电解与电镀基础.docx

第_章 绪论一、 电解、电镀概述1.1电解工业1、 电解概念电流通过电解质(溶液或熔融态)引起两电极上发生化学变化，从而将电能转变为电解产物储 藏的化学能的过程，是材料、冶金、化工、电子、信息、化工、能源、机械加工等工业的重要技术 组成部分通电时电解质的阴、阳离子分别向电解池(槽)的正(阳)、负(阴)两极移动并分别在电极 上失、得电子发生氧化、还原作用生成新物质以电解NaCl溶液为例(水银法图示)2、 电解工业在国民经济发展中有重要作用(1) 金属的冶炼、精炼：K、Na、Al等；Cu、Au、Ag、Zn等2) 许多化工产品的制备：H、O、NaOH； KMnO” NC(CH}CN、Pb(CH) > L-半胱氨酸 等2) 电镀：Zn、Cu、Cr、Ni、Au、Ag 等3) 电解加工(尺寸、形状加工)：一次加工出复杂的型孔、型面、型腔如电解铜箔、(4) 电抛光：钢铁、铜及铜合金、贵金属、铝及铝合金等(5) 阳极氧化：铝及铝合金、镁及镁合金、铜及铜合金、不锈钢着色等(6) 化学电源的生产：Zn-MnO2、Pb-PbO2、MH-NiOOH、C-LiMO2(7) 环境污染物的电化学处理：重金属废水、纺织印染废水、酚类物质等3、 电解工业的特点(1) 专属性碱金属、碱土金属的熔融盐电解法制备：F2、K、Na、Ca、Mg、Al等。

如电解铝，世界年产 量达1.5x106t，年耗电量约240x109 KWh2) 优选性有色金属Cu、Zn、Ni、Mn、Au、Ag等的精炼如电解金属锰，铝热法金属锰的纯度只有 85%-92%，电解金属锰的纯度达99.5%阴极反应为：Mn2++2e一Mn4H2O + 2e = 2HO- + H2^ 阳极反应为：Mn2++ 2" = MnQ + 2e + 4H+2H2O = 4H++ 2e + O2?(3) 简易性设备简单(电解槽、电极、电解液、直流电源)无需高温高压设备，容易调控(电流、电压、 精度高)4) 环保型：有机物电合成，无需使用高温、高压和有毒催化剂至今已投产或工业实验 的有机合成产品以超过100多种)电解丙烯腈制己二腈：己二腈是制造尼龙66的中间体，同时又可作橡胶生产的助剂和除草剂 合成方法包括己二酸法(己二酸胺化、脱水)、丁二烯氯化-氰化法、丁二烯直接氢氰化法、丙烯腈 加氢二聚法(电解法)其中电解法原料廉价易得，反应容易控制，是现今世界上最大的有机电合 成工业1961年美国化学家M. Baizer研究成功(阴极还原)，1965年美国孟山都公司建成1.2万 t/a规模的己二月青电合成工厂，继而扩大到7.5万t/a，再扩大到20万t/a规模。

如今，电化学方法 已成为制造己二腈的重要手段中国对己二腈的年工业使用量约为15万伪，目前尚无成规模的生 产企业，主要依赖进口5）高耗电电解金属锰电流效率只有60%,铝电解年耗电量约240x109 KWh1.2电镀工业借助电解作用，在制件表面上电沉积一薄层均匀、致密、结合良好的金属或合金的方法电镀的作用与分类：防护性镀层、防护装饰性镀层、功能性镀层（耐磨、减磨、导电、磁性、 光学、热处理、修复）；阴极性镀层、阳极性镀层我国现有2万多家电镀厂（点），从业人数超过50万人，年电镀面积约5亿平方米，电镀加工 年产值400多亿元人民币自学：电镀工业发展史、现状、发展趋势二、 介绍几个电解工业企业1. 氯碱工业天津大沽化工股份有限公司前身天津大沽化工厂始建于一九三九年，是一家以食盐电解为基础，以发展海洋化工、石油化工为目标，生产烧碱、聚氯乙烯树脂、环氧丙烷、聚醚、液体氯、合 成盐酸等多种产品的综合性大型氯碱企业本公司以高品质的产品（'红三晶〃牌）和服务赢得了国 内外广大用户的信赖，产品畅销全国、蜚声海外天津大沽化工股份有限公司现有员工5000余人目前烧碱生产能力35万吨（全国第一位），聚氯乙烯生产能力50万吨（全国第二位），环氧丙烷生 产能力9万吨（全国第一位），现主要产品产量位居国内同行业前列。

