33.Электролиз растворов с растворимым анодом, его применение: гальваностегия, гальванопластика, электролитическое рафинирование.

Важными являются случаи электролиза с растворимыми анодами. Само название анодов говорит о том, что такие электроды под действием внешнего напряжения растворяются, т.е. в процессе окисления участвуют материалы анодов. К растворимым относятся медные, оловянные, серебряные, никелевые, цинковые, кобальтовые, кадмиевые аноды ( jMe/Men+ < +1,23 В).

При электролизе водных растворов на растворимом аноде возможно протекание следующих процессов:

1.окисление анода;

2.окисление анионов раствора;

3.окисление молекул воды.

Гальваностегия - электрохимический процесс нанесения на металлическое изделие защитного или (и) декоративного слоя другого металла. В основе гальваностегии лежит осаждение на изделии положительно заряженных ионов металлов из водных растворов их соединений (электролитов) при пропускании через раствор постоянного электрического тока. Гальваностегию проводят в гальванической ванне, куда наливают электролит. Для пропускания электрического тока через электролит в ванну погружают два металлических электрода -анод, присоединяемый к положительному полюсу источника постоянного тока, и катод - к отрицательному. Анод изготовляют из металла, растворяющегося в соответствующем электролите (из меди - при меднении, из никеля - при никелировании и т.д.). Катодом служит покрываемое металлом изделие. В качестве источника постоянного тока можно использовать автомобильный аккумулятор или выпрямитель (напряжение 6...12 В). В цепь необходимо включить вольтметр, амперметр и реостат.

Обязательные условия успешной гальваностегии:

1) предназначенные для покрытия изделия, также как и анодные пластины, должны быть тщательно обезжирены, очищены от оксидов, отшлифованы и отполированы;

2) если в электролите появилась лёгкая муть или образовался осадок, электролит необходимо профильтровать;

3) при сборке электрической цепи гальванической ванны очень важно не спутать полюсы источника постоянного тока (анодные пластины подключают к положительному полюсу, а изделие - к отрицательному), при неправильном включении в электролите будет растворяться металл не анода, а изделия, что приведёт к порче электролита;

4) ровное плотное покрытие изделия металлом зависит от силы электрического тока, которая не должна превышать заданного предела; например, если допустимая плотность тока через электролит равна 0,1 А/дм2 и изделие имеет общую площадь 0,5 дм2, то ток не должен превышать 0,1х0,5 = 0,05 А (50 мА); при большей силе тока покрытие будет тёмным, непрочным; если изделие имеет заострённые части, ток следует уменьшить в 2...3 раза.

Гальванопластика - электрохимический способ копирования (получение точных копий изделий). Широко используется в технике при изготовлении матриц в полиграфии, пресс-форм для прессования грампластинок и т.п. Этим способом изготовляют металлические сетки, ювелирные изделия, копии скульптур, гравюр, детали сложной конфигурации. Способ отличается исключительно высокой точностью воспроизведения рельефа изделия.

В принципе гальванопластика не отличается от гальваностегии. Однако гальваностегические и гальванопластические процессы имеют свои особенности и отличаются прежде всего методами подготовки поверхности перед осаждением на нее металла. В гальваностегии поверхность подготавливается так, чтобы покрытие прочно держалось на ней. В гальванопластике, наоборот, покрытие должно легко отделяться. Поэтому в последнем случае уделяется большое внимание нанесению токопроводящих слоев (в случае покрытия непроводников) и разделительных слоев (если копия получается с металла). Далее, в то время как для гальваностегических покрытий используют многие металлы и сплавы (серебро, цинк, олово, никель, медь, хром и их сплавы), в гальванопластике обычно применяют лишь отложения меди, никеля и серебра и значительно реже - других металлов. В связи с тем, что гальванопластические отложения отличаются от гальваностегических значительно большей толщиной, составы электролитов и режимы, применяемые в гальванопластике, также несколько отличаются от принятых в гальваностегии. В гальванопластике металл обычно наращивают не на металл, а на тонкий токопроводящий слой, нанесенный на поверхность непроводника, или на разделительный, плохо проводящий слой, нанесенный на металл, поэтому в технологический процесс вводят дополнительную по сравнению с гальваностегией операцию "затяжки" металлом - первичное наращивание металла на токопроводящий слой до полного закрытия его. Составы электролитов для ванн затяжки и режим работы несколько отличаются от обычных. Оборудование для гальваностегии ничем не отличается от оборудования, применяемого для гальванопластики.

Рафинирование металлов, очистка первичных (черновых) металлов от примесей. Черновые металлы, получаемые из сырья, содержат 96—99% основного металла, остальное приходится на примеси. Такие металлы не могут использоваться промышленностью из-за низких физико-химических и механических свойств. Примеси, содержащиеся в черновых металлах, могут представлять самостоятельную ценность. Так, стоимость золота и серебра, извлекаемых из меди, полностью окупает все затраты на Р. Различают 3 основных метода Р.: пирометаллургический, электролитический и химический. В основе всех методов лежит различие свойств разделяемых элементов: температур плавления, плотности, электроотрицательности и т.д. Для получения чистых металлов нередко используют последовательно несколько методов Р.

Электролитическое рафинирование, представляющее собой электролиз водных растворов или солевых расплавов, позволяет получать металлы высокой чистоты. Применяется для глубокой очистки большинства цветных металлов.

1.Электролитическое Р. с растворимыми состоит в анодном растворении очищаемых металлов и осаждении на катоде чистых металлов в результате приобретения ионами основного металла электронов внешней цепи. Разделение металлов под действием электролиза возможно вследствие различия электрохимических потенциалов примесей и основного металла. Например, нормальный электродный потенциал Cu относительно водородного электрода сравнения, принятого за нуль, + 0,346, у Au и Ag эта величина имеет большее положительное значение, a y Ni, Fe, Zn, Mn, Pb, Sn, Co нормальный электродный потенциал отрицателен. При электролизе медь осаждается на катоде, благородные металлы, не растворяясь, оседают на дно электролитной ванны в виде шлама, а металлы, обладающие отрицательным электродным потенциалом, накапливаются в электролите, который периодически очищают. Иногда (например, в гидрометаллургии Zn) используют электролитическое Р. с нерастворимыми анодами. Основной металл находится в растворе, предварительно тщательно очищенном от примесей, и в результате электролиза осаждается в компактном виде на катоде.

2. Пирометаллургическое рафинирование

3. Химическое рафинирование