Metalurgia Pulberilor

1.4.1.1. ELECTROLIZA SOLUŢIILOR APOASE

Prin această metodă se obţin pulberi de puritate ridicată cu bune caracteristici tehnologice ( bună compresabilitate şi comportare la sinterizare).

Metoda poate fi utilizată, având efecte economice deosebite, atât în cadrul producţiei la scară mare cât şi mică. De asemenea, metoda permite utilizarea unei materii prime murdare ( de exemplu pentru obţinerea pulberii de fier).

În prezent prin electroliză se obţin pulberi de cupru, argint, fier, zinc, nichel, cadmiu, plumb, staniu, stibiu, şi de asemenea a unei serii de aliaje.

Obţinerea electrolitică a pulberilor se bazează pe descompunerea soluţiilor apoase sau a sărurilor topite ( care conţin metalul care urmează să fie separat ) la trecerea unui curent electric continuu prin ele. Esenţa electrodepunerii metalelor constă în descărcarea ionilor metalici la catod:

Men+ + n e  Me 0

Caracterul depozitelor catodice formate ca urmare a separării electrolitice a metalelor depinde de particularităţile fiecărui metal, de compoziţia soluţiei şi de condiţiile de efectuare ale electrolizeii. Câteva metale, ca de exemplu nichelul, zincul, cobaltul, formează depozite compacte de pulberi fine, aproape indiferent de natura electrolitului. Alte metale, ca de exemplu argintul şi cadmiul, cresc sub formă de cristale bine conturate în timpul electrolizei soluţiilor simple de săruri, în vreme ce, din soluţiile de săruri care conţin complecşi cianici aceste metale se separă sub formă de straturi perfect egale şi netede.

Principalii factori care influenţează dimensiunea medie, compoziţia şi structura pulberilor obţinute prin electroliză sunt:

- densitatea de curent;

- pH -ul soluţiei;

- concentraţia soluţiei.

Pentru stabilirea corelaţiilor matematice dintre densitatea de curent, timpul de efectuare a electrolizei şi concentraţia cationilor în soluţie s-a pornit de la următoarele premise:

- formarea unui strat compact de metal la catod continuă până în momentul în care concentraţia C în cationi în zona adiacentă catodului atinge o valoare determinată C0 (C0 C), la care începe formarea depozitului poros;

- la închiderea circuitului electric, deci în primul moment al electrolizei, la formarea depozitului catodic participă numai ionii separaţi în zona adiacentă catodului; ulterior, în timp, zona se va extinde până la o distanţă h;

- în momentul separării depunerilor poroase, concentraţia cationilor în volumul adiacent catodului prezintă o valoare permanent crescătoare, de la C0 ( la nivelul suprafeţei catodului) până la C, la o distanţă h de suprafaţa acestuia;

- pentru o anumită valoare a densităţii de curent şi o anumită compoziţie a electrolitului, modificarea concentraţiei de la C0 la C reprezintă o mărime constantă.

Creşterea densităţii de curent implică şi o majorare a mărimii deoarece, în cazul unei foarte rapide separări de cationi la nivelul catodului, concentraţia nu reuşeşte să se egalizeze prin difuzie. Rezultă că:

= N i,

unde: N - coeficient de proporţionalitate;

i - densitatea de curent.

În cazul desfăşurării proceselor la valori reduse ale densităţii de curent, C0 nu este de obicei atinsă deoarece scăderea concentraţiei ionilor este compensată permanent, în principal prin difuzie, şi în consecinţă are loc formarea unor depozite dense. Dimpotrivă, pentru valori ridicate ale densităţii de curent, concentraţia cationilor lângă catod scade puternic şi, după un timp relativ scurt, se atnge valoarea C0 la care începe formarea depozitelor poroase.

Se va analiza pentru exemplificare, procesul de electroliză desfăşurat la valori ridicate ale densităţii de curent, notând valoarea corespunzătoare concentraţiei iniţiale a cationilor cu C.

Dacă se izolează o suprafaţă elementară S la catod şi se admite că prin închiderea circuitului se separă numai acei cationi care se găsesc în apropierea electrodului, distribuiţi pe o distanţă nu mai mare de valoarea h, atunci, până în momentul formării depozitului poros, din volumul ( S h) se vor separa ( C - C0) S h cationi, cu condiţia ca diferenţa de concentraţie ( C - C0) în tot volumul ( S h) să fie aceeaşi.

În realitate, valoarea concentraţiei se modifică pe distanţa h, scăzând continuu în direcţia înspre catod.