Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Общая характеристика электролиза как метода получения металлических порошков

01.05.2019


Среди физико-химических методов получения металлических порошков электролитический способ по промышленному распространению занимает второе место после восстановления.

Методом электролиза можно получать порошки почти всех металлов. Иногда, например в случае получения порошка тантала, этот метод является наиболее приемлемым.

Электролиз позволяет также получать легированные порошки, например порошки сплавов Fe—Ni, Fe—Mo, Ni—Mo, Fe—Cr, Fe—Mn, Fe—Ni—Mo.

Важнейшим преимуществом электролитического метода получения порошков является высокая чистота продукта в результате очистки от примесей во время электролиза. Это обстоятельство в ряде случаев играет решающую роль в выборе метода изготовления порошка.

Основным недостатком электролитического метода является высокая стоимость порошков из-за низкой производительности и больших затрат энергии.

Высокая стоимость электролитических порошков обусловливает применение их в промышленности только для изготовления особо ответственных изделий и в случае отсутствия других эффективных методов получения порошков. Поэтому относительная доля порошков, получаемых электролизом, сравнительно невелика в общей массе производимых порошков. Так, количество железных порошков, изготовляемых электролизом, составляет только примерно 10%.

Однако, имея в виду расширение выработки электроэнергии в связи с широким строительством тепло- и гидроэлектростанций, простоту технологических процессов, возможность использования в качестве сырья полупродуктов и отходов, высокую чистоту электролитических порошков, легкость варьирования технологией получения и некоторые другие преимущества, можно надеяться на дальнейшее расширение производства металлических порошков методом электролиза.

В основе процесса получения электролитических порошков лежит разложение водных растворов металлических соединений, а также расплавленных солей при пропускании постоянного электрического тока. Сущность электроосаждения металлов состоит в разряде металлических ионов на катоде Меn+ + ne (рис. 12).
Общая характеристика электролиза как метода получения металлических порошков

Источниками металлических ионов в общем случае являются анод, состоящий из металла, подвергаемого электролизу, и электролит, содержащий соль этого металла. Однако в некоторых случаях используются нерастворимые аноды, и тогда металлические ионы поставляются только электролитом.

Перемещение металлических ионов к катоду осуществляется за счет диффузии, конвекции и миграции. Протекание этих трех процессов и зависит от многих факторов: температуры, электролита, вязкости раствора, размера ионов (диффузия); перемешивания электролита и его температуры (конвекция); величины электрического поля (миграция). Перечисленные факторы и такие, как концентрация электролита, расстояние между электродами, наличие в растворе коллоидных добавок, протекание вторичных реакций, природа осаждаемого металла, форма катода и некоторые другие обстоятельства, определяют структуру и свойства катодных осадков. Подробно характер влияния этих многочисленных факторов на протекание электроосаждения металлов описан в монографии О. Кудры и Е. Гитман.

Различают три вида катодных осадков, пригодных для производства металлических порошков:

1) твердые хрупкие осадки в виде плотных слоев, чешуек или кристаллов, которые затем подвергаются размолу;

2) губчатые мягкие осадки — скопления отдельных мелких кристалликов, легко поддающиеся растиранию;

3) рыхлые (черные) осадки, представляющие собой высокодисперсные порошки, получающиеся в таком виде непосредственно при самом электролизе.

Получение первого вида осадков — хрупких образований — возможно при следующих условиях электролиза: увеличенной концентрации водородных ионов и низкой концентрации ионов металла в электролите, высокой плотности тока, смазке электрода, введении в раствор специальных добавок типа аммиака, глицерина и др. Получение твердых осадков сопровождается, как правило, насыщением металла водородом, что, повышая хрупкость, способствует лучшему дроблению и размолу осадков.

Губчатые мягкие осадки получаются при электроосаждении металлов при низких плотностях тока, а также в условиях повышенной кислотности раствора, пониженной концентрации электролита, наличия примесей более электроположительного металла, чем осаждаемый, и присутствия некоторых окислителен и коллоидов. К выделению губчатых мягких осадков на катоде особенно склонны такие металлы, как цинк, кадмий, олово, свинец и сурьма.