宜宾天原集团由近代中国伟大的民族实业家吴蕴初（1 8 9 1 — 1 9 5 3 ）创建于1944年 是中国最早的氯碱化工企业之一经过60多年的创业发展，现为中国制造业企业500强、中国石 油和化学工业百强企业是一个集氯碱化工、精细化工、建筑材料、煤化工于一体的企业集团为 用户提供聚氯乙烯、烧碱、水合肼、ADC发泡剂、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、水泥、林产化工等 系列不同规格型号产品，营销网络遍及全国主要大中城市，产品出口到欧洲、美洲、非洲、亚洲二 十多个国家和地区新疆中泰化学股份有限公司主要从事聚氯乙烯树脂（PVC）、离子膜烧碱、工业盐、电石、焦炭等化工产品的生产和销售产品主要供应西北、华东、华南和华中地区，向西出口俄罗斯、 哈萨克斯坦、乌兹别克斯坦以及巴基斯坦、印度、越南等中亚、南亚地区，并远销南美洲和非洲公司自2001年12月设立以来，连续10年保持年均40%以上的经济发展速度，生产能力已达 到年产90万吨聚氯乙烯树脂、65万吨烧碱，跻身全国氯碱行业前三位目前公司总资产超过100 亿元，总股本达到115434万股，员工人数约7000人2. 己二月青的电合成己二腈是生产己二胺、己内酰胺、尼龙66等产品的重要化工原料。

美国英威达公司（原杜邦公司） 开发的丁二烯基己二青绿色合成路线，与传统合成工艺相比，原料低廉易得、线路短、无污染、能 耗低，显示了很强的市场竞争力上世纪70年代初，杜邦公司开发了不用氯气的丁二烯直接氰化法，反应包括一次氰化、异构化 二次氰化三步直接氰化法具有原料成本低、无污染、产品质量及收率高、工艺路线短、相对投资 较低等特点，比氯化法降低原料成本15%，节能45%，生产成本比己二酸氨化脱水法低38.8%，比 丙烯青二聚法低19.7%2007年，英威达公司与上海化学工业区发展有限公司签署尼龙66中间体项目投资协议，投资 7亿美元建亚洲第一个己二腈/己二胺生产厂新工厂采用英威达的丁二烯基己二青技术英威达公 司表示，与丙烯法生产己二青相比，该技术能耗低，二氧化碳排放可减少60%至65%新生产设施 建成后，英威达将占领全球三分之二的己二青和己二胺市场2010年4月22日讯21日下午，绿色制造-创新汽车材料科技应用公众开放日暨创新会议召 开罗地亚汽车材料副总裁Jean Cloude Steinmetz在接受PUWORLD记者的采访时表示，将会逐步 加大对亚洲己二腈的供应，以巩固罗地亚在亚洲市场的发展。

