы, которые механически или вообще не могут быть обработаны, или обрабатываются с большим трудом (например, очень твердые металлы и сплавы). Кроме того, инструмент (катод) при этом не изнашивается, а обработка не влечет изменения структуры металла. К недостаткам ЭХОМ относится большой расход энергии, поэтому этот метод не применяется для обработки обычных металлов, сплавов и изделий простой конфигурации. Как и при обычном электролизе с растворимыми анодами, при ЭХОМ происходит анодное растворение металла М - ие — М . На катоде, который при электрохимической обработке называют инструментом, обычно выделяется водород 2Н + 2е = Нг. [c.297] В настояшее время ЭХОМ используется для обработки лопаток турбин, штампов и пресс-форм, твердых и тугоплавких металлов и сплавов, получения и обработки отверстий и полостей, для фрезерования, точения и шлифования различных изделий, заточки инструмента. [c.298] В результате пленка становится пористой, через поры пленки проникают ионы и процесс роста пленки продолжается. Полученная пленка А12О3 имеет ценные свойства. Она весьма пориста, причем размеры пор очень малы. Вследствие этого пленка может быть пропитана различными составами, повышающими коррозионную стойкость поверхности. Красители также могут придать поверхности разнообразную окраску, что используется при декоративной обработке алюминия и его сплавов. [c.299] Оксидная пленка на алюминии имеет высокую твердость, поэтому после анодирования и пропитки оксидного слоя смазкой значительно повышается износостойкость деталей. В растворах борной, щавелевой и лимонной кислот получаются тонкие плотные пленки с высоким электросопротивлением, например на алюминии высокой чистоты - пленки с электросопротивлением Ом см. Поэтому оксидирование используется для получения изолирующих слоев на лентах, применяемых в электрических конденсаторах и других устройствах. [c.299] Вернуться к основной статье