Распространенным методом рафинирования металлов является электролитический. При этом служащий анодом «сырой» металл окисляется, образуя ионы, которые переходят в электролит, а затем снова восстанавливаются на катоде. Катод изготавливают из того же самого металла (уже много) или из материала, который в условиях электролиза инертен и к которому прочно пристает выделяющийся металл, не образуя в то же время сплава. Электролит должен быть устойчивым, нелетучим в условиях электролиза и по возможности не растворять продуктов электролиза. Чтобы рафинирование было эффективным, необходима селективность в осаждении ионов, переходящих в электролит из «сырого» металла. Для этого должны сильно отличаться либо стандартные электродные потенциалы ионов, либо, при близких значениях стандартных электродных потенциалов, концентрации (точнее, активности) ионов. Картина может резко усложниться, если два металла, ионы которых одновременно присутствуют в растворе, в свободном состоянии образуют между собой твердые растворы. Тогда (аналогично рассмотренному выше примеру с амальгамой натрия) электродный потенциал более активного металла, находящегося в твердом растворе, сместится в положительную сторону по сравнению со стандартным потенциалом. В результате более активный металл сможет выделяться в виде примеси к менее активному, несмотря на значительную разность их стандартных электродных потенциалов.
Классическим примером электролитического рафинирования является получение чистой меди для электротехнической промышленности. Примеси других металлов в меди, полученной непосредственно восстановлением руды, сильно снижают ее электрическую проводимость. Это недопустимо, если медь предназначена для изготовления проводников электрического тока. После же электролитического рафинирования в меди находят лишь сотые доли процента примесей. Осадок, накапливающийся при рафинировании меди в электролитической ванне (шлам), содержит серебро, золото, селен, теллур и другие редкие элементы, т. е. сам по себе является ценным сырьем.
Электролитический способ применяется также для рафинирования серебра, никеля, хрома, титана, олова, цинка, бериллия. В случае титана электролитом служат расплавы хлорида натрия или эвтектического сплава хлоридов калия и натрия, имеющего температуру плавления 650°С. Электролит содержит также низшие хлориды титана, главным образом хлорид титана (II) (хлорид титана (III) и тем более хлорид титана (IV) в этих условиях слишком летучи). Сырьем служит титановая губка, полученная магнийтермическим способом. Сырьем для бериллия является технический металл, в котором имеется несколько процентов примесей, главным образом кислорода, магния, железа, меди, кремния, кальция, марганца, а электролитом — смесь хлорида бериллия с эвтектическим сплавом хлоридов калия и лития. Процесс ведется в атмосфере гелия при 400—600°С, т. е. при температуре значительно ниже точки плавления металлического бериллия (1285°С), который поэтому выделяется на катоде (изготовленном из железа) в твердом состоянии.
|