Tài liệu Điện phân thoát kim loại ppt

ĐI ĐI Ệ Ệ N PHÂN THO N PHÂN THO Á Á T KIM LO T KIM LO Ạ Ạ I I Thoát KL trên điện cực : catod 1) Điện luyện (dung dịch hoặc nóng chảy) : thu KL từ quặng – 1 khâu trong quá trình 2) Điện tinh luyện (dung dịch hoặc nóng chảy) : thu KL tinh khiết từ KL thô 3) S/x KL bột : KL và hợp kim; dung dịch 4) Mạ : KL và hợp kim; dung dịch Ñ Ñ ie ie ä ä n luye n luye ä ä n n Chương III Chương III  Thu KL tinh khiết ở thể lỏng trên catod: Na, Li, Mg, Al Catod lỏng tạo hợp kim với KL, sau đó chưng cất: Kù (catod Pb lỏng), Ca (Cu – 1083 o C; Cu + 30% Ca – 700 – 800 o C).  Thu KL rắn trên catod: nếu KL khó nóng chảy  I rất lớn : ~100 kA/m 2 ; > 25 – 100 lần so với đp mt nước.  Điện phân gần T kết tinh : cấu trúc gần giống tinh thể Điện phân muối nóng chảy– Đặc điểm chung Các tính chất hóa lý:  Độ dẫn điện cao (KCl dd χ < 30 S.m -1 ; KCl (TiCl 3 - 800 o C) χ ~ 100 - 500 S.m -1 )  Tỷ trọng: điều chỉnh sao cho sản phẩm hoặc nổi lên trên (Na, Mg) hoặc chìm xuống dưới (Al) d t = d o + α (t – t o ) ; α < 0  Độ nhớt: ảnh hưởng đến độ dẫn điện η ηη η = B.e Ua/kT (U a – NL kích động chảy nhớt): T tăng η giảm Độ nhớt hệ nóng chảy không lớn so với dd đậm đặc: η NaCl 25%/H2O = 1,86 cpz ; η NaCl nóng chảy = 1,49 cpz Độ nhớt không có đặc tính cộng. Điện phân muối nóng chảy –Đặc điểm chung Các tính chất hóa lý:  Áp suất hơi của muối nóng chảy: P lớn → thất thoát muối nc, gây ô nhiễm môi trường. P tăng theo nhiệt độ: lnP = - ( ∆ H bh /T) + const  Sức căng bề mặt ( σ σσ σ ) – sự thấm ướt ( θ - góc thấm ướt) θ nhỏ (cos θ lớn) – bề mặt càng được thấm ướt. cos θ = ( σ RK - σ RL )/ σ LK  Hiệu ứng anod: khí thoát ra làm chất đly nóng ch ả y không thấm ướt đ/c → hồ quang điện: giảm dòng và tăng thế đột ngột. Điện phân muối nóng chảy –Đặc điểm chung • Bình Downs. • Điện phân muối nóng chảy NaCl. • Thêm CaCl 2 để giảm nhiệt độ nóng chảy của NaCl từ 804°C xuống 600°C. • Dùng tấm chắn bằng Fe để ngăn cách Na và Cl (Không để tái hình thành lại NaCl).  Pứ catod (Fe): 2 Na + (l) + 2 ē → 2 Na(l)  Pứ anod (C): 2 Cl − (l) → Cl 2 (k) + 2 ē Đ Đ ie ie ä ä n luye n luye ä ä n Na n Na Ñ Ñ ie ie ä ä n luye n luye ä ä n Na n Na Sa Sa û û n xua n xua á á t Al t Al  1827 (Veller) : K (kl) + AlCl 3 → pp Nhiệt, rất đắt  1880: Na + AlCl 3 .NaCl (nóng chảy)  1886 Hall (Mỹ) + Héroult (Pháp) : điện phân  Quy trình ít thay đổi, công nghệ được cải tiến nhiều: nguyên liệu, điện cực,…  Hiện nay bắt đầu chú