История электротехники
Шрифт:
В 1807 г. X. Дэви (Англия) выделил натрий и калий электролизом расплавов.
В России В.В. Петров в 1802 г. создал самую мощную тогда батарею, состоящую из нескольких последовательно соединенных гальванических элементов, и с ее помощью осуществил исследования по электролизу воды, оксидов свинца, олова, ртути, а также органических соединений.
В 1838 г. российский академик Б.С. Якоби сообщил о разработанном им методе получения копий с рельефных изделий электролизом, получившим название гальванопластики. Открытие Б.С. Якоби вызвало большой интерес. Так, в период с 1842 по 1844 г. в Петербурге было выпущено шесть
С 1844 г. метод Б.С. Якоби получает широкое применение для изготовления произведений искусства: статуй и барельефов для Эрмитажа, Зимнего дворца, Исаакиевского собора, Петропавловской крепости в г. Петербурге; медных копий фронтона Большого театра в Москве и др. В 1847 г. метод Б.С. Якоби получил в России второе практическое применение — электролитическое рафинирование меди. В 1867 г. Э.Г Федоровский предложил электрохимический метод получения бесшовных медных труб, в 1869 г. Е.И. Клейн — электролитический способ осаждения толстых слоев меди, нашедший применение при изготовлении государственных бумаг.
Широкое практическое использование электрохимическая технология получила после изобретения электромагнитных генераторов тока.
В настоящее время электролиз водных растворов и расплавов лежит в основе очень разветвленного направления техники — электрохимии, которая находится на стыке электротехники и химии.
К основным направлениям электрохимической технологии можно отнести:
электролитическое разложение воды;
получение хлора и щелочи;
электрохимический синтез соединений;
получение и рафинирование металлов;
гальванотехника;
анодное окисление и размерная обработка металлов.
7.4.2. ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОЕ РАЗЛОЖЕНИЕ (ЭЛЕКТРОЛИЗ) ВОДЫ
Всесторонние исследования электролиза воды провели русские ученые В.В. Петров (1802 г.), Ф.Ф. Рейс (1803 г.) и Ф. Гротгус (1805 г.).
Промышленный электролизер для получения водорода и кислорода впервые в мире был сконструирован в России Д.А. Лачиновым в 1888 г. Им были запатентованы монополярные и биполярные электролизеры, работающие как при нормальном, так и при повышенном давлении. В качестве электролита Д.А. Лачинов предлагал использовать раствор щелочи. Усовершенствованные щелочные электролизеры применяются в промышленности до сих пор.
В начале 70-х годов фирма «Дюпон» (США) разработала ионообменную мембрану «Нафион», имеющую высокую проводимость и стабильность. Фирма «Дженерал электрик» вскоре создала электролизер с этой мембраной, играющей роль твердого электролита (электролизер с твердополимерным электролитом). Расход энергии на получение водорода и кислорода в данном электролизере ниже, чем
В 1932 г. Г. Льюис (США) и в 1934 г. А.И. Бродский (СССР) предложили получать тяжелую воду методом электролиза. Так как скорость выделения на катоде протия Н2 значительно выше, чем дейтерия D2, то при длительном электролизе происходит обогащение воды дейтерием. Современный процесс получения тяжелой воды обычно осуществляется последовательно в каскаде электролизеров.
7.4.3. ПОЛУЧЕНИЕ ХЛОРА И ЩЕЛОЧИ
Если через электролизер с раствором хлорида натрия пропускать электрический ток, то на положительном электроде (аноде) будет выделяться хлор, а на отрицательном (катоде) — водород. При этом около катода накапливается щелочь NaOH. Первый патент на электролитическое производство хлора и щелочи получили в 1879 г. Н. Глухов и Ф. Ващук (Россия). В 1897 г. В. Степанову был выдан патент на аппарат для электролиза хлорида натрия. Промышленное получение хлора началось в 80-х годах прошлого века после создания диафрагмы, разделяющей анодное и катодное пространства. В России большой вклад в развитие промышленного получения хлора внесли П.П. Федотьев, В.В. Стендер, В.Г. Хомяков, Л.М. Якименко.
Длительное время с качестве анодов служил графит, который быстро изнашивался из-за окисления кислородом, выделяющимся на аноде параллельно с хлором. В 70-х годах XX в. были изобретены малоизнашиваемые аноды из оксидов рутения и титана (ОРТА), что позволило увеличить ресурс электролизеров между ремонтами в несколько раз. Кроме того, расход энергии в электролизерах с ОРТА ниже, чем в электролизерах с графитовыми анодами. Более чистую щелочь получают в электролизере с ртутным катодом, на котором при электролизе образуется амальгама натрия. Жидкую амальгаму натрия отводят на электролизере и разлагают водой.
В 70-х годах нашего столетия около 70% электролитического хлора получали в электролизерах с ртутным катодом. Однако из-за токсичности ртути производство хлора по этому методу в последние годы резко сократилось. Начинают применяться мембранные электролизеры, в которых анодное и катодное пространства разделены ионообменной мембраной типа «Нафион».
В настоящее время электролитическое производство хлора относится к числу крупнотоннажных производств (свыше 30 млн. т хлора в год).
7.4.4. ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЕ ПОЛУЧЕНИЕ НЕОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ
Электролизом получают гипохлорит, хлораты, перхлораты, персульфаты, пероксид водорода, перманганат калия, диоксид марганца и др.
В 1882 г. А.П. Лидовым и В.А. Тихомировым был разработан электрохимический способ получения гипохлорита натрия NaOCl. Процесс
проводился в бездиафрагменном электролизере в растворе хлорида натрия NaCl. На аноде образовывался как гипохлорит-ион ClO—, так и хлор. При взаимодействии хлора с гидроксид-ионами