Электролиз в металлургии

А) Рафинирование

Электролизер для рафинирования

Задача 10.

Основной М – Со; примеси – Zn и Cu. Как провести очистку в растворе H₂SO₄?

Решение.

Ионный состав раствора:

H₂SO₄ → 2 H⁺ + SO₄^2-

H₂O ↔ H⁺ + OH^- рН=1

На аноде: SO₄^2-, OH^-, Со, Zn, Cu

Выписываем все потенциалы:

Е^рН+/Н₂= -0,059рН = -0,059 В (т.к. рН=1)

Е^рО₂/ОН- =1,23-0,059рН = +1,17В;

Е⁰_Co^2+/_Co = - 0,277В

Е⁰_Zn²⁺_/Zn = -0,76В;

Е⁰_Сu²⁺_/Cu = + 0,337В

Þ [+A]: Zn⁰ → Zn²⁺ + 2е (в первую очередь, т.к. Е⁰_Zn²⁺_/Zn< Е⁰_Co²⁺_/Co)

Co⁰ → Co²⁺ + 2е

Cu не растворяется и выпадает в шлам

На катоде: H⁺; Co²⁺; Zn²⁺

[- K]: 2Н⁺ + 2е → Н₂↑ (сначала, пока С_Со²⁺ = 0 моль/л)

Cо²⁺ + 2е → Cо⁰

а ионы Zn²⁺ остались в растворе (подбор i).Так получают очень чистые М.

Задача 11.

Рассмотрите процесс рафинирования Ni, содержащего примеси Zn и Cu в растворе H₂SO₄. Какие процессы будут протекать на катоде и аноде? Какое время нужно для проведения рафинирования при токе 500 А для выделения 5 кг никеля при выходе по току 98%?

Решение.

Ионный состав раствора:

H₂SO₄ → 2 H⁺ + SO₄^2-

H₂O ↔ H⁺ + OH^- рН=2

Запишем потенциалы возможных электродных процессов

Е^рО₂/ОН- =1,23-0,059рН = +1,112В, Е^рН+/Н₂ = -0,059рН = -0,118В

Е⁰_Ni²⁺_/Ni = - 0,250 В

Е⁰_Zn²⁺_/Zn = -0,76 В;

Е⁰_Сu^2+/_Cu = + 0,337В

Т.к.Е⁰_Zn²⁺_/Zn < Е⁰_Ni^2+/_Ni < Е⁰_Cu²⁺_/Cu < E^pO₂/OH - то первым на аноде окисляется Zn, затем очищаемый М – Ni, примеси Cu не растворяются, а выпадают в осадок (шлам).

Т.к. Е⁰ _Ni^2+/_Ni > Е⁰_Zn^2+/_Zn и концентрация ионов Ni²⁺ ↑, чем ионов Zn²⁺, то на катоде осаждается чистый никель.

В начале процесса в растворе отсутствуют ионы Ni²⁺ и на катоде выделяется Н₂.

[+A]: Zn⁰ → Zn²⁺ + 2е

Ni⁰ → Ni²⁺ + 2е

[- K]: 2Н⁺ + 2е → Н₂↑

Ni²⁺ + 2е → Ni⁰

Время для рафинирования по закону Фараде (М_э,Ni=29,5 г/моль) или τ= 9,27ч

В) Получение металлов

Из расплава – Mg, Na, Li, Be, Ca, Al (Аl из расплава минерала криолит Na₃AlF₃).

Из водных растворов – ост. цветные, рассеян. и благ.металлы

К: Al³⁺ + 3e = Al К: Сu²⁺ + 2e = Cu

3. ЭХОМ – электрохимическая обработка металлов.

А) Инструмент – КАТОД, заготовка (титан, тантал, молибден, ванадий) – АНОД; между ними прокачивается электролит (растворы кислот, щелочей)

В) При анодировании Аl: Аl – 3e =Al³⁺

2Al³⁺ +3/2O₂ = Al₂ O₃

4. Химическая промышленность (важные химические вещества: Н₂, О₂, F₂, органические вещества, окислители …)

Дата добавления: 2014-11-18