изучает способы получения чистых металлов или их сплавов при помощи электрического тока. Электрохимические методы извлечения металлов из руд и солей были разработаны еще в первой половине девятнадцатого столетия Беккерелем (1835), Сан-Клер-Девилем (1850), Бунзеном (1854) и их учениками, но в металлургическую технику они проникли сравнительно весьма недавно, именно с того времени, когда явилась возможность при помощи динамо-машин добывать дешево электрическую энергию в большом количестве (около 1878 г.). С этих пор развитие Э. быстро пошло вперед, и в настоящее время для её целей потребляется энергии свыше ? миллиона лошадиных сил (HP). Это количество распределяется между отдельными производствами следующим образом: рафинирование меди, извлечение золота, серебра, никеля, свинца, олова и сурьмы — 28750 HP. (с 1875 г.); добыча алюминия — 76000 HP. (с 1883 г.); металлический натрий и, главным образом, едкий натрий — 130000 HP. (с 1884—1890 г.); карбиды — 387,000 HP. (с 1895 г.); железо и ферропродукты — 46000 HP. (с 1900 г.); всего 567750 HP. b80_538-2.jpg ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЯ I. Фиг. 1 и 2. Устройство ванн и способ подвешивания пластин при параллельном соединении анодов и катодов. — Фиг. 3. Формы катодных пластин. — Фиг. 4. Расположение ванн в цепи. — Фиг. 5. Установка пластин по системе Hayden'a. — Фиг. 6. Расположение пластин по системе Hayden'a. — Фиг. 7. План завода для извлечения золота по способу Сименса и Гальске. — Фиг. 9. Различные формы электродов. Большая часть потребляемой энергии приходится на долю Сев. Америки, затем следует Франция, Швейцария и последнее место занимает Россия. В России имеется 4 Э.-металлургических завода, располагающих в сумме 4760 HP. Так как электрохимические способы представляются единственными и легко выполнимыми при многих технических процессах (разделение металлов, извлечение металлов группы щелочных, щелочноземельных и алюминия), то несомненно, что развитие электрометаллургии будет год от году увеличиваться. Электрическим током можно пользоваться для: 1) электролитического осаждения металлов а) из водных растворов (процессы мокрого пути), b) из расплавленных солей и 2) тепловым действием вольтовой дуги (процессы сухого пути). Электролит (раствор соли или расплавленная соль) при прохождении через него тока разлагается на две части, из которых одна — катион (металл) — выделяется на отрицательном полюсе (катоде), а другая —анион (остаток соли), выделяясь на положительном полюсе (аноде), может или соединиться с веществом анода (случай "растворимого анода"), или же выделиться в свободном состоянии (случай "нерастворимого анода"). Первый случай имеет место при рафинировке металлов, обработке руд и сплавов, а второй при электролизе расплавленных солей. В том и другом случае для совершения электрохимической работы должна существовать между электродами цепи некоторая разность потенциалов — E. Величина этой электродвижущей силы может быть представлена в виде суммы двух слагаемых E = е1 + е2, где е2 определяется по закону Ома e2 = JR, J — сила тока в цепи и R — сопротивление; величина же е1 зависит от химических свойств электролита и электродов, концентрации электролита, температуры, давления, поверхности электродов и т. д. и называется электродвижущей силой поляризации (см.). В случае растворимых электродов е1, хотя и может быть доведена до весьма малой величины, но на практике все-таки колеблется в пределах от 0,1—0,2 вольт; при нерастворимых электродах е1 есть величина определенная для каждого данного случая. Очевидно, что осаждение металла на катоде может совершаться только тогда, когда E будет немного больше е1; эта характерная для каждого электролита величина носит название "напряжение разложения" и может быть вычислена исходя из теплоты образования данной соли (см. Электрохимия). В свою очередь напряжение разложения может быть представлено суммой двух величин РA и PK — напряжение разложения для аниона и таковое для катиона. В следующей таблице даны величины разложения для катионов:
-
| | Величина PK |
| - - |
| Магний | + 1,24 volt |
| - - |
| Алюминий | + 1,03 " |
| - - |
| Цинк | + 0,51 " |
| - - |
| Кадмий | + 0,16 " |
| - - |
| Железо | + 0,09 " |
| - - |
| Кобальт | —0,02 " |
| - - |
| Никель | —0,02 " |
| - - |
| Олово | — 0,09 " |
| - - |
| Свинец | — 0,10 " |
| - - |
| Сурьма | —0,38 " |
| - - |
| Висмут | —0,50 " |
| - - |
| Мышьяк | — 0,55 " |
| - - |
| Медь | — 0,59 " |
| - - |
| Ртуть | —1,03 " |
| - - |
| Серебро | — 1,06 " |
| - - |
| Платина | —1,07 " |
| - - |
| Золото | —1,36 " |
- В случае электролиза солей, имеющих общий анион, величина РA, очевидно, будет одна и та же (для сернокислых солей — РA = 1,83 volt) и порядок величин для "напряжения разложения" будет тот же, что и в приведенном столбце. Отсюда вытекает важное следствие: из смеси солей с общим анионом катионы будут выделяться в порядке возрастания величины РK, так, например, из смеси сернокислых солей меди и железа при напряжении не выше 1,8 volt будет выделяться только одна медь. Таким образом, тяжелые металлы могут быть осаждены из смеси растворов солей последовательно один за другим; этим пользуются для рафинирования нечистых металлов и обработки руд электрическим током. Для каждого отдельного случая опытным путем устанавливают наибольшее допустимое напряжение или иначе, говоря, наибольшую плотность тока, т. е. J = (Е — е1)/R (из формулы E = е1 + е2, где е2 = JR) число ампер, приходящееся на единицу поверхности катода. Чем чище хотят получить металл, осажденный на катоде, тем меньше должна отличаться плотность тока от требуемой величины; для хорошего осаждения меди J = 30 ампер на 1 кв. метр поверхности; работа при J = 100—200 ампер требует специальных условий и дает металл не вполне чистый, но зато производство ускоряется в соответственное число раз. Количество осажденного током вещества пропорционально силе тока, времени и электрохимическому эквиваленту (см.).
