Чому в електролізі використовують графітові електроди?

Графітові електроди використовуються в технології електролізу, де електричний струм керує хімічними реакціями. Вони забезпечують електроенергією, каталізують хімічні реакції та підвищують продуктивність у промислових і навчальних лабораторіях. У цьому блозі ми розглянемо, чому графітові електроди найкраще підходять для електролізу і які властивості графітових електродів роблять їх добре придатними для використання в цій конкретній галузі.

Що таке електроліз?

Електроліз - це неспонтанна хімічна реакція, спричинена електричним струмом. Речовина розщеплюється під дією електричного струму, зазвичай у розплавленому або водянистому стані. Електроліз використовується для видобутку металів і невеликих дослідницьких експериментів. Для цього методу потрібен електроліт і електроди. Після подачі живлення струм протікає між анодом (позитивним електродом) і катодом (негативним електродом). Вибір правильного матеріалу для електрода - це те, що робить цей процес ефективним, і графіт чудово справляється з цим завданням.

Чому краще використовувати графітові електроди?

Відмінна електропровідність

Графіт є неймовірно хорошим провідником електрики, оскільки його електрони мають велику свободу руху. Для розриву хімічних зв'язків у розчині для електролізу потрібен безперервний електричний струм. Виняткова електропровідність графіту дозволяє електролізу тривати без будь-яких перерв або опору струму, що протікає. Він має найвищу електропровідність серед усіх неметалевих матеріалів, принаймні трохи кращу, ніж вуглець. Подібна до металів провідність дозволяє графіту бути конкурентоспроможним (з точки зору вартості) і не піддаватися корозії.

Висока термічна стабільність

Ще одна перевага графіту - термостійкість. Крім того, електроліз може виробляти багато тепла (особливо у великомасштабних промислових ситуаціях). Графітові електроди витримують ці екстремальні температури, не окислюючись, не плавлячись і не розтріскуючись. Плавлення або руйнування електродних матеріалів під впливом тепла сигналізує про кінець, і виробництво має бути зупинене. Така термостійкість означає, що він може витримувати суворі промислові умови, такі як виплавка металів і хімічна обробка, в яких тепло є постійною величиною.

Хімічна інертність

Оскільки графіт хімічно інертний, ця властивість є критично важливою в тих випадках, коли електрод не повинен вступати в реакцію з електролітом або хімічними речовинами, що виробляються. Побічні реакції в матеріалі електрода можуть забруднити продукт і обмежити електроліз. Оскільки графіт несприйнятливий до кислот, лугів і більшості хімічних речовин, це зменшує ці ризики. Забезпечення такої інертності дозволяє використовувати один електрод, що дає змогу отримувати чисті продукти і забезпечує нескінченно довший термін служби.

Економічна ефективність

Графіт дешевший за інші електродні матеріали. Платина, дуже хороший провідник і інертний метал, занадто дорога, щоб використовувати її в промислових кількостях. Тим не менш, графіт дешевший і здатний забезпечити відмінну продуктивність для наукових цілей. Графіт має хорошу ціну, а отже, підприємствам легко отримати максимальну ефективність, зберігаючи при цьому контроль над витратами. Оскільки графіт довговічний, вам не доведеться замінювати його так часто, що знижує витрати.

Переваги графітових електродів

Міцність і довговічність

Графітові електроди відрізняються високою надійністю і універсальністю. У промисловому електролізі часта заміна електродів призводить до простою обладнання та збільшення витрат. Графіт з тривалим терміном служби можна використовувати багаторазово, запобігаючи засміченню процесу та усуваючи витрати на обслуговування. Графітові електроди з довшим життєвим циклом мають важливе значення у великосерійному виробництві сталі, оскільки виробництво є безперервним.

Простота у використанні

Оскільки графіт легший за метали, його легше формувати в середовищі електролізу. Це корисно в лабораторних дослідженнях, які потребують електродів різних розмірів і форм. Його легка вага означає більшу безпеку під час налаштування та використання для працівників, які займаються електролізом обладнання. Графіт можна формувати до точних розмірів для використання в промислових процесах, оскільки він піддається механічній обробці, що робить графіт універсальним.

Мінімальне забруднення

Графіт хімічно інертний як до електроліту, так і до продуктів електролізу. Це також запобігає забрудненню, оскільки чистота продукту є необхідністю для фармацевтичної та харчової промисловості, а також у високотехнологічному виробництві. Зменшуючи вміст забруднюючих речовин, виробники можуть без проблем виробляти високоякісний продукт, використовуючи графіт.

Сумісність з різними електролітами

Графітові електроди не піддаються корозії в звичайних кислих або основних, навіть нейтральних електролітах, що робить їх дуже придатними для багатьох інших процесів електролізу. Вони мають високу стійкість до більшості хімічно агресивних умов, і, як наслідок, у всьому світі широко використовуються.

Графітові електроди в промисловості

Виробництво сталі

У процесі виробництва сталі в електродугових печах (ЕДП) електрична дуга між графітовим електродом і брухтом розплавляє метал для переробки старої сталі. У цьому випадку від графіту вимагається висока електропровідність і стійкість до високих температур. Графітований Електроди дуже довговічні, тому вони забезпечують безперервність процесу виплавки сталі, а отже, збільшують виробництво. Електросталеплавильне виробництво привабливе тим, що в якості основної сировини використовується сталевий брухт, а не руда і коксівне вугілля, що робить його набагато екологічнішим, ніж доменний спосіб виробництва.

Виплавка кремнію, марганцю та жовтого фосфору

Основна функція графітового електрода полягає у виплавці кремнію, марганцю та жовтого фосфору. Ці процеси, такі як виплавка сталі, протікають при високих температурах, і хороша термостійкість разом з електропровідністю графіту робить його чудовим вибором. Графітові електроди в електродугових печах перетворюють кварц на кремній металургійного класу для використання в електроніці та сонячних панелях. Графітові електроди необхідні для плавки, оскільки виробництво марганцю або жовтого фосфору вимагає довготривалих високотемпературних умов, що забезпечують ефективне та надійне виробництво.

Висновок

Графітові електроди необхідні для електролізу заради ефективності та практичності. Завдяки своїй провідності, тривалому терміну служби і низькій вартості вони чудово підходять для електролізу в таких сферах, як видобуток металів, хімічна промисловість і лабораторії. Графіт використовується у світових галузях промисловості, оскільки він надійний, ефективний і легко адаптується.