L'alluminio è ottenuto attraverso processi metallurgici. La metallurgia è un'area che studia la trasformazione dei minerali in metalli o leghe metalliche. Con questo metodo si ottengono diversi metalli, come rame, titanio, ferro e manganese.
Nel caso dell'alluminio, il minerale principale utilizzato è il bauxite (figura), che contiene ossido di alluminio idrato (Aℓ2oh3. x H2O) e varie impurità.
Nella metallurgia dell'alluminio, si verificano i seguenti quattro passaggi:
Quando l'ossido di alluminio (Aℓ2oh3(i)) è separato da bauxite, il suo nome diventa allumina.
In precedenza, si faceva quanto segue: l'allumina veniva trattata con acido cloridrico per generare cloruro di alluminio; che è stato posto a reagire con potassio metallico o sodio, provocando la riduzione del composto e dando origine ad alluminio metallico:
Aℓ2oh3(i) + 6 CCℓ(Qui)→ 4 AℓCℓ3(ac) + 3 H2oh(ℓ)
ACℓ3(ac) + 3K(S)→ 3 KCℓ(S) + Aℓ(S)
Tuttavia, questo metodo era molto costoso e inefficiente, quindi l'alluminio era considerato un metallo raro.
Ma nel 1886, due scienziati svilupparono separatamente il metodo sopra menzionato, in cui veniva utilizzata l'elettrolisi ignea. Questi scienziati erano l'americano Charles M. Hall e il francese Paul Héroult, ecco perché questo metodo è stato chiamato Processo di Hall-Héroult o semplicemente,Processo di sala, mentre Charles M. Hall lo ha brevettato.
Il punto chiave che hanno scoperto è stato come rendere liquido l'ossido di alluminio per farlo. essere in grado di eseguire la sua elettrolisi ignea, poiché il problema era che il suo punto di fusione era superiore 2000°C. Hanno usato un flusso, minerale di criolite (Na3AℓF6), che è stato in grado di abbassare la temperatura di fusione dell'ossido di alluminio a circa 1000 °C.
Pertanto, come mostrato nel diagramma sottostante, questa miscela di ossido di alluminio e criolite è stata posta in un recipiente elettrolitico di acciaio rivestito di carbonio. Una corrente elettrica passa attraverso questa miscela fusa. Le pareti del contenitore a contatto con la miscela fungono da polo negativo dell'elettrolisi (catodo), dove avviene la riduzione dei cationi di alluminio. Gli anodo (polo positivo) sono cilindri in grafite o carbonio, cioè entrambi in carbonio, dove avviene l'ossidazione degli anioni di ossigeno:
Semireazione catodica: 4 Aℓ3+(ℓ) + 12 e- → 4 Aℓ(ℓ)
Semireazione anodica: 6 O2-(ℓ) → 12 e- + 3 O2(g)
L'ossigeno formato reagisce con il carbonio nell'anodo e genera anche anidride carbonica:
3 O2(g) + 3 C(S) → 3 CO2(g)
Quindi la reazione complessiva e lo schema di questa elettrolisi ignea che dà origine all'alluminio è data da:
L'alluminio ottenuto è in forma liquida, perché il suo punto di fusione è 660,37 ºC, cioè inferiore a quello di una miscela di allumina e criolite. L'alluminio è anche più denso della miscela e, quindi, si deposita sul fondo del contenitore, dove viene raccolto.
Nella produzione di 1 tonnellata di alluminio viene utilizzato:
- 4-5 tonnellate di bauxite, da dove circa 2 tonnellate di allumina;
- 50 chilogrammi di criolite (Non ci sono molte riserve naturali di criolite, quindi è solitamente ottenuta attraverso la sua sintesi dalla fluorite (CaF2), un minerale più abbondante in natura);
- 0,6 tonnellate di carbone per gli elettrodi.
La produzione annuale di alluminio supera 27,4 milioni di tonnellate.
Tra le principali leghe di alluminio abbiamo le seguenti:
di Jennifer Fogaça
Laureato in Chimica
Fonte: Scuola Brasile - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/obtencao-aluminio-por-meio-eletrolise.htm