Электрохимия повсюду

Завершающей стадией любого металлургического процесса является извлечение металла из его растворимого или нерастворимого соединения путем электролитического рафинирования, или электроэкстракции.

В специальных высокотемпературных электролизерах загрязненный металл поляризуют анодно; он растворяется и в чистом виде осаждается на катоде. Электрическим рафинированием очищают медь, серебро, золото, свинец, олово, висмут, никель. Другие металлы - цинк, кадмий, кобальт - после извлечения их соединений из бедных руд и отделения от примесей выделяют в чистом виде на катоде электролизера с нерастворимым анодом. Более двух третей цинка добывается таким способом. Способ хорош еще и тем,что позволяет более полно перерабатывать бедные и полиметаллические руды и извлекать из них все полезное. Цинковый завод выпускает обычно не один цинк, но и кадмий, свинец, соли меди.

Интересно, кстати, что гальванические элементы находятся буквально под нашими ногами, демонстрируя повсеместную связь химических и электрических явлений. Электроды таких элементов - это минералы горных пород, обладающие электронной проводимостью; электролиты - водные растворы, обладающие ионной проводимостью. Роль таких природных гальванических элементов в геологических процессах весьма значительна. На сформированных в глубинах земли катодах могут концентрироваться металлы. Так в течение долгих геологических эпох идет формирование месторождений многих полезных ископаемых. Даже лед при контакте с водой в зависимости от условий заряжается либо положительно, либо отрицательно, и при этом возникает довольно высокая разность потенциалов. С этими электрическими градиентами связывают распределение золота в некоторых россыпях.

Электрохимические методы помогают искать полезные ископаемые. В горном массиве бурят скважины, в скважины погружают электроды. Анализ собственных потенциалов таких электродов в горной породе позволяет выявить присутствие того или иного ископаемого. Для более детального анализа применяется метод вызванной поляризации. Через электроды пропускают электрический ток, в массиве происходят электрохимические реакции. По кривым поляризации электродов судят о составе и богатстве месторождения. Такие методы значительно увеличивают эффективность геологоразведочных работ.

Об использовании большинства руд нельзя было бы и мечтать, если бы не были разработаны процессы обогащения полезных ископаемых, а обогащению помогает электрохимия. Через барабан с размолотым минералом пропускается ток высокого напряжения. Электропроводящие осколки проводят ток через себя и отскакивают от стенок барабана. Изоляторы, наоборот, захватывают заряды и прочно прилипают к стенкам барабана. Так происходит разделение некоторых руд. Присутствие электролитов еще более помогает обогащению. Именно так происходит сепарация алмазов. Растворы солей повышают электропроводность сопутствующих минералов - кварца и биотита. Если такую породу поместить на положительный электрод, то возникший у кварца и биотита отрицательный заряд нейтрализуется, и они, зарядившись положительно, отскакивают от электрода. Алмаз как диэлектрик, оставаясь электрически нейтральным, от электрода не отталкивается.

Электрохимическая обработка пульп особенно эффективна при обогащении минералов, обладающих полупроводниковыми свойствами. Благодаря ей удается извлекать ценные компоненты из руд почти без остатка. Фрумкин доказал в свое время, что наибольшая адсорбция веществ на электроде бывает при определенном потенциале. Оказалось, что это справедливо и для неметаллических электродов. Варьируя напряжение, подаваемое на минералы, можно изменять адсорбцию флотационных реагентов, то есть управлять процессом обогащения, а значит, и автоматизировать его. Вообще электрохимические процессы словно самой природой созданы для автоматизации: они непрерывны и легко регулируются.