§ 45. Общие способы получения металлов
Электрохимические методы
Электрохимический метод получения металлов (электрометаллургия) предполагает выделение металлов из руд электролизом. Электролиз — это окислительно-восстановительный процесс, протекающий под действием постоянного электрического тока, проходящего через раствор или расплав электролита. Его отличие от обычных окислительно-восстановительных реакций заключается в том, что процессы окисления и восстановления разделены в пространстве и протекают на электродах, помещённых в раствор или расплав электролита.
Процесс получения металлов электролизом проводят в аппаратах, называемых электролизёрами. В них имеется источник электрического питания, подсоединённый к электродам, которые погружены в ванну с токопроводящим водным раствором или расплавом соли металла.
Выбор условий проведения электролиза и состава электролита определяется положением металла в ряду активности. Электролизом водного раствора можно выделить только те металлы, которые находятся в ряду активности правее алюминия (например, Zn, Ni, Sn, Cr, Pb, Co, Cu, Ag, Au, Pd и др.). Алюминий, магний, щелочные и щёлочноземельные металлы, титан извлекают электролизом расплавов их оксидов или хлоридов.
![img](http://profil.adu.by/pluginfile.php/5885/mod_book/chapter/18097/%D0%A0%D0%B8%D1%81.%20108.%20%D0%A1%D1%85%D0%B5%D0%BC%D0%B0%20%D1%8D%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%BB%D0%B8%D0%B7%D1%91%D1%80%D0%B0.jpg)
Рассмотрим процесс электролиза на примере получения магния из его хлорида (рис. 108).
Ванну электролизёра (1) заполняют расплавленным MgCl2. Для снижения его температуры плавления и повышения электропроводности расплава в него вводят NаСl, СаСl2, КСl и небольшие количества NaF и СаF2. Температуру поддерживают в пределах 720 °С. В этих условиях хлорид магния и другие соли диссоциируют на ионы:
MgCl2 → Mg2+ + 2Cl–.
На катоде — электроде, подключённом к отрицательному полюсу источника постоянного тока (2), протекают процессы восстановления — передача электронов от катода катионам магния:
Mg2+ + 2e– = Mg0.
Другие металлы при заданных условиях электролиза не восстанавливаются, потому что концентрация их ионов мала.
Выделяющийся на катоде металлический магний всплывает в катодном пространстве на поверхность электролита, поскольку плотность магния меньше плотности электролита-расплава. Магний периодически удаляют с помощью вакуумного ковша.
На аноде — электроде, подключённом к положительному полюсу источника постоянного тока (3), протекают процессы окисления — электроны переходят от анионов к электроду:
2Cl– – 2e– = ↑.
Катодное и анодное пространство электролита разделено перегородкой (4), чтобы выделяющийся хлор не окислял магний и удалялся из электролизёра.