Elektrochemická příprava
kovů a jejich slitin
Základní elektrochemické metody
Průmyslová výroba základních kovů - hliník
Základní elektrochemické metody
- Elektrolýza, základy a principy
- Elektropřenos
Elektrolýza = účinná metoda pro dělení a rafinaci kovů založená na
transportu nabitých částic (iontů) roztokem působením
elektrického proudu. Ionty vznikají elektrochemickými
reakcemi na elektrodách. Metoda není závislá na
faktorech jako teplota (viz. dříve – destilace, sublimace)
apod. a lze ji realizovat ve vodných i bezvodých
roztocích nebo v taveninách solí za použití pevných
nebo kapalných elektrod.
Výhoda = vedení procesu ve velkém měřítku a
téměř nepřetržitě
Tato metoda používána většinou jako první stádium
(hrubé) čištění. Následují další metody jako zonální
čištění, chemické transportní reakce apod.
Získání kovů: nerozpustných anod - elektrolytické srážení
pomocí rozpustných anod - elektrolytická rafinace
Pořadí vylučování kovů na katodě nebo přechodu atomů do
iontového stavu na anodě – dáno elektrochemickou řadou napětí
Pozn. std. napětí H2/H+ = 0.000 V
Elektrochemické vylučování kovů kvantitativně určeno
Faradayovými zákony
(elchemický ekvivalent)
Kinetika procesu: - elektrochemická
- difúzní
Kinetiku určuje nejpomalejší z těchto procesů, pak je vše řízeno
elektrochemicky nebo difúzně
Polarizační křivka = ukazuje průběh elektrodového děje
aa - ohraničuje přibližně oblast elektrochemické kinetiky
bb - ohraničuje přibližně oblast difúzní kinetiky
Redukce několika druhů kationtů = postupný proces
!! Nutnost dostatečných rozdílů jejich rovnovážných potenciálů !!
!! Nutnost výskytu rovno potenciálů příměsí v jiné oblasti než
základní kov – viz. obr b) – 3 = základní kov
Při elektrolytickém získání kovů o vysokém stupni čistoty je důležité
hluboké čištění elektrolytu od příměsi vedlejších kationtů, čehož se
dosahuje elektrochemickou cestou prostřednictvím předběžné
elektrolýzy roztoku.
Jsou používány následující způsoby:
- předběžná elektrolýza při nízké proudové hustotě ⇒ vybití kationtů
elektropozitivnějších příměsí
- elektrolýza s použitím elektricky nabité diafragmy (např. z
perforovaného grafitu), obepínající katodu; z vrstvy elektrolytu v okolí
katody nastává vybíjení kationtů elektropozitivnějších příměsí na
povrchu diafragmy a to zaručuje vyloučení čistého kovu na katodě při
mnohem vyšší proudové hustotě
- pro vyčištění elektrolytu od iontů elektropozitivnějších příměsí lze
použít cementaci (vnitřní elektrolýza) = vytěsnění iontů ušlechtilejšího
kovu jiným méně ušlechtilým z roztoku (Fe nebo Zn za Cu apod.)
Nekovové příměsi jako plyny (H2) a jiné prvky (S, C, Si, O apod.)
se odstraňují prostřednictvím vhodné diafragmy, oddělující
katodový prostor od anodového (plast, celofán apod.)
Často také dodatečné zpracování vakuovým přetavením apod.
Anodové rozpouštění – elektrolytická rafinace kovů
Amalgamační metoda dělení a rafinace kovů
- založena na elektrolýze vodných roztoků se rtuťovou katodou
- od elektrolýzy s tuhými katodami se liší vysokým přepětím
vylučování vodíku na rtuťové katodě (možnost vyloučení alk. kovů
a kovů alk. zemin z jejich vodných roztoků)
- kovy se vylučují do rtuti za tvorby amalgámy
blibližžšíší popispopis
Elektropřenos = jev řízeného přemísťování atomů prvků v pevných
kovech nebo jejich taveninách vlivem stejnosměrného
elektrického pole
Je jednou z metod způsobu hluboké rafinace kovů
Zde je průchod elektrického proudu podmíněn
usměrněným pohybem volných elektronů kovovým
vzorkem
Způsoby elektropřenosu: - v tuhých kovech
- v taveninách kovů
- vrstvou oxidů
- při zonálním tavení kovů
blibližžšíší popispopis
blibližžšíší popispopis
blibližžšíší popispopis
blibližžšíší popispopis
τ = doba trvání elektropřenosu
l0 = délka kovové tyče
c0 = výchozí konc. příměsi
c m(τ) = konc. příměsi v první
polovině vzorku
∫=
2
1
0000
2
dx),x(c
lcc
c )(m
τ
τPro c v počáteční
polovině platí:
ρ = rezistivita
Průmyslová výroba základních
kovů
- hliník
schschééma výrobyma výroby