11.4. Электролиз. Часть 2
Удалению пузырьков водорода способствует также работа мешалки 8. Требуемая температура электролита, контролируемая термометром 7, достигается погружением электролизера в жидкостную баню . Анодом 2 может служить платина или графит. Трубка 3 необходима для удаления газов.
Электролиз расплавов в лаборатории применяют в основном для получения щелочных и щелочноземельных металлов, бериллия, магния, лантаноидов, а также фтора. Осуществляют этот процесс в тиглях из огнеупорных материалов . Тигли чаще всего обогревают снаружи. Анодом служит графитовый стержень или сам графитовый тигель. Катодом является пластинка или сетка из нержавеющей стали, никеля или хрома. В качестве электролита, применяют главным образом расплавы термически устойчивых и относительно малолетучих галогенидов металлов, особенно расплавы фторидов.
Следует заметить, что электролиз расплавов в малом масштабе протекает менее эффективно, чем в большом. Кроме того, металл, полученный электролизом расплавов, загрязнен продуктами коррозии тигля и электродов. В ряде случаев прибегают к охлаждению стенок электролизера для создания на внутренней его поверхности слоя твердой соли ("гарнисажной рубашки"), защищающей расплав от продуктов коррозии стенок электролизера, но от примеси исходного соединения металла освободиться трудно. Все это приводит к тому, что электролиз расплавов часто стараются заменить на электролиз растворов и чисто химические методы восстановления металлов.
Электролизом расплава дигидротрифторида калия KH2F3 получают свободный фтор. Электролит состоит из 1 моль KF и 2 моль HF, к которым добавляют. 1,0 - 2,0% фторида лития.
Электролизер представляет собой сосуд 4 (рис. 290,6), изготовленный из нержавеющей стали, монельметалла или меди, имеющий крышку 3 из фторопласта, плотно прижатую к фланцам сосуда струбцинами (на рисунке они не показаны). Перед электролизом сосуд 4 нагревают на электрической плитке для расплавления смеси безводных фторидов калия, водорода и лития. Во время электролиза дополнительный подогрев обычно не нужен. Анодом 1 служит цилиндрический массивный никелевый стержень, окруженный диафрагмой 6 - проволочной сеткой из монельметалла с размером отверстий около 2 мм. Катодом 5 является перфорированная листовая нержавеющая сталь. Применения угольных анодов следует избегать, так как они приводят к загрязнению фтора фторидами углерода, содержание которых может достигать 10%.
Поскольку расплав в течение электролиза разбрызгивается и выползает по стенкам к крышке, отводящие трубки 2 (для Н2) и 8 (для F2 делают достаточно широкими, с диаметром не менее
6 мм. Электролит должен быть полностью изолирован от попадания влаги, а прикапываемый к нему через трубку 7 жидкий фтороводород - свободен от примеси воды.
Электролиз ведут при силе тока 6-8 А, плотности тока 10-20 А/дм2 и напряжении 8-13 В. При таком режиме электролиза образуется до 40 мл/мин фтора, содержащего 5-15% HF. Примесь HF удаляют, пропуская фтор сначала через ловушку , охлаждаемую до -80 °С, а затем через колонку с сухим порошкообразным NaF, с которым HF взаимодействует с образованием NaHF2.
Давление разложения NaHF2 при 25 °С составляет всего 0,01 торр, или 1,3 Па.
Полученный фтор предпочитают не хранить, а сразу же использовать в синтезе.
Другие части: