ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Выделение металлов на жидком катоде из "Основы электрохимии Издание 2" Жидкий катод используется в технике как при электролизе вод -ных растворов — электролиз водных растворов хлоридов на ртутном катоде, так и особенно при электролизе расплавленных сред. [c.148] Однако если скорость отвода выделяемого металла в глубь ртути недостаточна, то происходит обогащение поверхности ртутного катода выделяемым металлом либо появляется металлическая фаза на поверхности ртути, на которой начинается с высокой скоростью процесс разряда водорода, так как в отличие от ртути выделение водорода на большинстве металлов идет с низким перенапряжением. [c.148] Следует отметить, что если взаимодействие выделяемого металла с ртутью идет с заметным тепловым эффектом, то выделение металла на ртути происходит при более положительных потенциалах, чем равновесный потенциал электрода из выделяемого металла в данном растворе. [c.148] Электролиз расплавленных сред с жидким катодом имеет ряд преимуществ по сравнению с электролизом расплавов на твердом катоде. При получении, например, сплавов свинца с щелочными металлами из-за большого различия в плотностях между расплавленным электролитом и жидким свинцовым катодом удается обеспечить хорошее разделение продуктов электролиза. Активность выделяющихся щелочных металлов в получающихся при электролизе сплавах значительно меньше, чем при получении их в чистом виде на твердом катоде, что приводит к уменьшению их потерь и обеспечивает получение высоки.х выходов по току. [c.148] Отсутствие при электролизе с жидким катодом диафрагм, небольшие расстояппя между электродами, явления деполяризации па катоде при получении сплавов делают возможным ведение процесса прп меньшем напряжении по сравнению с электролизом с твердым катодом. Все это обеспечивает снижение расхода электроэнергии ири получении металлов и их сплавов. Поэтому электролиз расплавленных сред с жидким катодом используется для осуществления ряда технических процессов. [c.149] Электролиз расплавленных сред с жидким катодом применяется либо для получения металла на одноименном жидком катоде, например алюминия, либо для получения сплавов, имеющих самостоятельное значение, либо для получения промежуточных сплавов, из которых затем вакуумной отгонкой выделяют нужный металл. [c.149] Таким же путем получают калий, который отгоняют из свинцово-калиевого сплава, получаемого электролизом расплава КС1 — К2СО3 на жидком свинцовом катоде. [c.149] В других случаях отгоняют более летучую основу жидкого катода. Например, из полученных электролизом расплавленных электролитов на жидком цинковом катоде, сплавов цинка с редкими и редкоземельными металлами отгоняют цинк и получают иттрий,гадолиний, самарий, торий и бериллий. [c.149] Электролизом расплавленных сред с жидким катодом получают сплавы на основе алюминия, цинка, меди, свинца, олова, кадмия и других металлов. [c.149] Такие равновесные реакции подчиняются закону действия масс, по которому может быть подсчитана константа равновесия. На направление реакции может влиять разбавление металлической фазы более благородным компонентом, при этом степень смещения равновесия зависит от отношения металл-разбавитель/сумма действующих металлов. [c.149] Изучение равновесных систем позволяет рационально подойти к выбору электролита для получения соответствующих сплавов. [c.149] Выделяемый на поверхности жидкого металлического катода металл диффундирует в глубь катода, образуя сплав. Количество металла, переходящего в сплав в единицу времени, определяется скоростью его диффузии через слой неподвижного металла. В связи с этим некоторые исследователи определяют коэффициент диффузии для соответствующих сплавов и, считая, что плотность тока на жидком катоде контролируется скоростью диффузии, определяют катодную плотность тока, при которой следует осуществлять процесс электролиза. [c.150] При электролизе расплавленных сред с жидким катодом нужно учитывать два принципиально отличных случая. Первый случай, когда в качестве жидкого катода используют металл, плотность которого меньше плотности получаемого сплава, например, при получении сплавов алюминий — цинк или алюминий— марганец и других на алюминиевом катоде. Получающийся при электролизе тяжелый поверхностный сплав будет под действием силы тяжести перемещаться в глубь легкой основы жидкого катода, в этом случае процессы диффузии, предусматриваемые законом Фика, и перемещение сплава под влиянием силы тяжести направлены в одну сторону и дополняют друг друга. [c.150] Второй случай, когда в качестве жидкого катода используют металл, плотность которого намного больше плотности образующегося сплава, например, при получении сплавов свинец — натрий, свинец — кальций, свинец — калии на свинцовом катоде, олово — барий на оловянном катоде и др. В этом случае могут иметь место два варианта процесса электролиза. [c.150] По другому варианту образующийся при электролизе на поверхности жидкого катода сплав со значительно меньшей плотностью, чем у жидкого катода, способствует расслоению жидкого катода. На поверхности катода непрерывно растет слой легкой фракции сплава, и высота катода увеличивается. [c.151] В технике этим свойством пользуются для создания электролизеров с так называемым переточным катодом. В катодном корыте, где помещается жидкий катод, устраивают перегородку, через которую перетекает в приемник образовавшийся легкий сплав. [c.151] Как видно, и во втором случае использование закона Фика для описания хода процесса является недостаточным. [c.151] Следовательно, для определения катодной плотности тока при получении сплавов электролизом расплавленных сред на жидком катоде использование только данных о коэффициенте диффузии является совершенно недостаточным. Катодная плотность тока должна быть определена с учетом как природы жидкого катода, так и всех сложных явлений, происходящих в самом жидком катоде в условиях электролиза. [c.151] Изучение процессов, происходящих при получении сплавов на жидком катоде, плотность которого больше плотности образующегося на его поверхности сплава, например сплава свинец— натрий, показало, что выход по току зависит от степени насыщения катода выделяющимся на нем металлом, от высоты (толщины) жидкого катода, катодной плотности тока и температуры. Потери выхода по току при электролизе зависят от скорости растворения металла, например натрия, из сплава на катоде, а скорость растворения увеличивается с повышением концентрации натрия в сплаве. С увеличением степени насыщения жидкого свинцового катода натрием растет поверхностная концентрация натрия в сплаве, что приводит к повышению скорости растворения натрия и уменьшению выхода по току. [c.151] Увеличение высоты (толщины) жидкого катода приводит к уменьшению выхода по току, так как при этом увеличивается поверхностная концентрация натрия в сплаве, чему способствует также расслоение сплава, а увеличение катодной плотности тока еще более усугубляет этот процесс. Если же осуществлять перемешивание жидкого катода, то можно работать и при больших толщинах жидкого катода и высоких катодных плотностях тока с высокими выходами по току. [c.151] Вернуться к основной статье