- -
| | I. | II. | III. | IV. | V. | |
| | - - - - - - |
| | | | | | Колич. вещества, | |
| | | | Электрохим. | Вес тела, | осаждаемое в | |
| | Атомный | Химический | эквивалент в | выделенного 1 | течение часа при | Электролит |
| | вес | эквивалент | мг | ампер-часом (в | затрате энергии, | |
| | | | | граммах) | эквивалентной 1 | |
| | | | | | HP. в кгр. | |
| - - - - - - - |
| | H. | 1,0032 | 1,0032 | 0,010392 | 0,037 | 0,027534 | Вода, кислоты |
| | - - - - - - - |
| | Na | 23,058 | 23,058 | 0,238857 | 0,857 | 0,632875 | |
| | - - - - - - | |
| | К | 39,136 | 39,136 | 0,405409 | 1,453 | 1,074171 | Галоидн. соли |
| | - - - - - - | |
| Одноатомные | Li | 7,030 | 7,030 | 0,072823 | 0,263 | 0,192951 | |
| | - - - - - - - |
| | Cu | 63,44 | 63,44 | 0,657175 | 2,353 | 1,741248 | |
| | - - - - - - | |
| | Hg | 200,4 | 200,4 | 2,075943 | 7,452 | 5,500421 | Соли закиси |
| | - - - - - - | |
| | Ag | 107,938 | 107,938 | 1,118129 | 4,025 | 2,962594 | |
| - - - - - - - - |
| | Cu | 63,44 | 36,72 | 0,328587 | 1,185 | 0,870624 | |
| | - - - - - - | Соли окиси |
| | Hg | 200,4 | 100,2 | 1,037972 | 3,726 | 2,750210 | |
| | - - - - - - - |
| | Zn | 65,38 | 37,69 | 0,338635 | 1,218 | 0,897247 | |
| | - - - - - - | |
| | Cd | 112,08 | 56,04 | 0,580518 | 2,087 | 1,538140 | |
| | - - - - - - | |
| | Mg | 24,376 | 12,188 | 0,126276 | 0,454 | 0,334580 | |
| | - - - - - - | Галоидн. соли |
| | Ca | 40,00 | 20,00 | 0,207180 | 0,745 | 0,548944 | |
| | - - - - - - | |
| | Si | 87,52 | 43,76 | 0,453309 | 1,631 | 1,201087 | |
| Двухатомные | - - - - - - | |
| | Ba | 137,04 | 68,52 | 0,709798 | 2,552 | 1,880680 | |
| | - - - - - - - |
| | Fe | 56,00 | 28,00 | 0,290052 | 1,043 | 0,768521 | Соли закиси |
| | - - - - - - - |
| | Co | 59,55 | 29,775 | 0,308479 | 1,102 | 0,817347 | То же |
| | - - - - - - - |
| | Ni | 58,88 | 29,44 | 0,305009 | 1,099 | 0,808153 | То же |
| | - - - - - - - |
| | Cr | 52,15 | 26,075 | 0,270105 | 0,976 | 0,715670 | То же |
| | - - - - - - - |
| | Pb | 206,911 | 103,455 | 1,071695 | 3,859 | 2,839562 | Соль окиси |
| | - - - - - - - |
| | Sn | 118,10 | 59,05 | 0,653352 | 2,202 | 1,020755 | Соли закиси |
| - - - - - - - - |
| | Al | 27,08 | 9,027 | 0,093541 | 0,339 | 0,247846 | |
| | - - - - - - | |
| | Fe | 56,0 | 18,66 | 0,193368 | 0,692 | 1,804653 | Соли окиси |
| | - - - - - - | |
| | Cr | 52,15 | 17,38 | 0,1800