Điện phân thoát kim loại

Chia sẻ: Thach Sau | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:35

Thêm vào BST

Báo xấu

387
lượt xem 96
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Điện phân thoát kim loại - thoát kim loại trên điện cực : catod

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Điện phân thoát kim loại

I N PHÂN THOÁT KIM LO I Thoát KL trên i n c c : catod 1) i n luy n (dung d ch ho c nóng ch y) : thu KL t qu ng – 1 khâu trong quá trình 2) i n tinh luy n (dung d ch ho c nóng ch y) : thu KL tinh khi t t KL thô 3) S/x KL b t : KL và h p kim; dung d ch 4) M : KL và h p kim; dung d ch
Chương III Ñieän luyeän
Ñieän phaân muoái noùng chaûy– Ñaëc ñieåm chung Thu KL tinh khieát ôû theå loûng treân catod: Na, Li, Mg, Al Catod loûng taïo hôïp kim vôùi KL, sau ñoù chöng caát: Kù (catod Pb loûng), Ca (Cu – 1083oC; Cu + 30% Ca – 700 – 800oC). Thu KL raén treân catod: neáu KL khoù noùng chaûy I raát lôùn : ~100 kA/m2; > 25 – 100 laàn so vôùi ñp mt nöôùc. Ñieän phaân gaàn T keát tinh : caáu truùc gaàn gioáng tinh theå
Ñieän phaân muoái noùng chaûy –Ñaëc ñieåm chung Caùc tính chaát hoùa lyù: Ñoä daãn ñieän cao (KCl dd χ < 30 S.m-1; KCl (TiCl3 - 800oC) χ ~ 100 - 500 S.m-1) Tyû troïng: ñieàu chænh sao cho saûn phaåm hoaëc noåi leân treân (Na, Mg) hoaëc chìm xuoáng döôùi (Al) dt = do + α(t – to) ; α
Ñieän phaân muoái noùng chaûy –Ñaëc ñieåm chung Caùc tính chaát hoùa lyù: AÙp suaát hôi cuûa muoái noùng chaûy: P lôùn → thaát thoaùt muoái nc, gaây oâ nhieãm moâi tröôøng. P taêng theo nhieät ñoä: lnP = - (∆Hbh/T) + const Söùc caêng beà maët (σ) – söï thaám öôùt (θ - goùc thaám öôùt) σ θ nhoû (cosθ lôùn) – beà maët caøng ñöôïc thaám öôùt. cosθ = (σRK - σRL)/σLK Hieäu öùng anod: khí thoaùt ra laøm chaát ñly nóng ch y khoâng thaám öôùt ñ/c → hoà quang ñieän: giaûm doøng vaø taêng theá ñoät ngoät.
Ñieän luyeän Na • Bình Downs. • Ñieän phaân muoái noùng chaûy NaCl. • Theâm CaCl2 ñeå giaûm nhieät ñoä noùng chaûy cuûa NaCl töø 804°C xuoáng 600°C. • Duøng taám chaén baèng Fe ñeå ngaên caùch Na vaø Cl (Khoâng ñeå taùi hình thaønh laïi NaCl). Pöù catod (Fe): 2 Na+(l) + 2 ē → 2 Na(l) Pöù anod (C): 2 Cl−(l) → Cl2(k) + 2 ē
Ñieän luyeän Na
Saûn xuaát Al 1827 (Veller) : K (kl) + AlCl3 → pp Nhieät, raát ñaét 1880: Na + AlCl3.NaCl (noùng chaûy) 1886 Hall (Myõ) + Heùroult (Phaùp) : ñieän phaân Quy trình ít thay ñoåi, coâng ngheä ñöôïc caûi tieán nhieàu: nguyeân lieäu, ñieän cöïc,… Hieän nay baét ñaàu chuù yù laïi caùc pp Nhieät, chuû yeáu ñeå s/x hôïp kim (Al+Si) …
Al Kim loaïi thoâng duïng thöù hai sau Fe Deã daùt moûng, meàm, beàn cô hoïc (/KL), beàn aên moøn, nheï, … Giao thoâng 34%; Bao bì 25%; Xaây döïng 17%; taûi ñieän 7%; Vaät duïng gia ñình laâu daøi 7%; …. Khaùc, Khaùc, 9,2% 7% Voû traùi ñaát Cô theå ngöôøi
Ñieän luyeän Al Coâng ngheä ñieän phaân Hall – Heùroult (1886). Al2O3 noùng chaûy ôû 2020°C – chaát loûng khoâng ° daãn ñieän neân khoâng theå ñieän phaân Al2O3 (tinh khieát) noùng chaûy. Hall – Heùroult : duøng dd Al2O3 trong cryolit (Na3AlF6), Tnc 1012°C, moâi tröôøng daãn ñieän. ° • Pöù Anod: C(r) + 2 O2-(l) → CO2(k) + 4 ē • Pöù Catod: Al3+(l) + 3 ē → Al(l) Ñieän cöïc graphit bò tieâu thuï trong phaûn öùng.
