粉末制备-电解法.ppt

An electrolytic cell operation for deposition of metal powders, the raw metal is dissolved at the anode and deposited at the cathode, (Fe, Cu, Au, Ag, Ni, etc.) Scanning electron micrograph of electrolytic copper powder show typical dendritic shape Procedure of copper powder production by electrolytic from solution and processing parameters Cathodes CuSO4 sol. Anodes (120-150g/L) Electrolytic deposition,( i=25a/dm2, 1.8V, 50°C) Cu powder on cathodes pick powder 20 min interval Washing and drying water and vacuum Milling and screen, Cu powder 一、电解基本原理及规律 当外加电位＝原电池电位时，E外＝E池， 氧化还原平衡。 当外加电位大于原电池电位时，电解发生，阳极氧化，阴极 还原。 水溶液电解基本原理——电化学原理 定义：在直流电作用下，在电极上产生氧化与还原的过程称之为电解。 在阳极（anode）上失去电子，氧化反应，成为正离子。 在阴极（cathode）上金属正离子获得电子， 还原成为金属原子。 电解时，电能转化为化学能——作用与原电池相反。 1、电解区，在阴极区，电极电位正着先还原； 非标准状态下，电极电位与溶液中离子浓度的关系—奈斯特(Nernst)方程： 从上两式可知，提高溶液中铜离子的浓度，会提高电极电位，即加大电极电位才有Cu粉析出。 2、 电解时，在阳极区， 愈负愈先氧化，此外在阳极上，OH-失去电子放出氧气。 所以，在电解铜时，同时有Cu，H2（阴极）上，O2（阳极）上析出，这样，电解水可制得H2和O2气。 3 、电解的定量关系（法拉第定律） 克当量： 克当量＝摩尔质量/化合价 电解时，溶液中离子的价数不同，所需电量不同，如一个电子不能使Cu 2＋还原，需要两个电子； H的克当量： 克当量＝1.008/1＝1.008 氢为一价 O的克当量： 克当量＝16.000/2＝8.000 氧为二价 对于不同电解液，通过等量电量时，每种物质量（电解槽中或阴极上形成粉末量）与电化当量成正比，并通过96500库仑的电量或96500安培·秒才能析出1克当量的物质； 因此，电化当量为每96500安培·秒电流所析出的克当量物质，有 q（电化当量）＝克当量/96500库仑 ＝克当量/96500安培·秒 ＝克当量/26.8安培·时 一些金属的电化当量 4、电解步骤 (1) 扩散，离子扩散到放电沉积区 (2) 电化学反应，获得电子还原，此时如果反应太慢，晶核形成困难，反而得到大晶粉末 (3) 晶核析出后，晶粒择优方向长大——枝晶化（能量低） 在实际电解过程中，开始时阴极附近的离子浓度与溶液离子浓度相等，因此析出的是致密体，只有当阴极区离子的浓度由c降到某一个浓度值c0时，才开始析出松散粉末。 例如：用50g/升硫酸铜浓溶液电解制取铜粉，应选择电流密度多大？ 即每升溶液中只有50g硫酸铜，即0.2mol/升 63.54+32.06+16*4+10+80＝249 . 6 50/249.6＝0.2mol 对应0.2mol，对照图，电流密度大于0.1A/cm2， 50克硫酸铜有铜离子12.8克，12.8/63.54＝0.2mol/L 如果低于这个值，只能得到致密体，或者是粉末与致密体的混合物 I/A 为电流密度，上式表示电流密度与浓度的关系 电流密度增大，c－c0差值增大，结果阴极区离子贫化， 这时由于阴极上的电化反应速度大于扩散速度，形成的晶核多，粉末较细（过程为扩散控制） 如果过程为电化反应控制，放电形核少，晶粒将变成粗大，因为单位时间沉积的离子数相等，晶核少，晶粒长大快，形成粗粉。 搅拌改善扩散环节（