Alumīnija iegūšana elektrolīzes ceļā. Alumīnija iegūšana

Alumīniju iegūst metalurģiskos procesos. Metalurģija ir joma, kurā pēta rūdu pārveidošanos par metāliem vai metālu sakausējumiem. Ar šo metodi iegūst vairākus metālus, piemēram, varu, titānu, dzelzi un mangānu.

Alumīnija gadījumā galvenā izmantotā rūda ir boksīts (attēls), kas satur hidratētu alumīnija oksīdu (Aℓ₂O₃. x H₂O) un dažādi piemaisījumi.

Alumīnija metalurģijā notiek šādas četras darbības:

Kad alumīnija oksīds (Aℓ₂O_{3 (s)}) ir atdalīts no boksīta, tā nosaukums kļūst alumīnija oksīds.

Iepriekš tika darīts šādi: alumīnija oksīdu apstrādāja ar sālsskābi, lai iegūtu alumīnija hlorīdu; kas tika reaģēts ar metālisko kāliju vai nātriju, izraisot savienojuma reducēšanos un veidojot metālisku alumīniju:

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

Tomēr šī metode bija ļoti dārga un neefektīva, tāpēc alumīnijs tika uzskatīts par retu metālu.

Bet 1886. gadā divi zinātnieki atsevišķi izstrādāja iepriekš minēto metodi, kurā tika izmantota magmatiskā elektrolīze. Šie zinātnieki bija amerikānis Čārlzs M. Hols un francūzis Pols Erero, tāpēc šo metodi sāka saukt

Hola-Eroulta process vai vienkārši,Zāles process, turpretī Čārlzs M. Hols to patentēja.

 Galvenais jautājums, ko viņi atklāja, bija alumīnija oksīda šķidruma pagatavošana. jāspēj veikt magmatisko elektrolīzi, jo problēma bija tā kušanas temperatūra virs 2000 ° C. Viņi izmantoja plūsmu, kriolīta rūdu (Na₃AℓF₆), kas spēja pazemināt alumīnija oksīda kušanas temperatūru līdz aptuveni 1000 ° C.

Tādējādi, kā parādīts zemāk redzamajā diagrammā, šis alumīnija oksīda un kriolīta maisījums tika ievietots tērauda elektrolītiskajā traukā ar oglekli. Caur šo izkausēto maisījumu iet elektriskā strāva. Tvertnes sienas, kas ir saskarē ar maisījumu, darbojas kā negatīvs elektrolīzes pols (katods), kur notiek alumīnija katjonu reducēšanās. Anods (pozitīvais pols) ir cilindri, kas izgatavoti no grafīta vai oglekļa, tas ir, abi no oglekļa, kur notiek skābekļa anjonu oksidēšanās:

Katoda pusreakcija: 4 Aℓ³⁺_(ℓ) + 12 un^- → 4 Aℓ_(ℓ)
Anoda pusreakcija: 6 O^2-_(ℓ) → 12 un^- + 3 O_{2. punkta g) apakšpunkts}

Izveidotais skābeklis reaģē ar oglekli anodā un rada arī oglekļa dioksīdu:

3 O_{2. punkta g) apakšpunkts} + 3 C_s) → 3 CO_{2. punkta g) apakšpunkts}

Tātad šīs magmatiskās elektrolīzes, kas rada alumīniju, vispārējo reakciju un shēmu sniedz:

Iegūtais alumīnijs ir šķidrā veidā, jo tā kušanas temperatūra ir 660,37 ° C, tas ir, zemāka nekā alumīnija oksīda un kriolīta maisījumam. Alumīnijs ir arī blīvāks par maisījumu, un tāpēc tas tiek nogulsnēts trauka apakšā, kur tas tiek savākts.

Ražojot 1 tonnu alumīnija, to izmanto:

• 4 līdz 5 tonnas boksīta, no kurienes apmēram 2 tonnas alumīnija oksīda;
• 50 kilogrami kriolīta (kriolīta dabisko rezervju nav daudz, tāpēc to parasti iegūst, sintezējot no fluorīta (CaF₂), visbiežākais minerāls dabā);
• 0,6 tonnas ogļu elektrodiem.

Gadā alumīnija ražošana pārsniedz 27,4 miljoni tonnu.

Starp galvenajiem alumīnija sakausējumiem mums ir šādi:

Autore Jennifer Fogaça
Beidzis ķīmiju

Avots: Brazīlijas skola - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/obtencao-aluminio-por-meio-eletrolise.htm