Dobivanje aluminija elektrolizom. Dobivanje aluminija

Aluminij se dobiva metalurškim procesima. Metalurgija je područje koje proučava transformaciju ruda u metale ili metalne legure. Ovom metodom dobiva se nekoliko metala, poput bakra, titana, željeza i mangana.

U slučaju aluminija, glavna ruda koja se koristi je boksit (slika), koja sadrži hidratirani aluminijev oksid (Aℓ₂O₃. x H₂O) i razne nečistoće.

U metalurgiji aluminija odvijaju se sljedeća četiri koraka:

Kad je aluminijev oksid (Aℓ₂O₃) odvaja se od boksita, njegovo ime postaje glinica.

Prethodno je učinjeno sljedeće: glinica je obrađena klorovodičnom kiselinom da bi se dobio aluminijev klorid; koji je postavljen da reagira s metalnim kalijem ili natrijem, uzrokujući redukciju spoja i dajući metalni aluminij:

Aℓ₂O₃ + 6 HCℓ_(ovdje)→ 4 AℓCℓ_{3 (vod.)} + 3 H₂O_(ℓ)
ACℓ_{3 (vod.)} + 3K_(s)→ 3 KCℓ_(s) + Aℓ_(s)

Međutim, ova metoda bila je vrlo skupa i neučinkovita, pa se aluminij smatrao rijetkim metalom.

No, 1886. godine dva su znanstvenika odvojeno razvila gore spomenutu metodu, u kojoj je korištena magmatska elektroliza. Ti su znanstvenici bili Amerikanac Charles M. Hall i Francuz Paul Héroult, zato je i nazvana ova metoda

Hall-Héroultov postupak ili jednostavno,Proces Halla, dok je Charles M. Hall ga je patentirao.

 Ključna stvar koju su otkrili bilo je kako to učiniti tekućim aluminijevim oksidom. biti sposoban izvesti svoju magmatsku elektrolizu, jer je problem bio u tome što je njegovo talište bilo iznad 2000 ° C. Koristili su tok, kriolitnu rudu (Na₃AℓF₆), koji je uspio spustiti temperaturu taljenja aluminijevog oksida na oko 1000 ° C.

Tako je, kao što je prikazano na donjem dijagramu, ova smjesa aluminijevog oksida i kriolita stavljena u čeličnu elektrolitsku posudu obloženu ugljikom. Kroz ovu rastopljenu smjesu prolazi električna struja. Zidovi spremnika koji su u dodiru sa smjesom djeluju kao negativni pol elektrolize (katoda), gdje dolazi do redukcije kationa aluminija. Anoda (pozitivni pol) su cilindri izrađeni od grafita ili ugljika, odnosno oba od ugljika, gdje dolazi do oksidacije aniona kisika:

Polureakcija katode: 4 Aℓ³⁺_(ℓ) + 12 i^- → 4 Aℓ_(ℓ)
Polureakcija anode: 60 °^2-_(ℓ) → 12 i^- + 3 O_{2 (g)}

Nastali kisik reagira s ugljikom u anodi i također stvara ugljični dioksid:

3 O_{2 (g)} + 3 ° C_(s) → 3 CO_{2 (g)}

Dakle, ukupna reakcija i shema ove magmatske elektrolize koja dovodi do aluminija daju:

Dobiveni aluminij je u tekućem obliku, jer je njegova točka taljenja 660,37 ºC, odnosno niža od one u mješavini glinice i kriolita. Aluminij je također gušći od smjese i zato se taloži na dnu posude, gdje se sakuplja.

U proizvodnji 1 tone aluminija koristi se:

• 4 do 5 tona boksita, odakle o 2 tone glinice;
• 50 kilograma kriolita (prirodnih rezervi kriolita nema mnogo, stoga se obično dobiva njegovom sintezom iz fluorita (CaF₂), najzastupljeniji mineral u prirodi);
• 0,6 tona ugljena za elektrode.

Godišnje proizvodnja aluminija premašuje 27,4 milijuna tona.

Među glavnim legurama aluminija imamo sljedeće:

Napisala Jennifer Fogaça
Diplomirao kemiju

Izvor: Brazil škola - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/obtencao-aluminio-por-meio-eletrolise.htm