Alumínium megszerzése elektrolízissel. Alumínium beszerzése

Az alumíniumot kohászati ​​eljárásokkal nyerik. A kohászat olyan terület, amely az ércek fémekké vagy fémötvözetekké történő átalakulását tanulmányozza. Számos fémet állítanak elő ezzel a módszerrel, például réz, titán, vas és mangán.

Alumínium esetében a fő érc a bauxit (ábra), amely hidratált alumínium-oxidot (Aℓ₂O₃. x H₂O) és különféle szennyeződések.

Az alumínium kohászatban a következő négy lépés következik:

Amikor alumínium-oxid (Aℓ₂O_{3 (s)}) elválik a bauxittól, neve válik timföld.

Korábban a következőket tettük: az alumínium-oxidot sósavval kezeltük alumínium-klorid előállítására; amelyet fémes káliummal vagy nátriummal reagáltattak, ami a vegyület redukcióját okozta és fém alumíniumot eredményezett:

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

Ez a módszer azonban nagyon drága és nem hatékony volt, ezért az alumíniumot ritka fémnek tekintették.

De 1886-ban két tudós külön kidolgozta a fent említett módszert, amelyben magmás elektrolízist alkalmaztak. Ezek a tudósok az amerikai Charles M. Hall és a francia Paul Héroult, ezért ezt a módszert kezdték hívni

Hall-Héroult-folyamat vagy egyszerűen,Hall-folyamat, míg M. Károly Hall szabadalmaztatta.

 A legfontosabb pont, amelyet felfedeztek, az volt, hogyan lehet folyékony alumínium-oxidot készíteni. képes legyen elvégezni magmás elektrolízisét, mivel a probléma az volt, hogy olvadáspontja magasabb volt 2000 ° C. Fluxot, kriolitércet (Na₃AℓF₆), amely képes volt az alumínium-oxid olvadási hőmérsékletét körülbelül 1000 ° C-ra csökkenteni.

Így, amint az az alábbi ábrán látható, ezt az alumínium-oxid és kriolit keveréket szénnel bélelt acél elektrolit edénybe helyeztük. Ezen az olvadt keveréken elektromos áram halad át. A tartálynak a keverékkel érintkező falai negatív elektrolízis pólusként (katódként) működnek, ahol az alumínium kationok redukciója történik. Az anód (pozitív pólus) grafitból vagy szénből, vagyis mindkettőből szénből készült henger, ahol oxigénanionok oxidálódnak:

Katód félreakció: 4 A 4³⁺_(ℓ) + 12 és^- → 4 Aℓ_(ℓ)
Anód félreakció: 6 O^2-_(ℓ) → 12 és^- + 3 O_{2. g)}

A képződött oxigén reagál az anódban lévő szénnel, és szén-dioxidot is termel:

3 O_{2. g)} + 3 C_s → 3 CO_{2. g)}

Tehát ennek a magmás elektrolízisnek az általános reakcióját és sémáját, amely alumíniumot eredményez, a következők adják:

A kapott alumínium folyékony formában van, mert olvadáspontja 660,37 ° C, vagyis alacsonyabb, mint az alumínium-oxid és a kriolit keverékének. Az alumínium sűrűbb is, mint a keverék, ezért a tartály aljára rakódik le, ahol összegyűlik.

1 tonna alumínium gyártása során:

• 4-5 tonna bauxit, honnan kb 2 tonna timföld;
• 50 kilogramm kriolit (nincs sok természetes kriolit-tartalék, ezért általában fluoritból (CaF₂), a természetben legelterjedtebb ásványi anyag);
• 0,6 tonna szén az elektródákhoz.

Évente az alumíniumgyártás meghaladja 27,4 millió tonna.

A fémes alumíniumötvözetek közül a következők vannak:

Írta: Jennifer Fogaça
Kémia szakon végzett

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