Ñieän luyeän Al hòa tan t t c a Al2O3 trong Na3AlF6 – do kích thư c F và O trong các ph c ch t Al nóng ch y g n b ng nhau → d hình thành ion AlOF2-, AlOF32-, … → h n h p ion ph c → cơ ch ph n ng chưa ư c bi t rõ. P catod : kh Al (III)
Khí Al2O3 + cryolit Al noùng chaûy
Ñieän luyeän Al – Phaûn öùng anod Neáu pöù anod laø thoaùt khí oxy: 2 O2- → O2 + 4 ē • thì pöù toång chung: 2 Al2O3 → 4 Al + 3 O2 • Anod trô : Ebình = 2,21 V • ∆G1000oC = 640 kJ/mol Al Neáu duøng anod C: C(r) + 2 O2-(l) → CO2(k) + 4 ē • vaø pöù toång chung: 2 Al2O3 + 3 C→ 4 Al + 3 CO2 • Anod C: Ebình = 1,18 V • ∆G1000oC = 340 kJ/mol Al
Ñieän luyeän Al – Tinh cheá Al2O3 tinh khieát Laøm giaøu bauxite (Al2O3.xH2O)→ Al2O3 tinh khieát C n lo i Fe, Si, Ti kh i qu ng vì d b kh hơn Al - s hòa l n. 3 pp i u ch Al2O3 s ch : ki m, axít, nhi t i n Quy trình Bayer (pp öôùt): áp d ng khi Al2O3:SiO2 ≥ 8 Ñun quaëng trong 30% NaOH ôû 150-230°C vaø P cao (30 atm – traùnh soâi). Al2O3 hoøa tan: Al2O3.H2O(r) + 2 H2O(l) + 2 OH−(aq) → 2 Al(OH)4–(aq) Taùch dd aluminat. Nung aluminat → Al2O3 tinh khieát
Ñieän luyeän Al – Tinh cheá Al2O3 tinh khieát PP thieâu keát (Jakovskin & Lileev): Al2O3:SiO2 ≤ 8 Thieâu keát bauxite + Na2CO3 : 1150-1250oC Laøm laïnh, hoøa tan trong nöôùc (+Ca(OH)2) : loaïi Si, Fe, Ti, CaSiO3 … Carbonat hoùa (+ CO2 +H2O): Na2O.Al2O3 → Al(OH)3⇓ Röûa keát tuûa vaø nung → Al2O3
Ñieän luyeän Al – S/x cryolit Cryolit (Na2AlF6) khoâng coù trong töï nhieân (tröø Greenland) S/x töø quaëng CaF2 : khoâng ñöôïc chöùa SiO2, Fe2O3, H2O, SO4-, …. Loaïi SiO2 : CaF2 + H2SO4 → HF , H2SiF6 → haáp thuï HF, H2SiF6 = H2O + Na2CO3 → Na2SiF6 (raén) ↓ loaïi H2SiF6 + Na2CO3 → Na2SiF6 ↓ Dd HF còn l i trung hoøa = Na2CO3 + Al(OH)3 12 HF + 3 Na2CO3 + 2 Al(OH)3 → 2 (3NaF.AlF3)⇓ + ⇓ 3CO2 + 9 H2O
Ñieän luyeän Al Ñeå s/x 1 taán Al, caàn 4000 kg bauxite, 70 kg cryolite, 450 kg anod C vaø tieâu thuï naêng löôïng 56 × 109 J . Ñieän phaân
Moät taán nhoâm caàn khoaûng: Al2O3 : 1,92-1,95 taán Cryolit môùi : 20-25 kg Myõ: 5% toång saûn Cryolit tuaàn hoaøn : 10-15 kg löôïng ñieän duøng AlF3 : 25-30 kg ñeå s/x Al Ñieän naêng : 15200-16700 kWh Giá thành, % trên t ng: Al2O3 : 30 Taùi söû duïng Al Anod : 7 Thay theá = vaät V t li u khác : 7 lieäu plastic i n năng : 23 Nhân công : 16 V n: 17
Hai v n chính trong s/x: 1. Hi u su t năng lư ng th p : • 3 F/1 mol Al = 27 g (so sánh Cl2: 2 F/1mol = 71 g) • T cao, gap l n ~ 5 cm • Nhi u p ph vô ích HS dòng 85-90%, HS năng lư ng 33% 2. Khí th I gây hi u ng nhà kính, khí c h i môi trư ng: CO2, CFx, CO, … 1 t n Al → 1,4 t n CO2. Nghòch lyù: Quaëng taäp trung ôû caùc nöôùc ngheøo S/x Al taäp trung ôû caùc nöôùc giaøu → An ninh, chính trò, …
Nh ng hư ng NC công ngh m i M c tiêu : gi m tiêu th năng lư ng, gi m phát th i khí CO2, CFx,… - C i ti n anod - - Thay ih i n phân -