Электролиз находит широчайшее применение в самых разных областях техники. Благодаря открытиям Фарадея, этот эффективный метод позволяет получать чистые металлы, водород, пероксид водорода и многое другое
Промышленное применение электролиза
Одно из основных применений электролиза - это извлечение и очистка металлов в промышленности. В частности, методом электролиза расплавов производят такие металлы как алюминий, магний, натрий. Расплавляют соответствующие руды при высокой температуре и пропускают через них электрический ток. Например, для получения алюминия используют смесь глинозема Al2O3 и криолита Na3AlF6, которую расплавляют при температуре около 900°C. При этом алюминий осаждается на катоде, откуда его периодически извлекают.
Также широко применяется электролитическое рафинирование - очистка уже полученных металлов от примесей. Металлы, подлежащие очистке, отливают в пластины и используют эти пластины в качестве анодов при электролизе в ваннах с электролитом - раствором солей этих металлов. Напряжение между анодом и катодом подбирают таким образом, чтобы очищаемый металл переходил в раствор, а затем восстанавливался на катоде в чистом виде. А примеси либо осаждаются на дно ванны, либо остаются в растворе электролита.
Например, при рафинировании меди в качестве электролита чаще всего используют раствор сульфата меди CuSO4, т.к. эта соль дешевая и хорошо растворимая. Для повышения электропроводности в него добавляют серную кислоту, а также специальные добавки, которые способствуют получению плотных и компактных осадков меди на катоде.
В результате такого электролитического рафинирования получают очень чистую медь, которая широко используется в электротехнике для изготовления обмоток электродвигателей, катушек индуктивности и других устройств.
Аналогично применяют электролиз и для очистки никеля, серебра, золота, олова, свинца и других металлов от посторонних примесей, что повышает качество конечной продукции в металлургии и машиностроении.
Электролиз в энергетике
Еще одна важная область применения электролиза - это энергетика. С помощью этого метода можно эффективно получать такие важные вещества как водород, хлор, гидроксиды натрия и калия.
Например, в водородной энергетике основным способом производства водорода является именно электролиз воды. При пропускании электрического тока через воду или водные растворы щелочей, кислот, солей на электродах выделяются водород и кислород:
2H2O → 2H2 + O2
Получаемый таким образом водород является экологически чистым топливом, его можно использовать в топливных элементах для выработки электроэнергии или как топливо для двигателей внутреннего сгорания.
Промышленным способом с помощью электролиза также производят хлор, щелочи, пероксид водорода и другие важные вещества, находящие широкое применение в химической промышленности.
Очистка сточных вод методом электролиза
Еще одно весьма эффективное применение электролиза в современной технике - это очистка сточных вод от различных загрязнений. Существуют три основных электрохимических метода такой очистки:
- Электрокоагуляция
- Электрофлотация
- Электроэкстракция
При электрокоагуляции в качестве электродов используют алюминий или железо, которые под действием тока растворяются, образуя гидроксиды. Эти гидроксиды выступают в роли коагулянтов - они собирают коллоидные и взвешенные частицы загрязнений в хлопья, которые затем отфильтровываются или оседают на дно отстойников.
Таким образом можно эффективно очищать сточные воды от жиров, нефтепродуктов, пестицидов, тяжелых металлов, радионуклидов и многих других токсичных соединений.
Гальваностегия и гальванопластика
Еще одно широко распространенное применение электролиза в современной технике - это гальваностегия, то есть электролитическое нанесение на поверхность металлических изделий защитных и декоративных покрытий из благородных или других металлов.
Например, детали из железа или стали часто подвергают электролитическому хромированию или никелированию, чтобы предохранить их от коррозии. Ювелирные украшения покрывают золотом или серебром методом гальваностегии не только для красоты, но и для защиты основного сплава от окисления.
Применение электролиза в электронике
В электронной технике электролиз применяют в производстве электролитических конденсаторов. Они состоят из двух алюминиевых электродов, погруженных в электролит на основе борной кислоты или раствора аммиака. На положительном электроде под действием тока образуется тончайшая пленка оксида алюминия, выступающая в роли диэлектрика конденсатора.
Благодаря малой толщине диэлектрического слоя, емкость таких конденсаторов достигает сотен и тысяч микрофарад на квадратный метр площади обкладок. Это позволяет использовать их там, где нужна большая емкость в компактном объеме.
Электролитическая полировка
Еще один полезный эффект при применении электролиза в технике - это возможность полировки и травления металлических поверхностей. Если поместить деталь в электролитическую ванну в качестве анода, металл этой детали будет растворяться и с поверхности удалятся все неровности, царапины, заусенцы.
Таким электролитическим травлением пользуются, например, при изготовлении печатных плат, особо точных деталей для часов, оптических и измерительных приборов, где нужна идеально гладкая поверхность.
Перспективы развития
Несмотря на то, что электролиз был открыт еще в 19 веке, он не теряет актуальности и в наши дни. Совершенствуются технологии получения алюминия, меди, цинка, других металлов с помощью этого метода. Развивается водородная энергетика на основе электролиза воды. Появляются новые способы очистки сточных вод с использованием электролиза.
Таким образом, применение электролиза в технике продолжает расширяться. Этот эффективный и гибкий метод будет и дальше находить новые области использования.
