Электролитическими методами получают многие металлы и некоторые неметаллы. Кислород и водород получают электролизом воды, содержащей электролит. Щелочные металлы, щелочноземельные металлы, магний, алюминий и многие другие металлы производят для нужд промышленности или для специальных целей электрохимическим восстановлением их соединений.
Весь выпускаемый промышленностью алюминий получают электролитическим методом, предложенным в 1886 г. молодым американским изобретателем Чарлзом М. Холлом (1863—1914) и независимо от него в том же году молодым французом П. Л. Т. Эру (1863—1914). Футерованную углем железную ванну, которая служит катодом, заполняют электролитом — расплавом минерала криолита Nа3АlF6 (или смесью АlF3, NаF и иногда для понижения точки плавления СаF2), в котором растворена окись алюминия Аl2O3. Окись алюминия получают из его руды боксита путем соответствующей очистки (см. ниже). В электролизере используют угольные аноды. В результате пропускания электрического тока выделяется теплота в количестве, позволяющем поддерживать электролит в расплавленном состоянии примерно при 1000 °С. Металлический алюминий, получающийся в процессе электролиза, скапливается на дне электролизера, откуда его сливают. Катодной реакцией является
Аl3+ + 3e → Аl
Анодная реакция протекает с участием углерода, который превращается в двуокись углерода по реакции
С + 2O2- → СO2 + 4е
Электролизер работает при разности потенциалов на электродах, равной примерно 5 В. Боксит представляет собой смесь минералов алюминия [АlНO2, Аl(ОН)3], содержащую некоторое количество окиси железа. Очистку боксита производят обработкой раствором едкого натра, который растворяет гидроокись алюминия с образованием алюминат- иона Аl(ОН)4-, а окись железа не растворяет
Аl(ОН)3 + ОН- → Аl(ОН)4-
Раствор фильтруют и затем подкисляют двуокисью углерода, в результате чего приведенная выше реакция идет в обратном направлении с образованием гидрокарбонат-иона НСO3-
Аl(ОН)4- + СO2 → НСO3- + Аl(ОН)3
Выпавшую в осадок гидроокись алюминия обезвоживают прокаливанием (нагреванием до высокой температуры); очищенную таким образом окись алюминия можно добавлять к электролиту.
Электролитическая очистка металлов
Некоторые металлы, получаемые из руд химическим или электрохимическим путем, подвергают дальнейшей очистке (рафинированию) электролитическими методами.
Металлическую медь иногда получают выщелачиванием медной руды серной кислотой с последующим электролитическим осаждением меди из раствора сульфата меди. В большинстве случаев, однако, медную руду превращают в сырую медь химическим восстановлением. Такую сырую медь переплавляют в анодные пластины толщиной около 2 см и затем подвергают электролитической очистке. В этом процессе анодами служат листы сырой меди, чередующиеся с катодами — тонкими листами чистой меди, покрытыми графитом, что позволяет снимать отложившийся слой. В качестве электролита используют сульфат меди. При прохождении электрического тока сырая медь анодов растворяется и на катодах осаждается чистая медь. Металлы, стоящие в ряду напряжений ниже меди, такие, как золото, серебро и платина, не растворяются и накапливаются на дне электролитической ванны, образуя шлам, из которого их можно затем извлечь. Более активные металлы, например железо, остаются в растворе.