Alumiiniumi saamine elektrolüüsi teel. Alumiiniumi saamine

Alumiinium saadakse metallurgiliste protsesside abil. Metallurgia on ala, mis uurib maakide muundumist metallideks või metallisulamiteks. Selle meetodi abil saadakse mitu metalli, näiteks vask, titaan, raud ja mangaan.

Alumiiniumi puhul kasutatakse peamiselt maaki boksiit (joonis), mis sisaldab hüdraatunud alumiiniumoksiidi (Aℓ₂O₃. x H₂O) ja mitmesugused lisandid.

Alumiiniummetallurgias toimuvad järgmised neli etappi:

Kui alumiiniumoksiid (Aℓ₂O_{3 (s)}) eraldub boksiidist, selle nimi muutub alumiiniumoksiid.

Varem tehti järgmist: alumiiniumoksiidi töödeldi alumiiniumkloriidi saamiseks vesinikkloriidhappega; mis pandi reageerima metallilise kaaliumi või naatriumiga, põhjustades ühendi redutseerumist ja põhjustades metallilist alumiiniumi:

Aℓ₂O_{3 (s)} + 6 HCℓ_(siin)→ 4 AℓCℓ_{3 (aq)} + 3 H₂O_(ℓ)
ACℓ_{3 (aq)} + 3K_s)→ 3 KCℓ_s) + Aℓ_s)

Kuid see meetod oli väga kallis ja ebaefektiivne, seetõttu peeti alumiiniumi haruldaseks metalliks.

Kuid 1886. aastal töötasid kaks teadlast eraldi välja eespool nimetatud meetodi, milles kasutati tardelektrolüüsi. Need teadlased olid ameeriklane Charles M. Hall ja prantslane Paul Héroult, sellepärast hakati seda meetodit kutsuma

Hall-Héroult protsess või lihtsalt,Halli protsess, arvestades, et Charles M. Hall patenteeris selle.

 Peamine punkt, mille nad avastasid, oli see, kuidas alumiiniumoksiidi vedelaks teha. olema võimeline teostama oma tardelektrolüüsi, kuna probleem oli selles, et selle sulamistemperatuur oli kõrgem 2000 ° C. Nad kasutasid voogu, krüoliidimaaki (Na₃AℓF₆), mis suutis alandada alumiiniumoksiidi sulamistemperatuuri umbes 1000 ° C-ni.

Seega, nagu on näidatud allpool skeemil, pandi see alumiiniumoksiidi ja krüoliidi segu süsinikuga vooderdatud terasest elektrolüütianumasse. Selle sula segu läbib elektrivool. Seguga kokkupuutuvad anuma seinad toimivad elektrolüüsi negatiivse poolusena (katood), kus toimub alumiiniumkatioonide reduktsioon. Anood (positiivne poolus) on grafiidist või süsinikust, st mõlemad süsinikust valmistatud silindrid, kus toimub hapniku anioonide oksüdatsioon:

Katoodi poolreaktsioon: 4 Aℓ³⁺_(ℓ) + 12 ja^- → 4 Aℓ_(ℓ)
Anoodi poolreaktsioon: 6 O^2-_(ℓ) → 12 ja^- + 3 O_{2 g)}

Moodustatud hapnik reageerib anoodis sisalduva süsinikuga ja tekitab ka süsinikdioksiidi:

3 O_{2 g)} + 3 ° C_s) → 3 CO_{2 g)}

Alumiiniumi tekitava tardelektrolüüsi üldise reaktsiooni ja skeemi annab:

Saadud alumiinium on vedelal kujul, kuna selle sulamistemperatuur on 660,37 ° C, see on madalam kui alumiiniumoksiidi ja krüoliidi segul. Alumiinium on ka segust tihedam ja seetõttu ladestub see anuma põhja, kuhu see kogutakse.

1 tonni alumiiniumi tootmisel kasutatakse seda:

• 4–5 tonni boksiiti, kust umbes 2 tonni alumiiniumoksiidi;
• 50 kilogrammi krüoliiti (krüoliidi looduslikke varusid ei ole palju, seetõttu saadakse seda tavaliselt fluoriidist (CaF₂), looduses kõige rikkalikum mineraal);
• 0,6 tonni kivisütt elektroodide jaoks.

Aastas ületab alumiiniumitoodang 27,4 miljonit tonni.

Peamistest alumiiniumisulamitest on meil järgmised:

Autor Jennifer Fogaça
Lõpetanud keemia

Allikas: Brasiilia kool - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/obtencao-aluminio-por-meio-eletrolise.htm