Электрохимические и электрофизические установки,электролизные установки

Электролиз — это явление выделения вещества на электродах при прохождении через электролит тока, процессы окисления и восстановления на электродах, сопровождающиеся приобретением или потерей частицами вещества электронов.
Электролизер — это ванна, в которой процесс идет с поглощением электрической энергии.
Принцип действия можно рассмотреть на схеме электролизера с анодным растворением и катодным осаждением (рис. 1.3-1).

Основными элементами установки являются: электролит (1), электроды (2) и источник питания (3).
Напряжение на электролизной ванне (U) состоит из трех состааляющих:

Около поверхности электродов образуется двойной электрический слой, который противодействует подходу и выходу ионов. Для ослабления противодействия применяются:
- циркуляция электролита, для выравнивания температуры;
- вибрация электродов;
- импульсный источник питания.
В промышленности электролиз металлов и исходная среда определяются электрическим потенциалом выделяемого металла.
Металлы с положительным потенциалом выделяют из твердой черновой основы путем ее растворения (например, медь с потенциалом «+0,34 В»).
Металлы с отрицательным потенциалом больше выделяют из растворов их солей (например, цинк с потенциалом «-0,76 В»).
Металлы с отрицательным потенциалом меньше выделяют из расплавов их солей (например, алюминий с потенциалом «-1,43»).
Примечание — Потенциалы металлов определены по отношению к «водороду», у которого электрический потенциал равен «нулю».
Электролиз меди применяется для получения чистой электролитической меди из черновой (полученной после плавки в печах) и дли извлечения ценных металлов, находящихся в ней.
Процесс ведется в электролизных ваннах.
Анодом является литая черновая медь в виде плит толщиной 35...45 мм и массой около 300 кг.
Катодом является электролитическая (чистая) медь в виде пластин толщиной 0,6...0,7 мм, подвешенных на ушках между анодами. Расстояние междусоседними анодами и катодами 35...40 мм.
Электролитом, которым заполняется ванна, является водный раствор медного купороса (CuSO₄), подкисленный серной кислотой (H₂S0₄) для уменьшения сопротивления.

В целях выравнивания концентрации ионов меди у электродов и обеспечения необходимой температуры применяется прямая циркуляция электролита, который подается снизу и сливается сверху ванны.
Электролиз цинка применяется для получения высококачественного цинка (Zn) из водных растворов его солей.
Катодом являются алюминиевые пластины толщиной 4 мм. Анодом являются свинцовые пластины толщиной 5... 8 мм, с добавкой 1 % серебра для снижения коррозии.
Электролитом является 5...6% водный раствор сернокислого цинка (ZnS0₄) и серной кислоты (H₂S0₄). Во время электролиза на катоде осаждается металлический цинк (Zn), который периодически снимают.
На аноде выделяется газообразный водород (Н), а в растворе образуется серная кислота (H₂S0₄).

Снятие цинка с катодов производится до 2 раз в сутки, затем его промывают, формуют в пакеты и переплавляют в печах.
В процессе электролиза износ катодов составляет около 1,5 кг/т цинка, а анодов — 0,8... 1,5 кг/т цинка.
Резкое повышение падения напряжения на ванне (до 3,3...3,6 В) указывает на необходимость очистки анодов от шлама.
Такая необходимость очистки анодов — один раз в 20.. .25 дней, а катодов — один раз в 10 дней.
Шлам удаляется через отверстие в дне ванны.
В электролизном цехе ванны устанавливают рядом длинными бортами по 20...30 штук и соединяют в один блок.
Для поддержания заданной температуры ванны охлаждаются водой, подаваемой по алюминиевым или углеродистым змеевикам.
Для снижения выделения водорода на катоде в раствор добавляют поверхностно-активные вещества.
Электролиз алюминия применяется для получения качественного алюминия (Аl) из расплавленных солей путем электролиза.
Анодом является угольный электрод, который расходуется в процессе электролиза, так как находится в сильно агрессивной среде.
Анод подвешивается на подвижной раме, которая автоматически перемещается по металлоконструкциям печи. Управляющим сигналом является потеря напряжения в электролите.
Электролитом является раствор оксида алюминия (AI₂O₃) в расплавленном криолите (Na₃АlF₆). Присутствие фтора (F₆) придает среде высокую агрессивность.
Катодом являются подовые блоки печи.
Ток к ванне подводится с двух сторон.
К аноду — по пакетам алюминиевых шин, по гибким медным токопроводам, по стальным штырам.
К катоду — по специальным токопроводам (блюмсам).
Размеры анода определяются заданной мощностью ванны и допустимой плотностью тока.

Электролизеры объединяют в серию из 160... 170 шт., причем 4...5 из них являются резервными.
Выливают металл из ванны вакуум-ковшами
Вылитый из ванн алюминий поступает в миксеры литейного корпуса, где он после усреднения и отстаивания разливается в слитки.