ЗНАЧЕНИЕ И СУЩНОСТЬ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
Технология электрохимических производств рассматривает процессы, основанные на непосредственном переходе электрической энергии в химическую без промежуточного превращения энергии в теплоту.
Первые представления о связи химических и электрохимических явлений возникли еще в середине XVIII в. и были высказаны М. В. Ломоносовым. С тех пор и по настоящее время, несмотря на широчайшее применение электрохимических процессов в промышленности, продолжаются новые научные исследования в области электрохимии. Большой вклад в развитие этой науки внесли ученые России и Советского Союза.
Одним из первых электрохимиков был русский академик В. В. Петров, построивший в 1802 г. одну из самых мощных гальванических батарей. Профессор Московского университета Ф. Ф. Рейс в 1807 г. открыл явление электроосмоса и электрофореза. Академик Б. С. Якоби в 1837 г. изобрел гальванопластику. Из советских ученых следует отметить работы чл.-кор. АН СССР Н. А. Изгарышева в области электроосаждения металлов и гидроэлектрометаллургии, акад. В. А. Кистяковского — по коррозии металлов, акад. А. Н. Фрумкина — по кинетике электродных процессов. Значительный вклад в развитие электрохимии внесли зарубежные ученые. Особенно следует отметить открытие в 30-е годы XIX столетия крупным английским физиком Майклом Фарадеем законов электролиза.
Уже из первых исследований стало ясно, что электролиз имеет огромное практическое значение как метод, открывающий области новых производств и коренным способом изменяющий старую технику. Однако широкое практическое применение электрохимические процессы начали получать лишь после изобретения в 1870 г. динамомашины. Первые электрохимические заводы начали строить в 70-е годы прошлого столетия для рафинирования меди. Затем появились заводы по производству других продуктов электролиза: алюминия, хлорноватокислых солей, хлора, щелочей и т. п.
Дореволюционная Россия с ее отсталой технической базой по масштабам производства электрической энергии занимала одно из последних мест в мире. Вся мощность электростанций России в 1913 г. составляла 1098 тыс. кВт, поэтому неудивительно, что несмотря на то, что Россия является родиной многих изобретений и открытий в области электрохимии, ее электрохимическая промышленность находилась в зачаточном состоянии. Только после Великой Октябрьской социалистической революции, когда СССР в течение третьей пятилетки вышел на второе место в Европе по производству электроэнергии, были созданы предпосылки для развития мощной электрохимической промышленности.
В задачи электрохимических производств, которые являются весьма обширными и многообразными, традиционно входило: получение и рафинирование цветных и благородных металлов из руд; получение щелочных, щелочноземельных и других легких металлов; получение металлических сплавов (например, свинец-натрий-калий); получение хлора и щелочей, кислорода и водорода; получение неорганических солей и окислителей; защита металлов от коррозии, декоративные и специальные покрытия металлов; гальванопластическое изготовление копий и других изделий; получение химических источников тока.
Бурное развитие производства электроэнергии в последние десятилетия и достижения НТР позволили значительно расширить области применения электрохимических процессов: значительно расширился ассортимент металлов, получаемых электролизом; интенсивное развитие получили электрохимические методы синтеза органических веществ; широкое применение получили электрохимические методы в машиностроении и особенно в области радиоэлектронного производства. Распространение в промышленности электрохимических методов производства тесно связано со стоимостью электроэнергии. Планами развития народного хозяйства в нашей стране предусматривается строительство крупнейших тепловых, атомных и гидроэлектростанций, при этом стоимость электроэнергии будет непрерывно снижаться, что создает дальнейший стимул для возникновения новых и расширения традиционных электрохимических процессов. В связи с этим в Основных направлениях развития народного хозяйства СССР на 1981 - 1985 гг. и на период до 1990 года отмечается необходимость более широкого внедрения электрохимических процессов и методов обработки.
Остановимся более подробно на особенностях электрохимической технологии. Следует отметить, что технологические процессы, которые могут быть проведены электрохимическими методами, в большинстве случаев могут быть осуществлены и другими химическими, а в ряде случаев и физическими методами. Выбор технологии должен решаться на основе сравнительного техно-экономического анализа, который учитывает экономику производства, ресурсы и стоимость сырья, выход и чистоту получаемого продукта, сложность аппаратурного оформления и другие вопросы.
Сравнение химических и электрохимических методов показывает, что последние обладают во многих случаях существенными преимуществами.
Технико-экономическая эффективность электрохимических методов определяется тем, что с их помощью можно в относительно простых технологических схемах получить достаточно чистые продукты. Во многих случаях использование электрической энергии для осуществления химических реакций чрезвычайно упростило технологию получения того или иного продукта, а вместе с тем во много раз удешевило его и расширило возможность его применения. Примерами могут служить прежде всего легкие металлы — алюминий, магний, натрии, которые получать химическим путем очень дорого. Электрохимические методы дали возможность наряду с основным продуктом получать ценные побочные продукты, исходить из более дешевого сырья и лучшего его использования.
Так, химическим путем хлор получали из НС1, используя это сырье только на 30 — 65%. Электрохимический метод дает возможность применять в качестве сырья природную поваренную соль и использовать ее практически полностью. При этом наряду с хлором получаются и ценные побочные продукты — едкий натр и водород. При электрорафинировании металлов в качестве отходов получается шлам, содержащий благородные металлы: золото и серебро — при рафинировании меди, платину и палладий — при рафинировании никеля. Стоимость получаемых благородных металлов полностью покрывает расходы по рафинированию меди и никеля.
Существенным преимуществом электрохимических методов является высокая чистота получаемого продукта, часто совершенно недостижимая при химических способах.
В металлургии цветных металлов электрохимические методы расширили сырьевую базу: возникла возможность экономично перерабатывать бедные руды. Так, гидроэлектрометаллургическим методом успешно перерабатывают руды, содержащие 0,7 и даже 0,4% меди, что совершенно неэкономично при других способах.
Следует также отметить, что в ряде случаев (в машиностроении, приборостроении, производстве патефонных пластинок и др.) только электрохимические (гальванотехнические) процессы могут обеспечить получение специальных покрытий и сплавов, а также изделий в виде копий с соответствующих матриц.
К недостаткам электрохимических методов следует отнести необходимость расходования относительно дорогой вид энергии (энергию постоянного тока) и производить затраты на создание источников ее получения.
Дата добавления: 2016-06-22; просмотров: 3178;