Электрометаллургия

Анодированный титан (фрагмент) - a.jpg

Электрометаллургия – это метод металлургии , использующий электрическую энергию для производства металлов путем электролиза. Обычно это последний этап производства металлов, и поэтому ему предшествуют пирометаллургические или гидрометаллургические операции. Электролиз может проводиться на расплавленном оксиде металла (электролиз плавки), который используется, например, для производства алюминия из оксида алюминия по методу Холла-Эро . Электролиз может быть использован в качестве конечной стадии рафинирования при пирометаллургическом производстве металлов (электрорафинирование), а также для восстановления металла из водного раствора солей металлов, получаемого гидрометаллургическим способом (электролиз).

Процессы

Электрометаллургия — область, изучающая процессы электроосаждения металлов . Существует семь категорий этих процессов:

• Электролиз
• Электродобыча , извлечение металла из руд.
• Электрорафинирование , очистка металлов. производство металлических порошков методом электроосаждения, иногда электролитическое получение, или отдельная категория в зависимости от применения. В эту категорию входит
• Гальваника – нанесение слоя одного металла на другой.
• Гальванопластика — изготовление, как правило, тонких металлических деталей методом гальваники.
• Электрополировка , удаление материала с металлической заготовки.
• Травление , промышленно известное в Википедии как химическое фрезерование.

Тенденции исследований

Электролиз расплавленного оксида

УСТАЛАЯ схема

расплавленных оксидов При электролизе в сталеплавильном производстве в качестве восстановителя используются электроны вместо кокса , как в обычной доменной печи . Для производства стали в этом методе используется инертный анод (сплав на основе углерода, платины, иридия или хрома). и помещает железную руду в катод. Электрохимическая реакция в этой ячейке с расплавленным оксидом может достигать температуры 1600 °C — температуры, при которой плавится железная руда и оксид электролита. Затем расплавленная железная руда разлагается в результате этой реакции.

${\ce {Fe2O3(l) + e- -> Fe(l) + O2(g)}}$

В результате реакции электролиза образуется расплавленное чистое железо в качестве основного продукта и кислород в качестве побочного продукта. Поскольку в этом процессе не добавляется кокс, газ CO ₂ не образуется. Таким образом, прямых выбросов парниковых газов не будет . Более того, если электроэнергия для работы таких ячеек поступает из возобновляемых источников, этот процесс может иметь нулевые выбросы. Эту технологию также можно реализовать для производства никеля, хрома и феррохрома.

В настоящее время базирующаяся в Массачусетсе компания Boston Metal занимается масштабированием этой технологии до промышленного уровня.

Прямое обезуглероживание, электрорафинирование

Реакция прямого обезуглероживания

Целью этого метода является снижение содержания углерода в стали. Этот процесс подходит для вторичной сталелитейной промышленности, которая перерабатывает стальной лом с различным содержанием углерода в сырье. Этот метод призван заменить нынешний традиционный метод, в котором используется кислородно-конвертерная печь (конвертер) для снижения содержания углерода в железе путем продувки кислорода, чтобы заставить его реагировать с углеродом и образовывать CO ₂ .

При электрорафинировании процесс обезуглероживания происходит в электрохимической ячейке, состоящей из инертного электрода, шлака и стали. В ходе процесса ток, проходя через ячейку, приводил к плавлению шлака и стали. Ионы кислорода из шлака разлагают и окисляют углерод стали с образованием CO. Реакция обезуглероживания происходит в три этапа следующим образом. (ads) означает адсорбированное промежуточное соединение

1. ${\ce {O2- + C <=> C(O^{-}_{(ads)}) +e-}}$
2. ${\ce {C(O_{(ads)}^{-})<=>C(O_{(ads)}^{})}}$${\ce {+ e-}}$
3. ${\ce {C(O_{(ads)}^{})<=>CO_{(}g)}}$

Суммарная реакция этой клетки происходит по такой схеме.

${\ce {C{}+1/2SiO2<=>CO_{(g)}{}+1/2Si_{(}l)}}$

SiO ₂ получается из шлака в результате реакции, описанной выше. Помимо получения газообразного CO, этот метод также дает чистый кремний (в зависимости от шлака). Преимущество этого процесса прямого обезуглероживания заключается в том, что при нем образуется не CO ₂ , а CO, который не считается парниковым газом.