据了解，中国国内企业有大量的尼龙66项目等待建设，但作为其原料的己二腈的缺乏大大制 约了中国尼龙66的发展罗地亚是世界上少数几个生产己二月青的企业之一，针对亚洲己二月青的供 应情况，其汽车材料副总裁Jean Cloude Steinmetz表示，罗地亚将逐步保证己二月青的供应，巩固亚 洲市场预计2010年、2015年我国对己二腈的需要量将分别为13万吨和17万吨，而目前我国没有上 规模的己二腈生产企业，基本靠进口来满足3. 金属的电解提取与精炼铜陵有色金属集团控股有限公司，1949年12月中央决定组建，1952年6月正式投产，是新中 国最早建设起来的铜工业基地，12年保持中国铜工业首位，世界第六2009年销售收入402亿， “十二五”打造成千亿产值企业三、 本课程的主要内容1、 电化学基础理论(自学)(1) 电解液的基本性质(2) 电化学热力学(3) 电极过程动力学2、 电化学反应器及其组成(☆)(1) 电化学反应器的类型及工作特性(2) 电化学反应器的联结与组合(3) 电化学反应器的设计(4) 电极材料及特性(5) 隔膜材料及特性3、 电化学工程(众(1) 质量因数(2) 传质过程(3) 热传递与热恒算(4) 电极表面电位及电流分布(5) 析气效应与催化效应4、 典型电解工业范例(1) 氯碱工业(2) 金属的电解提取与精炼(铜提取与精炼)(3) 锰相关产品电解制造5、 电镀技术(☆)(1) 电镀的基本概念(2) 电镀溶液组成及其性能(3) 电镀基础知识(电沉积动力学及机制、合金电沉积原理、化学镀原理、镀层物理学)(4) 电镀预处理与电镀工艺流程(5) 电镀锌(6) 电镀镍(7) 复合镀与化学镀(8) 转化膜技术(9) 特种电镀(10) 镀液和镀层性能测定四、课程特点和学习要领(1)(2)(3)课程理论内容较少 工艺过程内容较多 配合较多实验内容以课堂讲授为主以学生自学为主，课堂归纳为辅助五、参考书目（1）（2）（3）（4）（5）（6）（7）电解工程 陈延禧电解加工技术与应用电解工程基础 吴辉煌吴辉煌电镀工艺学电镀技术与应用电镀理论与技术有色金属冶金原理安茂忠等安茂忠第二章电化学反应器的基本组成一、 电化学反应器的基本组成1、 电能与化学能相互转化的各种装置的总称，是实现电化学过程的核心装置。

2、 电化学反应器的组成包括：电极、电解质、隔离器3、 电化学反应器的运行：电流通过离子迁移、电子传递反应（电化学反应）形成回路4、 电化学反应器的分类：（1） 按功能：电解器（金属和化学品生产）、电化学能量转换器（燃料电池）、电化学能量储 存器（蓄电池）（2） 按结构：箱式反应器、平行板式（板框式）、特殊结构（3） 按工作方式：间歇式、柱塞式（管式或活塞式）、连续搅拌箱式、二、 电极材料1、 材料的导电性：电子导体、离子导体、混合导体、绝缘体2、 分类：（1） 按材料类型金属与合金：Ni、Fe、Pb、Pt、Hg、Ti 等；Ni-Al、Ag-Pb、Pt-Ru 等碳素材料：石墨、玻碳、炭黑、碳纤维、碳纳米管等金属氧化物：钙钛矿类氧化物、尖晶石类氧化物，如MnO2、PbO2、NiO、RuO2、LiCoO2、LiMn2O4 等陶瓷材料：碳化物、硼化物、氮化物（熔点高、硬度大、导电性好）导电聚合物材料：聚毗咯、聚苯胺、聚噻吩2） 按材料的化学活性：活性电极、“惰性”电极3、 电解工程中对电极材料的要求物理性质：密度相对较小，电阻率小（否则，耗能大、电位分布不均匀、引发副反应）涂层 与基体或不同组分的线膨胀系数相近，力学性能好（易加工，承压能力强），连接性（焊接、紧固）， 易加工性。

化学性质：稳定性（Au、Pt、Ti、非正常条件下也要稳定、电位-pH图、耐腐蚀性、耐磨蚀性）， 吸附、表面化学和电催化性质经济学因素：新的电极材料必须具有更大的经济效益时才有实用价值4、 电极材料的选用常见电极材料的选用（查资料自我总结）重点关注的问题：电极的腐蚀速率或涂层的损耗速率；电极是否因杂质吸附、表面膜层的形成而丧失活性；是否会溶解而污染产品；产品的产率、品质和电流效率、能耗等指标随时间是否变化三、 电解质1、 概念在溶液中或熔融状态下能部分或全部形成离子而导电的化合物主要是酸、碱和盐类电解质是离子导体在英语中，电解质和电解溶液是同一个词，electrolyte2、 对电解质的性能要求溶解度较大、稳定性好（热稳定、化学稳定、电化学稳定）、离子迁移数大、溶液电导率高、 溶液粘度小3、 电解质的分类根据电离度的大小：可分为强电解质和弱电解质；根据电解质的形态：可分为电解质溶液、固体电解质、熔融盐电解质；根据化合物的结构：可分为真实电解质（离子晶体，形成溶液或熔融盐）和可能电解质（非离 子键结。