ý lại các pp Nhiệt, chủ yếu để s/x hợp kim (Al+Si) … Al Al  Kim loại thông dụng thứ hai sau Fe  Dễ dát mỏng, mềm, bền cơ học (/KL), bền ăn mòn, nhẹ, …  Giao thông 34%; Bao bì 25%; Xây dựng 17%; tải điện 7%; Vật dụng gia đình lâu dài 7%; …. Vỏ trái đất Cơ thể người Khác, 9,2% Khác, 7% Đ Đ ie ie ä ä n luye n luye ä ä n Al n Al Công nghệ điện phân Hall – Héroult (1886).  Al 2 O 3 nóng chảy ở 2020° °° °C – chất lỏng không dẫn điện nên không thể điện phân Al 2 O 3 (tinh khiết) nóng chảy.  Hall – Héroult : dùng dd Al 2 O 3 trong cryolit (Na 3 AlF 6 ), T nc 1012° °° °C, môi trường dẫn điện. • Pứ Anod: C(r) + 2 O 2- (l) → CO 2 (k) + 4 ē • Pứ Catod: Al 3+ (l) + 3 ē → Al(l)  Điện cực graphit bò tiêu thụ trong phản ứng. [...]... ch, q th l n Điện tinh luyện Cu Cu thường được sử dụng làm dây dẫn điện do có tính dẫn điện tốt Tạp chất làm giảm độ dẫn → trong công nghiệp điện tử cần dùng Cu tinh khiết Anod: Cu thô, không tinh khiết Catod: Cu tinh khiết (có kim lo I kh I thép…) ng: Al, Ti, Thường dùng dd CuSO4 (~ 0,7 M) + H2SO4 ~ 2 M Kim loại tạp chất không kết tủa ở catod Điện tinh luyện Cu – Kim loại tạp chất KL có điện thế dương... SiO2, Fe2O3, H2O, SO4-, … Loại SiO2 : CaF2 + H2SO4 → HF , H2SiF6 → hấp thụ HF, H2SiF6 = H2O + Na2CO3 → Na2SiF6 (rắn) ↓ loại H2SiF6 + Na2CO3 → Na2SiF6 ↓ Dd HF còn l i trung hòa = Na2CO3 + Al(OH)3 12 HF + 3 Na2CO3 + 2 Al(OH)3 → 2 (3NaF.AlF3)⇓ + ⇓ 3CO2 + 9 H2O Điện luyện Al Để s/x 1 tấn Al, cần 4000 kg bauxite, 70 kg cryolite, 450 kg anod C và tiêu thụ năng lượng 56 × 109 J Điện phân Một tấn nhôm cần khoảng:... Au KL có điện thế âm hơn Cu: hòa tan ở anod: – Sn, Bi, Sb : kết tủa trong dd dưới dạng oxid hay hydroxid, cũng nằm trong bùn xỉ anod – Pb : kết tủa dưới dạng PbSO4 nằm trong cặn bể – Fe, Ni, Co, Zn: ở dạng ion trong dd, bò khử ở thế rất âm so với Cu nên còn lại trong dd sau điện phân Dd i n ly tu n hồn, tinh ch = k t t a (OH-, S2-…), l c và b sung hóa ch t … Điện tinh luyện Cu Bùn xỉ anod Điện tinh... lượng 56 × 109 J Điện phân Một tấn nhôm cần khoảng: Al2O3 : 1,92-1,95 tấn Cryolit mới : 20-25 kg Cryolit tuần hoàn : 10-15 kg AlF3 : 25-30 kg Điện năng : 15200-16700 kWh Mỹ: 5% tổng sản lượng điện dùng để s/x Al Giá thành, % trên t ng: Tái sử dụng Al Thay thế = vật liệu plastic Al2O3 : Anod : V t li u khác : i n năng : Nhân cơng : 30 7 7 23 16 V n: 17 Hai v n chính trong s/x: 1 Hi u su t năng lư ng th... thành) i n phân AlCl3 (Alcoa) Ch t i n ly Ch t i n ly: “Dmôi” NaCl:LiCl = 3:2 AlCl3 : 2-15 % −−−−−−− +++++++ Cl2 T : 700oC (gi m g n 300oC) Al −−−−−−− +++++++ −−−−−−− +++++++ 1,5cm −−−−−−− +++++++ −−−−−−− +++++++ −−−−−−− +++++++ i u ch AlCl3 : 2 Al2O3 + 3 C + 6 Cl2 → 4 AlCl3 + 3 CO2 Ph n ng i n phân: 4 AlCl3 → 2 Al + 3 Cl2 HS năng lư ng tăng thêm 10% so v I H-H → 40% Gi m CO2 Khơng CFx Chương IV Điện tinh... Al(OH)4–(aq) Tách dd aluminat Nung aluminat → Al2O3 tinh khiết Điện luyện Al – Tinh chế Al2O3 tinh khiết PP thiêu kết (Jakovskin & Lileev): Al2O3:SiO2 ≤ 8 Thiêu kết bauxite + Na2CO3 : 1150-1250oC Làm lạnh, hòa tan trong nước (+Ca(OH)2) : loại Si, Fe, Ti, CaSiO3 … Carbonat hóa (+ CO2 +H2O): Na2O.Al2O3 → Al(OH)3⇓ Rửa kết tủa và nung → Al2O3 Điện luyện Al – S/x cryolit Cryolit (Na2AlF6) không có trong tự.. .Điện luyện 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 nóng chảy Điện luyện Al – Phản ứng anod Nếu pứ anod là thoát khí oxy: 2 O2- → O2 + 4 ē • thì pứ tổng... CO2, CFx,… - C i ti n anod - Thay ih i n phân - Anod bền, không tan n, US patent 5510008 Ni : 60 - 90% Al : 3 - 10% Fe : 5 – 20% Cu : 0 – 15% 0 – 5% : Cr, Mn, Co, Ti, Zr, Mo, Y, O, B, Nb, Ce, … Anod khơng carbon (NCA) OSU, Prof R Rapp ng Zr ch a khí t nhiên: CH4 ; cho O2 xun qua ng Hi n ang trong giai o n th nghi m Siemens : s/x ng Zr Kaiser Al : k thu t i n phân Vi n NC OSU: ánh giá ch tiêu, thơng... ch a nhi u As và Bi C n tái ch trư c khi un ch y anod Dd: cho bay hơi, tách Fe, Ni và Co d ng sulfur C u thành th S t gi m th do R dd: 0,11-0,13 V η catod do phân c c : 0,04-0,08 Do R ti p xúc i n c c: 0,03-0,06 Do các thanh n I, ch y : 0,01-0,02 Phân c c anod: 0,01 HI U TH BÌNH: 0,23 – 0,27 V Tiêu hao i n năng 1 chi u 260 kWh/1 t n Cu Tiêu hao i n năng xoay chi u 310 kWh/1 t n Cu ... −−−−−−− +++++++ i u ch AlCl3 : 2 Al2O3 + 3 C + 6 Cl2 → 4 AlCl3 + 3 CO2 Ph n ng i n phân: 4 AlCl3 → 2 Al + 3 Cl2 HS năng lư ng tăng thêm 10% so v I H-H → 40% Gi m CO2 Khơng CFx Chương IV Điện tinh luyện Điện tinh luyện – Đặc điểm chung Pứ anod và catod cùng bản chất Uthùng = IR + ηa + ηc • Cặp Mn+/M thuận nghòch → Uthùng thấp; • Cặp Mn+/M bất thuận nghòch (Co, Ni) → Uthùng cao Tránh thụ động anod Mật . ĐI ĐI Ệ Ệ N PHÂN THO N PHÂN THO Á Á T KIM LO T KIM LO Ạ Ạ I I Thoát KL trên điện cực : catod 1) Điện luyện (dung dịch hoặc nóng chảy). mt nước.  Điện phân gần T kết tinh : cấu trúc gần giống tinh thể Điện phân muối nóng chảy– Đặc điểm chung Các tính chất hóa lý:  Độ dẫn điện cao (KCl