Балқымалардың электролизі

Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 3 бет
Таңдаулыға:

Дәріс 15. Балқымалардың электролизі .

Дәріс жоспары:

1. Электролиттегі тұздар мен қоспалардың электролиз үрдісіне әсері.

2. . Электролиз кезіндегі анодты және катодты процестер. Кері үрдістер.

Балқымалардың электролизі - металдарды тотықсыздандырудың салыстырмалы қымбат əдісі. Сонымен қатар, таза тотықтарды (немесе тұздарды) алу үшін ең алдымен күрделі өндеуден өтуі тиіс, содан кейін олар электролиз кезінде бастапқы шикізат түрінде қолданылады. Сулы ерітінділерден тотықсыздандыруға келмейтін металдарды балқымалардан электролиз арқылы алады. Бұл - сілтілі жəне сілтіліжер металдары, сонымен қатар алюминий, хром, титан, цирконий, торий, марганец жəне т. б. Балқымалардың электролизі кезінде судың ыдырауымен байланысқан жанама реакциялар жоқ болуы керек, өйткені жоғары температура кезінде сілтілердің жəне тұздардың балқымалары иондарға жақсы диссоцацияланады. Олардың иондары сулы ерітіндідегі гидратталған иондарға қарағанда қозғалғыштығы жоғары, ал электрондардың өтуінің жəне химиялық реакциялардың артық кернеуі жоғары температура кезінде үлкен емес. Балқымалардың электролиз процесі электролиз өнімдерінің жоғары химиялық белсенділігімен, олардың ауадағы газбен əрекеттесу мүмкіндігімен, ванна дайындалатын электролит пен материалдармен күрделенеді. Сол себепті электролиздің əрбір нақты жағдайы үшін тəжірибе жүзімен ваннада минималды кернеу кезінде тоқ бойынша жоғары шығысты қамтамасыз ететін неғұрлым оптималды жағдайлар табылған.

Сурет 16 - Криолит-сазбалшықты балқыма электролизімен алюминий өндірудің технологиялық схемасы

Балқымалардың электролизінің мысалы ретінде алюминий алудың өнеркəсіптік процесін қарастырамыз. Жылдан жылға алюминий жəне оның негізіндегі балқымалардан халық тұтыну тауарларының ассортименттері кеңеюде. Пола Эру (Франция 1863-1914 жылдары) жəне Чарльз Холлдың (АҚШ 1863-1914 жылдары) 1886 ж. Бірінші патенттерінің пайда болған уақыттан бері металдық алюминийді алудың жалғыз өнеркəсіптік əдісі ретінде 7. 1- суретте көрсетілген сұлба бойынша балқыған криолитте Na3AlF6 еріген алюминийдің тотығын (Al2O3) электролиттік ыдырату болып табылады. Өнеркəсіпте электролит негізінен фторлы алюминийімен байытылған криолит-сазбалшықты балқымасынан тұрады, олардың қасиеттері қосып алғанда 8-10%-дан жоғары болмайтын əртүрлі химиялық қосылыстардың қоспаларымен жақсартылған. Электролитке қоспа ретінде CaF2, MgF2, LiF, NaCl қосылыстары кеңінен

қолданылады. Қоспаны қосудың мəні - балқу температурасын жəне электролит тығыздығын төмендету, оның электрөткізгіштігі жəне аққыштығын жоғарылату болып табылады.

1 - сазбалшық салуға арналған бункер; 2 - шегелер; 3 - қатқан электролит қабығы; 4 - көмірлі катод; 5 - сұйық анодты масса; 6 - жартылай қатқан анодты масса; 7 - кокстелген анодты масса; 8 - газ шығатын тесік; 9 - сұйық алюминий

Сурет 17 - Сазбалшықтың криолиттегі балқымасынан алюминий алуға арналған электролизёрдің схемасы:

