Elektrochemia

Technologie

elektrochemiczne

Dr inż. Katarzyna Kozłowska

Zastosowanie procesów
elektrochemicznych w przemyśle

 Hydrometalurgia

 Elektroliza soli i tlenków stopionych

 Rafinacja metali

 Otrzymywania powłok ochronnych i ozdobnych

 Produkcja chloru, wodoru i ługu sodowego

Hydrometalurgia

 Otrzymywanie metali w wyniku elektrolizy wodnych

roztworów ich soli

 Składa się z etapów:

– ługowania rudy poddanej ewentualnie wstępnemu

prażeniu w atmosferze powietrza - w celu

przeprowadzenia trudno rozpuszczalnych siarczków

metali w tlenki

– oczyszczania otrzymanego roztworu w celu zapewnienia

wydajnej elektrolizy

– katodowego wydzielania metalu w elektrolizerach
– wykorzystania elektrolitu pozostałego po elektrolizie do

ługowania następnej porcji rudy

Hydrometalurgia -

otrzymywanie

miedzi z rudy miedzi

 Rozdrobniona miedź jest ługowana roztworami kwasu

siarkowego(VI) i siarczanu (VI) żelaza (III)

 Otrzymany roztwór - poddawany elektrolizie

 Na katodach z podkładek miedzianych wydziela się miedź

Cu

2

+(aq) + 2e --> Cu(s)

 na nierozpuszczalnej anodzie wydziela się tlen

2 H

2

O(c) --> 4H+(aq) + O

2

(g) + 4e-

 Sumarycznie

2CuSO

4

(aq) + 2H

2

(c) --> 2Cu(s) + O

2

(g) + 2H

2

SO

4

(aq)

 Podczas elektrolizy - następuje regeneracja kwasu siarkowego

-roztwór po elektrolizie jest wykorzystywany w kolejnym cyklu

ługowania

 Proces hydrometalurgiczny stosuje się do otrzymywania:

antymonu, kobaltu, chromu, galu, manganu, srebra i żelaza

(wysokiej czystości)

Elektroliza soli i tlenków
stopionych

 Na skalę przemysłową – tą metodą otrzymuje się glin, sód,

lit i magnez

 Pozostałe litewce i berylowce - produkowane na mniejszą

skalę – tylko ta metoda – gdyż związki te mają ujemne
wartości potencjałów standardowych i nie można ich
katodowo wydzielić w postaci czystej z roztworów wodnych
tych metali

Produkcja glinu

 Etap pierwszy - otrzymanie czystego Al

2

O

3

z surowców

mineralnych

- głównie boksytów - stanowiących mieszaninę

hydratów tlenków glinu - znacznie zanieczyszczonych

tlenkami żelaza, krzemionką oraz dwutlenkiem tytanu

o Polega głównie na ługowaniu rudy - na gorąco i pod

ciśnieniem - roztworem wodorotlenku sodu

o Amfoteryczny Al

2

O

3

ulega rozpuszczeniu

o Kolejny etap - strącenie Al(OH)

3

z otrzymanego roztworu

glinianu sodu

o Kalcynacja Al(OH)

3

w temp. 1250

o

C – wynik Al

2

O

3

Produkcja glinu

 Etap drugi – elektroliza

- poddaje się stopy zawierające 4-6%

Al

2

O

3

, 86 - 88% 3NaF*AlF

3

(kriolit) i 8 - 11% CaF

2

(fluoryt) o

znacznie niższej

Proces - na katodzie:

Al

3+

+ 3e --> Al(c)

Na anodzie - wydziela się tlen

2O

2-

- 4e --> O

2

(g)

- spala on materiał anody do CO

2

Temperatura procesu jest - wyższa od temperatury topnienia

glinu -więc na dnie elektrolizera gromadzi się ciekły metal -

który jest okresowo odprowadzany -na jego miejsce są dodawane

odpowiednie ilości Al

2

O

3

Otrzymywanie magnezu

 Otrzymuje się przez elektrolizę stopionego MgCl

2

 Źródło chlorku magnezu - naturalne solanki, woda morska,

karnalit (KCl*MgCl

2

*6H

2

O), dolomit (CaCO

3

*MgCO

3

)

 Produkt przeróbki chemicznej surowców - uwodniony MgCl

2

-

zasila elektrolizery

 Proces jest prowadzony w temperaturze ok. 700

o

C – to

temperatura wyższa od temperatury topnienia magnezu

 Ciekły magnez - ma gęstość mniejszą niż gęstość elektrolitu -

zbiera się na jego powierzchni - na anodzie wydziela się

równoważna ilość chloru

 W podobny sposób - otrzymuje się sód i lit

Elektrochemiczna rafinacja metali

 Metale otrzymane w procesie hutniczym - zawierają liczne

domieszki metali bardziej "szlachetnych„

 Metale te oczyszcza się je z domieszek -

rafinuje - w

elektrolizerach

 Anodę stanowi w nich - blok surowego metalu

 Katodę stanowi - cienka podkładka z czystego metalu

rafinowanego

 Elektrolit - sól (siarczan, azotan) danego metalu

 Najczęściej - rafinacja miedzi

 Miedź hutnicza - ok. 99% Cu oraz domieszki "szlachetne",

głównie Ag (ok. 2kg/t), Au (ok. 50g/t) i "nieszlachetne", m.in. Pb,

Sb, As, Se, Ni, Te, Fe, Co, Zn, Bi

 Do wydzielenia domieszek z miedzi wykorzystuje się zjawisko

polegające na tym, że przy potencjale anody niewiele wyższym

niż potencjał równowagowy półogniwa Cu/Cu

2+

do roztworu

przechodzą kationy Cu

2+

oraz kationy metali "nieszlachetnych"

Elektrochemiczna rafinacja metali

 Do wydzielenia domieszek z miedzi wykorzystuje się

zjawisko

polegające na tym, że przy potencjale anody

niewiele wyższym niż potencjał równowagowy półogniwa

Cu/Cu

2+

do roztworu przechodzą kationy Cu

2+

oraz kationy

metali "nieszlachetnych"

o Metale szlachetne - przy tak małej polaryzacji anodowej nie

rozpuszczają się i opadają na dno elektrolizera jako tzw.

szlam anodowy

o Potencjał katody - jest niewiele niższy niż potencjał

równowagowy półogniwa Cu/Cu

2+

o Wówczas na katodzie redukują się wyłącznie jony Cu

2+,

-

gdyż jej polaryzacja katodowa jest niewystarczająca do

redukcji kationów metali "nieszlachetnych„

o Czystość rafinowanej miedzi > 99,98%

o Szlam anodowy - zawiera głównie Ag oraz Au - dalej

przerabiany chemicznie i elektrochemicznie

Otrzymywanie powłok ochronnych i
ozdobnych

 Pokrywanie metali cienkimi powłokami – podnosi ich

odporność na korozje

 Wymogi stawiane powłokom:

– Drobnokrystaliczne

– Równomiernie pokrywać metal

– Dobrze przylegać do jego powierzchni

 Pokrywanie metali pasywnymi warstwami tlenków

-

stosowane do pokrywania glinu i jego twardych stopów (tzw.

anodowanie lub eloksalowanie glinu) -pokrywany przedmiot

jest umieszczany jako anoda w kąpieli kwaśnej (H

2

SO

4

, CrO

3

,

H

3

PO

4

) lub zasadowej (NH

3

) -osadzona powłoka - rola

ochronna