Рыхлые осадки, не нуждающиеся ни в какой дополнительной обработке для перевода в порошкообразное состояние, наиболее пригодны для изготовления металлических порошков. Такого рода осадки получаются при больших плотностях тока.

В зависимости от степени дисперсности рыхлые осадки могут быть черного, бурого, темно-серого, серого или светло-серого цветов.

Рыхлые осадки могут быть получены практически для всех электроосаждаемых на катоде металлов, причем не только осаждением в водных растворах, но и в расплавах.

На формирование дисперсных осадков, помимо высокой плотности тока, оказывают влияние и такие факторы, как добавки глюкозы, сахара, наличие комплексного аниона и др.

В результате исследований установлены следующие условия для получения осадков того или иного вида.

Предельная величина плотности тока, при которой происходит выделение только плотных осадков, определяется в большинстве случаев выражением

где i — плотность тока, а/см2; с — концентрация электролита, мол/л; k — константа, колеблющаяся для различных солей от 0,5 до 0,9.

Образование рыхлых осадков происходит при условии i больше кс; при i = (0,2/1)кс выделяется рыхлый или плотный осадок в зависимости от времени электролиза, это так называемая переходная зона. На рис. 13 показана диаграмма i—с, графически иллюстрирующая условия образования рыхлых и твердых осадков.

Для получения мелких электролитических порошков обычно прибегают к большим плотностям тока, так как при этом растет скорость выделения металла на единицу поверхности электрода и образуется большое количество центров кристаллизации. Влияние плотности тока на размер частиц порошка показано, по данным, на рис. 14. Из графика видно, что с ростом плотности тока увеличивается содержание мелких фракций. На снижение размера частиц оказывает влияние также уменьшение расстояния между электродами и периодическое или полное удаление порошка с катода.

При неполном и нечастом удалении порошка поверхность катода увеличивается, а плотность тока уменьшается. Порошок с катода снимают скребками или щетками автоматически или вручную.

Условия электролиза, помимо размера частиц, определяют и остальные характеристики порошка: форму частиц, содержание примесей и газов, наличие несовершенств в кристаллической решетке, — а последние сказываются на таких показателях, как насыпной вес, химическая активность, прессуемость и спекаемость.

Для электролитических порошков типичной формой частиц является дендритообразная. Большое влияние на форму и величину частиц, а следовательно, и на технологические характеристики порошка оказывает степень перемешивания электролита. С увеличением интенсивности перемешивания при электролитическом осаждении меди происходит рост содержания крупных фракций и переход формы частиц от дендритообразной к более сглаженной, все это способствует увеличению насыпного веса. Регулируя таким образом интенсивность перемешивания, можно обеспечить получение стандартных по свойствам порошков.

Электролитические порошки содержат некоторое количество окислов, главной причиной образования которых являются вторичные окислительные реакции. Количество окислов зависит от способности электроосаждаемого металла к окислению, поэтому, например, порошок серебра в связи с низкой способностью последнего к окислению не содержит окислов.

В последнее время большое внимание уделяется получению методом электролиза легированных порошков совместным осаждением компонентов сплава на катоде. В качестве анода используется литой сплав или применяются составные аноды из компонентов сплава; иногда осаждение идет за счет катионов электролита, а анод является нерастворимым.

Электролизом можно получать порошки таких сплавов, как

и др. Изготовление легированных электролитических порошков пока не вышло за рамки исследовательских работ.

Метод электролиза оказался эффективным и в получении субмикроскопических порошков размером 0,01—0,1 мк, которые находят применение в производстве магнитных и других материалов. Электролитическое получение коллоидных металлов, так называемых органозолей, было разработано Э.М. Натансоном с сотрудниками.


Имя:*
E-Mail:
Комментарий: