Технічне застосування електролізу
У металургійній промисловості електролізом із розплавлених сполук та водних розчинів отримують метали, а також виробляють електролітичне рафінування – очищення металів від шкідливих домішок та вилучення цінних компонентів.
Електролізом розплавів отримують метали, мають сильно негативні електродні потенціали, і деякі їх сплави.
При високій температурі електроліт та продукти електролізу можуть вступати у взаємодію один з одним, з повітрям, а також матеріалами електродів та електролізера. Внаслідок цього проста, в принципі, схема електролізу (наприклад, електроліз MgCl2 при отриманні магнію) ускладнюється.
Електролітом зазвичай служать не індивідуально розплавлені сполуки, які суміші. Найважливішою перевагою сумішей є їхня відносна легкоплавкість, що дозволяє проводити електроліз при нижчій температурі.
В даний час електроліз розплавів отримують алюміній, магній, натрій, літій і кальцій. Для отримання калію, барію, рубідії та цезію електроліз розплавів практично не застосовується через високу хімічну активність цих металів і велику їх розчинність у розплавлених солях. Останніми роками електроліз розплавлених середовищ починає набувати значення отримання деяких тугоплавких металів.
Електролітичне виділення металу із розчину називається електроекстракцією. Руда чи збагачена руда – концентрат – піддається обробці певними реагентами, у яких метал перетворюється на розчин. Після очищення від домішок відправляють розчин на електроліз. Метал виділяється на катоді і здебільшого характеризується високою чистотою. Цим методом отримують головним чином цинк, мідь та кадмій.
Електролітичному рафінуванню метали піддаютьсявидалення з них домішок і для переведення компонентів, що містяться в них, у зручні для переробки продукти. З металу, що підлягає очищенню, відливають пластини і поміщають їх як аноди в електролізер. При проходженні струму метал піддається анодному розчиненню, переходячи у вигляді катіонів розчин. Далі катіони металу розряджаються на катоді, утворюючи компактний осад чистого металу. Домішки, що містяться в аноді, або залишаються нерозчиненими, випадаючи у вигляді анодного шламу, або переходять в електроліт, звідки періодично або безперервно видаляються.
Розглянемо як приклад електрорафінування міді, основним компонентом розчину служить сульфат міді – найпоширеніша і найдешевша сіль цього металу. Але розчин CuSO4 має низьку електролітичну провідність. Для її збільшення електроліт додають сірчану кислоту. Крім того, вводять невеликі кількості добавок, що сприяють отриманню більш компактного осаду металу.
Металеві домішки, що містяться в отриманій (чорновій) міді, можна поділити на дві групи.
1. Fe, Zn, Ni, Co. Ці метали мають значно негативніші електродні потенціали, ніж мідь. Тому вони анодно розчиняються разом із міддю, але з осаджуються на катоді, а накопичуються в електроліті. У зв'язку з цим електроліт періодично піддається очищенню.
2. Au, Ag, Pb, Sn. Шляхетні метали (Au, Ag) не зазнають анодного розчинення, а в ході процесу осідають у анода, утворюючи разом з іншими домішками анодний мотлох, який періодично витягується. Олово ж і свинець розчиняються разом з міддю, але в електроліті утворюють малорозчинні сполуки, що випадають в осад і також видаляються.
Електролітичному рафінуванню піддають мідь, нікель, свинець, олово, срібло, золото.
До гавальнотехніки відносяться гальваностегія та гальванопластика. Процеси гальваностегії є нанесення шляхом електролізу на поверхню металевих виробів шарів інших металів для запобігання цих виробів від корозії, для надання їх поверхні твердості, а також в декоративних цілях. З численних гальванотехнічних процесів, що застосовуються в техніці, найважливішими є хромування, цинкування та нікелювання. Сутність гальванічного нанесення покриттів полягає у наступному. Добре очищену і знежирену деталь, що підлягає захисту, занурюють у розчин, що містить сіль того металу, яким її необхідно покрити, і приєднують як катод до ланцюга постійного струму, при пропусканні струму на деталі осаджується шар металу, що захищає. Такі опади мають кращі механічні властивості.
Гальванопластика називаються процеси отримання точних металевих копій з рельєфних предметів електроосадження металу. Шляхом гальванопластики виготовляють матриці для пресування різних виробів (грамофонних пластинок, гудзиків та ін), друковані та радіотехнічні схеми, поліграфічні кліше. Гальванопластику відкрив український академік Б.С. Якобі (1801 – 1874) у 30-ті роки XIX століття. До гальванотехніки також належать інші види електрохімічної обробки поверхні металів: електрополірування, оксидування алюмінію, магнію. Останнє є анодною обробкою металу, в ході якої змінюється структура оксидної плівки на поверхні. Це призводить до підвищення корозійної стійкості металу. Крім того, метал набуває при цьому красивого зовнішнього вигляду.
У хімічній промисловості методом електролізу одержують різні хімічні елементи та їх сполуки; до них відносяться фтор, хлор, їдкий натр, водень високої чистоти,багато окислювачів, зокрема пероксид водню.
Складаючи електричний ланцюг із двох (або кількох) провідників першого роду (електродів та електролітів), ми отримуємо гальванічні елементи, або інакше, хімічні джерела струму. У таких пристроях сторонні сили виникають в результаті хімічних реакцій на електродах, і енергія, що звільняється в реакції, перетворюється на роботу струму. Явище електролізу є основою принципу дії кислотних і лужних акумуляторів, де використовується важлива властивість процесу електролізу – його оборотність.
Покриття металів шаром іншого металу за допомогою електролізу (гальваностегія).