Alumiinin saaminen elektrolyysin avulla. Alumiinin hankinta

Alumiini saadaan metallurgisilla prosesseilla. Metallurgia on alue, joka tutkii malmien muuttumista metalleiksi tai metalliseoksiksi. Tällä menetelmällä saadaan useita metalleja, kuten kupari, titaani, rauta ja mangaani.

Alumiinin tapauksessa käytetään pääasiassa malmia bauksiitti (kuva), joka sisältää hydratoitua alumiinioksidia (Aℓ₂O₃. x H₂O) ja erilaisia ​​epäpuhtauksia.

Alumiinimetallurgiassa tapahtuu seuraavat neljä vaihetta:

Kun alumiinioksidi (Aℓ₂O_{3 (s)}) erotetaan bauksiitista, sen nimeksi tulee alumiinioksidi.

Aikaisemmin tehtiin seuraava: alumiinioksidia käsiteltiin kloorivetyhapolla alumiinikloridin muodostamiseksi; joka saatettiin reagoimaan metallisen kaliumin tai natriumin kanssa aiheuttaen yhdisteen pelkistyksen ja synnyttäen metallista alumiinia:

Aℓ₂O_{3 (s)} + 6 HC3_(tässä)→ 4 AℓCℓ_{3 (aq)} + 3 H₂O_(ℓ)
ACℓ_{3 (aq)} + 3K_s→ 3 KCℓ_s + Aℓ_s

Tämä menetelmä oli kuitenkin erittäin kallis ja tehoton, joten alumiinia pidettiin harvinaisena metallina.

Mutta vuonna 1886 kaksi tutkijaa kehitti erikseen edellä mainitun menetelmän, jossa käytettiin magmielektrolyysiä. Nämä tutkijat olivat amerikkalainen Charles M. Hall ja ranskalainen Paul Héroult, joten tätä menetelmää alettiin kutsua

Hall-Héroult-prosessi tai yksinkertaisesti,Hall-prosessi, kun taas Charles M. Hall patentoi sen.

 Keskeinen asia, jonka he löysivät, oli miten alumiinioksidia valmistetaan nestemäiseksi. pystyä suorittamaan magmielektrolyysin, koska ongelmana oli, että sen sulamispiste oli yli 2000 ° C. He käyttivät juoksutetta, kryoliittimalmia (Na₃AℓF₆), joka pystyi alentamaan alumiinioksidin sulamislämpötilan noin 1000 ° C: seen.

Siten, kuten alla olevassa kaaviossa on esitetty, tämä alumiinioksidin ja kryoliitin seos laitettiin hiilipäällysteiseen teräselektrolyysiastiaan. Tämän sulan seoksen läpi kulkee sähkövirta. Säiliön seokset, jotka ovat kosketuksessa seoksen kanssa, toimivat negatiivisena elektrolyysinapana (katodi), jossa tapahtuu alumiinikationien pelkistyminen. Anodi (positiivinen napa) ovat sylinterit, jotka on valmistettu grafiitista tai hiilestä, toisin sanoen molemmat hiilestä, joissa hapen anionien hapettuminen tapahtuu:

Katodin puolireaktio: 4 A1³⁺_(ℓ) + 12 ja^- → 4 Aℓ_(ℓ)
Anodin puolireaktio: 6 O^2-_(ℓ) → 12 ja^- + 3 O_{2 g)}

Muodostunut happi reagoi anodissa olevan hiilen kanssa ja tuottaa myös hiilidioksidia:

3 O_{2 g)} + 3 ° C_s → 3 CO_{2 g)}

Joten tämän alumiinia synnyttävän magmielektrolyysin yleisen reaktion ja kaavan antaa:

Saatu alumiini on nestemäisessä muodossa, koska sen sulamispiste on 660,37 ºC eli alhaisempi kuin alumiinioksidin ja kryoliitin seoksella. Alumiini on myös tiheämpi kuin seos, ja siksi se kerrostuu astian pohjalle, johon se kerätään.

Yhden tonnin alumiinin valmistuksessa sitä käytetään:

• 4-5 tonnia bauksiittia, mistä noin 2 tonnia alumiinioksidia;
• 50 kiloa kryoliittia (kryoliitin luonnonvaroja ei ole paljon, joten se saadaan yleensä sen synteesin avulla fluoriitista (CaF₂), luonteeltaan runsain mineraali);
• 0,6 tonnia hiiltä elektrodeille.

Vuosittain alumiinin tuotanto ylittää 27,4 miljoonaa tonnia.

Tärkeimpien metallisten alumiiniseosten joukossa meillä on seuraavat:

Kirjailija: Jennifer Fogaça
Valmistunut kemian alalta

Lähde: Brasilian koulu - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/obtencao-aluminio-por-meio-eletrolise.htm