Otrzymywanie aluminium poprzez elektrolizę. Uzyskanie aluminium

Aluminium pozyskiwane jest w procesach metalurgicznych. Metalurgia to dziedzina zajmująca się badaniem przemian rud w metale lub stopy metali. Metodą tą otrzymuje się kilka metali, takich jak miedź, tytan, żelazo i mangan.

W przypadku aluminium główną rudą stosowaną jest boksyt (rysunek), który zawiera uwodniony tlenek glinu (Aℓ₂O₃. x H₂O) i różne zanieczyszczenia.

W metalurgii aluminium występują następujące cztery etapy:

Gdy tlenek glinu (Aℓ₂O_3(s)) jest oddzielony od boksytu, jego nazwa staje się glinka.

Wcześniej wykonano następujące czynności: tlenek glinu potraktowano kwasem chlorowodorowym w celu wytworzenia chlorku glinu; który został umieszczony w reakcji z metalicznym potasem lub sodem, powodując redukcję związku i dając metaliczny glin:

A₂O_3(s) + 6 HCℓ_(tutaj)→ 4 AℓCℓ_3(aq) + 3 godz₂O_(ℓ)
ACℓ_3(aq) + 3K_(y)→ 3 KCℓ_(y) + A_(y)

Jednak ta metoda była bardzo kosztowna i nieefektywna, dlatego aluminium uznano za metal rzadki.

Ale w 1886 roku dwóch naukowców oddzielnie opracowało wspomnianą powyżej metodę, w której zastosowano elektrolizę magmową. Tymi naukowcami byli Amerykanin Charles M. Halla i Francuza Paula Héroulta, więc tę metodę zaczęto nazywać

Proces Halla-Heroulta lub po prostu,Proces Hall, natomiast Karol M. Hall go opatentował.

 Kluczową kwestią, którą odkryli, było to, jak zrobić płynny tlenek glinu, aby to zrobić. być w stanie przeprowadzić elektrolizę zapłonową, ponieważ problem polegał na tym, że jego temperatura topnienia była wyższa 2000°C. Użyli topnika, rudy kriolitu (Na₃AℓF₆), który był w stanie obniżyć temperaturę topnienia tlenku glinu do około 1000°C.

Tak więc, jak pokazano na poniższym schemacie, ta mieszanina tlenku glinu i kriolitu została umieszczona w naczyniu elektrolitycznym ze stali pokrytej węglem. Przez tę stopioną mieszaninę przepływa prąd elektryczny. Ścianki pojemnika stykające się z mieszaniną pełnią rolę ujemnego bieguna elektrolizy (katody), gdzie następuje redukcja kationów glinu. Anoda (biegun dodatni) to cylindry wykonane z grafitu lub węgla, czyli obydwa wykonane z węgla, gdzie następuje utlenianie anionów tlenu:

Reakcja połówkowa katody: 4 Aℓ³⁺_(ℓ) + 12 i^- → 4 Aℓ_(ℓ)
Połowa reakcji anody: 6 O^2-_(ℓ) → 12 i^- + 3 O_2(g)

Powstający tlen reaguje z węglem w anodzie, a także generuje dwutlenek węgla:

3 O_2(g) + 3 stopni Celsjusza_(y) → 3 CO_2(g)

Tak więc ogólna reakcja i schemat tej elektrolizy magmowej, która powoduje powstanie glinu, jest określony wzorem:

Otrzymane aluminium jest w postaci płynnej, ponieważ jego temperatura topnienia wynosi 660,37 ºC, czyli jest niższa niż mieszanina tlenku glinu i kriolitu. Aluminium jest również gęstsze niż mieszanka i dlatego osadza się na dnie pojemnika, gdzie jest gromadzone.

Do produkcji 1 tony aluminium wykorzystuje się:

• 4 do 5 ton boksytu, skąd około 2 tony tlenku glinu;
• 50 kilogramów kriolitu (Nie ma wielu naturalnych rezerw kriolitu, dlatego zwykle pozyskiwany jest on poprzez jego syntezę z fluorytu (CaF₂), najobficiej występujący minerał w przyrodzie);
• 0,6 tony węgla dla elektrod.

Roczna produkcja aluminium przekracza 27,4 mln ton.

Wśród głównych stopów aluminium wyróżniamy:

Jennifer Fogaça
Absolwent chemii

Źródło: Brazylia Szkoła - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/obtencao-aluminio-por-meio-eletrolise.htm