Құрылымы мен қуаттылығы əр түрлі болатын қолданыстағы алюминийлі электролизер анодты жүйеден, катодты құрылғыдан, орамалардан (анодты жəне катодты) жəне тіректі метал құрылымдардан тұрады. Электролизер құрылғысының схемасы 6 -шы суретте көрсетілген. Ваннаның сырты корпусы болаттан жасалған, ішкі жағынан оны шамотты кірпішпен қапталған. Ваннаның тереңдігі 40-50 см. Электродтар арасындағы қашықтықты өзгертумен температураны реттейді (940-9600С кезінде электродтар арасындағы қашықтық 4-5 см. құрайды), электролит ваннаның қабырғасында жəне жоғары жағында қатады, ол жылуберілісті төмендетіп, ваннаның қаптамасына балқыманың əсер етуінен сақтайды. Терең емес шахта - электролизер ваннасы электролитпен толған. Электролитке көмірлі массадан жасалған анод (5-7) түсірілген, катод (4) ретінде ванна табанындағы көмірлі табақша қызмет етеді (жұмыс барысында катод ретінде сұйық алюминийдегі табан табақшада түзілетін қабат болып табылады) . Анодқа жəне катодқа (табақшаға) тоқ өткізгіш орама арқылы беріледі. Көрсетілген негізгі түйіндерден басқа, элетролизерлар сазбалшықты енгізу үшін бункермен (1), түзілетін газдарды шығару үшін арнайы құрылғылармен жабдықталған (8) . Анодты массаны арнайы күйдірілген кокстан (70%) жəне күлділігі төмен көмірден (30%) дайындайды. Көмірлі массаны брикет түрінде анодтың алюминийлі қорапшасына енгізеді. Анодтың үстіңгі жағы жұмсарады (5), ал ортасынан (6) ұшқыш заттар ұшып кетеді жəне жартылай қатты масса түзіледі. Анодтың төменгі бөлігінде (7), температурасы неғұрлым жоғары жерінде масса (коксталған масса) піседі. Анодқа тоқты жеткізу үшін болатты шеге (2) қағады. Анодтың түсі өзгеруіне қарай шеге алынып тасталып, анодтың үстіңгі бөлігіне қайтадан қағылады (өздігінен жанатын аноды жəне жоғарыдан тоқ берілетін электролизёрде) .

Анодтың жануына қарай тұрақты полюс аралық қашықтықты 4- 5 см ұстай отырып, ол төмен түсіріледі, бұл кезде өздігінен жанатын көмірлі массаны қолдана отырып анодтың үстіңгі бөлігі өсіріледі. Криолитті фторалюминий қышқылының натрийлі тұзы Na3AlF6 ретінде ғана емес, сонымен қатар фторлы алюминийдің үш молекуласының қосылысы 3NaF·AlF3 ретінде де қарастыруға болады. Фторлы натрийдің молекула санының фторлы алюминийдің молекула санына қатынасы балқымада криолитті қатынас деп аталады. Таза криолит ол үшке тең. Егер балқыған криолитке фторлы натрийдің бірнеше мөлшерін қосса, онда криолитті қатынас үштен көп болады, (мұндай электролиттер сілтілі деп аталады) . Фторлы алюминийді криолитке қосқан кезде криолитті қатынас үштен аз болады жəне электролитті мұндай жағдайда қышқылды деп атайды. Электролиттің криолитті қатынасы - электролиз процесінің ең маңызды технологиялық парметрлерінің бірі болып табылады. Алюминий өндірісінде қышқыл электролиттерді қолданады, олардың криолитті қатынасы 2, 6-2, 8. Электролиттің электрөткізгіштігі жəне сұйықаққыштығын жеткілікті болуын қамтамасыз ету үшін оның температурасын 950-9600С аралығында ұстайды. Балқымадағы бар болатын иондардың ішіндегі электролиз процесінде катодта Al3+ катиондары оңайырақ тотықсызданады, анодта аниондар -2 AlO анағұрлым оңайырақ тотығады: 2AlO- 2e = Al O + 1 O Балқымадағы тоқ құрамына Na+ мен F- иондары кіретін аниондармен тасымалданады, Бұл кезде анодты кеңістікте алюминий фториді, ал катодты кеңістікте - натрийдің фториді мен алюминаты жиналады. Бірақ балқыма өз бетінше қарқынды араласады жəне алюминат алюминий фторидімен əрекеттескен кезде қайтадан криолит жəне алюминий тотығы түзіледі: 3NaAlO + 2AlF = Na AlF + 2Al O Тоқ бойынша шығынның төмендеу себебі бір зарядты алюминий қосылысының түзілуімен балқымада алюминийдің еруі болып табылады, ол анодта қайтадан Al3+-ке дейін тотығады: AlF 2Al 3AlF 3 + = Сонымен қатар, алюминий анодта көміртегі тотығын (IV) көміртегіне дейін тотықсыздандырады, ол алюминиймен əрекеттеседі: 4Al + 3C = Al C

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.