השגת אלומיניום באמצעות אלקטרוליזה. השגת אלומיניום

אלומיניום מתקבל בתהליכים מתכתיים. מטלורגיה היא אזור החוקר את הפיכתם של עפרות למתכות או לסגסוגות מתכתיות. בשיטה זו מתקבלות כמה מתכות, כגון נחושת, טיטניום, ברזל ומנגן.

במקרה של אלומיניום, העפרות העיקריות המשמשות הן בוקסיט (איור), המכיל תחמוצת אלומיניום לחה (Aℓ₂או₃. x H₂O) וזיהומים שונים.

במתכות האלומיניום ארבעת השלבים הבאים מתרחשים:

כאשר תחמוצת אלומיניום (Aℓ₂או_{3 (ים)}) מופרד מבוקסיט, שמו הופך להיות אלומינה.

בעבר נעשה הדבר: אלומינה טופלה בחומצה הידרוכלורית ליצירת אלומיניום כלורי; שהונח להגיב עם אשלגן מתכתי או נתרן, מה שגרם להפחתת התרכובת והוליד אלומיניום מתכתי:

Aℓ₂או_{3 (ים)} + 6 HCℓ_(פה)→ 4 AℓCℓ_{3 (aq)} + 3 ח '₂או_(ℓ)
ACℓ_{3 (aq)} + 3K_(ים)→ 3 KCℓ_(ים) + Aℓ_(ים)

עם זאת, שיטה זו הייתה יקרה מאוד ולא יעילה, ולכן האלומיניום נחשב למתכת נדירה.

אך בשנת 1886, שני מדענים פיתחו בנפרד את השיטה שהוזכרה לעיל, בה נעשה שימוש באלקטרוליזה דלקתית. מדענים אלה היו צ'רלס מ 'האמריקאי. הול וצרפתי פול הרנולט, בגלל זה נקראה שיטה זו תהליך הול-הרולט או בפשטות,תהליך אולםואילו צ'ארלס מ. הול רשם עליו פטנט.

 נקודת המפתח שגילו הייתה כיצד להכין נוזלי תחמוצת אלומיניום לשם כך. להיות מסוגל לבצע את האלקטרוליזה הדלקתית שלה, מכיוון שהבעיה הייתה שנקודת ההיתוך שלה הייתה מעל 2000 מעלות צלזיוס. הם השתמשו בשטף עפרת קריוליט (Na

₃AℓF₆), שהצליח להוריד את טמפרטורת ההיתוך של תחמוצת האלומיניום לכ -1000 מעלות צלזיוס.

לפיכך, כפי שמוצג בתרשים שלהלן, תערובת זו של תחמוצת אלומיניום וקריוליט הונחה בכלי אלקטרוליטי מפלדת פחמן. זרם חשמלי עובר בתערובת המותכת הזו. קירות המכל הנמצאים במגע עם התערובת משמשים כקוטב שלילי של אלקטרוליזה (קתודה), שם מתרחשת הפחתת קטיונים מאלומיניום. האנודה (הקוטב החיובי) הם צילינדרים עשויים גרפיט או פחמן, כלומר שניהם עשויים פחמן, שם מתרחש חמצון של אניוני חמצן:

אל תפסיק עכשיו... יש עוד אחרי הפרסום;)

חצי תגובה של קתודה: 4 Aℓ³⁺_(ℓ) + 12 ו^- → 4 Aℓ_(ℓ)
חצי תגובה של האנודה: 6 O^2-_(ℓ) → 12 ו-^- + 3 O_{2 (גרם)}

החמצן שנוצר מגיב עם פחמן באנודה ויוצר גם פחמן דו חמצני:

3 O_{2 (גרם)} + 3 צלזיוס_(ים) → 3 CO_{2 (גרם)}

אז התגובה והתכנית הכוללת של אלקטרוליזה דלקתית זו שמולידה אלומיניום ניתנת על ידי:

האלומיניום המתקבל הוא בצורת נוזל מכיוון שנקודת ההיתוך שלו היא 660.37 מעלות צלזיוס, כלומר נמוכה מזו של תערובת של אלומינה וקריוליט. האלומיניום גם צפוף יותר מהתערובת, ולכן הוא מופקד בתחתית המיכל, שם הוא נאסף.

בייצור של 1 טון אלומיניום משתמשים בו:

• 4 עד 5 טון בוקסיט, מאיפה בערך 2 טון אלומינה;
• 50 קילוגרם קריוליט (אין הרבה עתודות טבעיות של קריוליט, לכן בדרך כלל הוא מתקבל באמצעות סינתזה מפלואוריט (CaF₂), מינרל השופע ביותר בטבע);
• 0.6 טון פחם לאלקטרודות.

מדי שנה ייצור האלומיניום עולה 27.4 מיליון טון.

בין סגסוגות האלומיניום המתכתיות העיקריות, יש לנו את הדברים הבאים:

מאת ג'ניפר פוגאצה
בוגר כימיה

האם תרצה להתייחס לטקסט זה בבית ספר או בעבודה אקדמית? תראה:

FOGAÇA, ג'ניפר רושה ורגס. "השגת אלומיניום באמצעות אלקטרוליזה"; בית ספר ברזיל. אפשר להשיג ב: https://brasilescola.uol.com.br/quimica/obtencao-aluminio-por-meio-eletrolise.htm. גישה אליו ב -28 ביוני 2021.