Основные направления применения электрохимических производств

При электролизе водных растворов и расплавленных сред могут быть получены самые разнообразные химические продукты. Электролизом водных растворов натрия и калия получают такие многотоннажные химические продукты, как водород, хлор, гидроксиды натрия и калия. Методом электролиза водных растворов осуществляют энергохимический синтез многих неорганических и органических веществ – гипохлоритов, хлоратов, перхлоратов, хлорной кислоты, перманганатов, диоксида марганца, а также адипонитрила, антидетонаторов, например, тетраэтилсвинца, гидрохинона, фторпроизводных ряда органических соединений и др. На электролизе водных растворов основаны гидроэлектрометаллургия и гальванотехника. Гидроэлектрометалургия – это извлечение металлов из водных растворов их солей путем электролиза. Электролиз обычно служит завершающей стадией ряда металлургических процессов. Электрохимическими методами получают и рафинируют медь, цинк, кадмий, марганец, хром, свинец, олово, благородные металлы.

Гальванотехника применяется в металлообрабатывающей промышленности для нанесения на металлические изделия покрытий из металлов или сплавов. Эти покрытия наносят с целью защиты металла от коррозии, повышения твердости и сопротивления механическому износу, с декоративной целью, а также для изготовления точных металлических копий с различных предметов (гальванопластика). С развитием новых отраслей техники (атомная энергетика, ракетостроение, радиоэлектроника и др.) перед гальванотехникой становится более сложные задачи, например, высокая стойкость покрытий в экстремальных условиях, определенные магнитные характеристики, высокая жаростойкость, сверхпроводимость, равномерность свойств покрытия на сложно-профилированной поверхности и др.

Электролиз расплавленных сред используют в металлургии для производства и рафинирования металлов, которые не могут быть получены электролизом водных растворов – целого ряда легких, тугоплавких, благородных и редких металлов, а также сплавов.

В настоящее время такие материалы как алюминий, магний, натрий, литий, калий, титан и многие другие получают только электролизом расплавленных сред. Электролиз расплавов используют также для получения фтора и бора.

Важнейшая область электрохимии – получение и эксплуатация химических источников тока. Химические источники тока подразделяются на первичные и вторичные.

К первичным относятся источникам энергии, которые могут быть использованы лишь однократно. К ним относятся батареи и гальванические элементы. Вторичные источники тока – аккумуляторы, работоспособность которых восстанавливается пропусканием электрического тока (в направлении, противоположном тому, в котором ток протекал при разрядке). В топливных элементах «топливо», т.е. восстановитель и окислитель непрерывно и раздельно подводятся к электродам, в результате чего химическая энергия преобразуется в электрическую.

Масштабы применения химических источников тока весьма велики. Все самолеты и автомобили с двигателями внутреннего сгорания снабжены аккумуляторами, приводящими в действие двигатель. Различные электронные устройства, например, транзисторные приемники, часы работают за счет малогабаритных батарей. Большие перспективы имеет электрохимическая энергия, т.е. применение электрохимических топливных элементов в энергоустановках – автотранспорте, электростанциях и т.д.

Электрохимические методы все более широко внедряются в технику очистки сточных вод, в частности для опреснения сильно минерализированных вод электролизом с регенерацией индивидуальных солей, кислот и щелочей.

Электрохимические методы развиваются в промышленности опережающими темпами по сравнению с химическими в связи с их очевидными преимуществами. В электрохимических процессах аппаратура во многих случаях проще и компактнее по сравнению с альтернативными химическими процессами, электрохимические методы получения ряда продуктов характеризуются меньшим числом производственных стадий и операций, более дешевым сырьем и большей глубиной его превращения, одновременным образованием (причем в раздельном виде) ценных продуктов. Эти преимущества часто обусловливают более низкую себестоимость получаемой продукции. Одно из главных достоинств электрохимических методов – чистота получаемых продуктов. Основной недостаток электрохимических процессов – высокая энергоемкость, поэтому энергетические затраты составляют главную статью себестоимости продуктов. Поэтому для электрохимических производств особенно важно снижение энергопотребления путем совершенствования технологии, а также рационального, экономичного использования электроэнергии.