Perché gli elettrodi di grafite sono utilizzati nell'elettrolisi?

Gli elettrodi di grafite sono utilizzati nella tecnologia dell'elettrolisi, in cui la corrente elettrica guida le reazioni chimiche. Forniscono elettricità, catalizzano le reazioni chimiche e migliorano le prestazioni nei laboratori industriali e didattici. In questo blog analizzeremo perché gli elettrodi di grafite sono i più adatti per l'elettrolisi e quali sono le loro proprietà che li rendono adatti all'uso in questo campo specifico.

Che cos'è l'elettrolisi?

L'elettrolisi è una reazione chimica non spontanea causata dall'elettricità. Un composto viene scomposto da una corrente elettrica, di solito in forma fusa o acquosa. L'elettrolisi è utilizzata per l'estrazione dei metalli e per esperimenti di ricerca su piccola scala. Questa tecnica richiede un elettrolita ed elettrodi. Dopo aver applicato l'alimentazione, la corrente scorre tra l'anodo (elettrodo positivo) e il catodo (elettrodo negativo). La scelta del materiale corretto per l'elettrodo è ciò che rende efficiente questo processo, e la grafite fa perfettamente la sua parte.

Perché è meglio usare elettrodi di grafite?

Eccellente conduttività elettrica

La grafite è un ottimo conduttore di elettricità perché gli elettroni hanno molta libertà di movimento. Per rompere i legami chimici in una soluzione per l'elettrolisi è necessaria una corrente elettrica continua. L'eccezionale conducibilità elettrica della grafite fa sì che l'elettrolisi continui senza interruzioni o resistenze al flusso di corrente. Ha la più alta conducibilità elettrica di tutti i materiali non metallici, almeno un po' meglio del carbonio. La conducibilità simile a quella dei metalli permette alla grafite di essere competitiva (in termini di costo) e di non subire corrosione.

Alta stabilità termica

Un altro vantaggio della grafite è la stabilità al calore. L'elettrolisi può produrre molto calore (soprattutto in situazioni industriali su larga scala). Gli elettrodi di grafite possono resistere a queste temperature estreme senza ossidarsi, fondersi o incrinarsi. La fusione o il deterioramento dei materiali degli elettrodi a causa del calore segnano la fine e la produzione deve essere interrotta. Grazie a questa stabilità termica, gli elettrodi di grafite possono sopravvivere in ambienti industriali difficili come la fusione dei metalli e la lavorazione chimica, in cui il calore è una costante.

Inerzia chimica

Poiché la grafite è chimicamente inerte, questa caratteristica è fondamentale in queste applicazioni in cui l'elettrodo non deve reagire con l'elettrolita o le sostanze chimiche prodotte. Le reazioni collaterali nel materiale dell'elettrodo potrebbero contaminare il prodotto e limitare l'elettrolisi. Il fatto che la grafite sia impermeabile agli acidi, alle basi e alla maggior parte delle sostanze chimiche riduce questi rischi. La garanzia di questa inerzia si traduce in un unico elettrodo, che produce prodotti puri e che è responsabile di una durata di vita infinitamente più lunga.

Costo-efficacia

La grafite è più economica di altri materiali per elettrodi. Il platino, un ottimo conduttore e metallo inerte, è troppo costoso per essere utilizzato in quantità industriali. Tuttavia, la grafite è più economica e in grado di fornire prestazioni eccellenti per scopi scientifici. La grafite ha un buon prezzo e quindi facilita le imprese a ottenere la massima efficienza pur mantenendo il controllo dei costi. Poiché la grafite è molto resistente, non è necessario sostituirla spesso, il che riduce i costi.

Vantaggi degli elettrodi di grafite

Durata e longevità

Gli elettrodi di grafite sono altamente affidabili e versatili. Nelle operazioni di elettrolisi industriale, la sostituzione frequente degli elettrodi costa tempi di inattività per la manutenzione e spese più elevate. La grafite a lunga durata può essere utilizzata più volte, evitando l'intasamento del processo ed eliminando i costi di manutenzione. Gli elettrodi di grafite con un ciclo di vita più lungo sono essenziali nel settore della produzione di acciaio ad alto volume, perché la produzione è continua.

Facilità di gestione

Poiché la grafite è più leggera dei metalli, è più facile da modellare nei mezzi di elettrolisi. È utile nelle indagini di laboratorio che richiedono elettrodi di varie dimensioni e forme. La sua leggerezza comporta una maggiore sicurezza durante l'installazione e l'uso per i lavoratori che eseguono l'elettrolisi delle apparecchiature. La grafite può essere modellata in dimensioni esatte per l'uso nei processi industriali perché è lavorabile, il che la rende versatile.

Contaminazione minima

La grafite è chimicamente inerte sia all'elettrolita che ai prodotti dell'elettrolisi. Ciò impedisce anche la contaminazione, poiché la purezza del prodotto è una necessità per i prodotti farmaceutici e alimentari e per la produzione di alta tecnologia. Riducendo i contaminanti, i produttori sono in grado di produrre prodotti di alta qualità senza alcun problema utilizzando la grafite.

Compatibilità con diversi elettroliti

Gli elettrodi di grafite non subiscono corrosione nei comuni elettroliti acidi o basici, persino neutri, il che li rende molto adatti a molte altre progressione dell'elettrolisi. Sono altamente resistenti alla maggior parte delle condizioni chimiche corrosive e, di conseguenza, sono ampiamente utilizzati in tutto il mondo.

Elettrodi di grafite nell'industria

Produzione di acciaio

Nel processo siderurgico del forno elettrico ad arco (EAF), un arco elettrico tra l'elettrodo di grafite e il rottame fonde il metallo per riciclare il vecchio acciaio. In questo caso, la grafite deve avere una forte conducibilità elettrica e resistenza alle alte temperature. Grafite Gli elettrodi sono molto durevoli e mantengono il processo di produzione dell'acciaio senza interruzioni, aumentando così la produzione. L'acciaieria EAF è interessante perché utilizza come materia prima primaria il rottame d'acciaio, anziché il minerale e il carbone da coke, rendendola molto più sostenibile rispetto ai percorsi dell'altoforno.

Fusione di silicio, manganese e fosforo giallo

La funzione principale dell'elettrodo di grafite è quella di fondere silicio, manganese e fosforo giallo. Questi processi, come quello siderurgico, operano ad alte temperature e la buona stabilità termica e la conducibilità elettrica della grafite ne fanno una scelta eccellente. Gli elettrodi di grafite nei forni elettrici ad arco convertono il quarzo per produrre silicio di grado metallurgico da utilizzare nell'elettronica e nei pannelli solari. Gli elettrodi di grafite sono essenziali nella fusione, poiché la produzione di manganese o fosforo giallo richiede condizioni di alta temperatura a lungo termine, garantendo una produzione efficiente e affidabile.

Conclusione

Gli elettrodi di grafite sono necessari per l'elettrolisi per motivi di efficienza e praticità. Grazie alla loro conducibilità, alla lunga durata e al basso costo, sono ideali per le applicazioni di elettrolisi come l'estrazione dei metalli, l'industria chimica e il laboratorio. La grafite è utilizzata nelle industrie di tutto il mondo perché è affidabile, efficace e adattabile.