Obținerea aluminiului prin electroliză. Obținerea de aluminiu

Aluminiul se obține prin procese metalurgice. Metalurgia este o zonă care studiază transformarea minereurilor în metale sau aliaje metalice. Prin această metodă se obțin mai multe metale, cum ar fi cuprul, titanul, fierul și manganul.

În cazul aluminiului, principalul minereu utilizat este bauxită (figura), care conține oxid de aluminiu hidratat (Aℓ₂O₃. x H₂O) și diverse impurități.

În metalurgia aluminiului, au loc următoarele patru etape:

Când oxidul de aluminiu (Aℓ₂O_{3 (e)}) este separat de bauxită, numele său devine alumină.

Anterior, s-au făcut următoarele: alumina a fost tratată cu acid clorhidric pentru a genera clorură de aluminiu; care a fost pus să reacționeze cu potasiu sau sodiu metalic, determinând reducerea compusului și dând naștere la aluminiu metalic:

Aℓ₂O_{3 (e)} + 6 HCℓ_(Aici)→ 4 AℓCℓ_{3 (aq)} + 3 H₂O_(ℓ)
ACℓ_{3 (aq)} + 3K_(s)→ 3 KCℓ_(s) + Aℓ_(s)

Cu toate acestea, această metodă era foarte scumpă și ineficientă, astfel încât aluminiul era considerat un metal rar.

Dar, în 1886, doi oameni de știință au dezvoltat separat metoda menționată mai sus, în care a fost utilizată electroliza magmatică. Acești oameni de știință au fost americanul Charles M. Hall și francezul Paul Héroult, așa că această metodă a ajuns să fie numită

Procesul Hall-Héroult sau pur și simplu,Procesul Hall, întrucât Charles M. Hall a brevetat-o.

 Punctul cheie pe care l-au descoperit a fost cum să facă lichid oxid de aluminiu. să fie capabil să efectueze electroliza sa magmatică, deoarece problema a fost că punctul său de topire era peste 2000 ° C. Au folosit un flux, minereu criolit (Na₃AℓF₆), care a reușit să scadă temperatura de topire a oxidului de aluminiu la aproximativ 1000 ° C.

Astfel, așa cum se arată în diagrama de mai jos, acest amestec de oxid de aluminiu și criolit a fost plasat într-un vas electrolitic din oțel căptușit cu carbon. Prin acest amestec topit trece un curent electric. Pereții recipientului care sunt în contact cu amestecul acționează ca un pol negativ de electroliză (catod), unde are loc reducerea cationilor de aluminiu. Anodul (polul pozitiv) sunt cilindri din grafit sau carbon, adică ambii din carbon, unde are loc oxidarea anionilor de oxigen:

Demi-reacție catodică: 4 Aℓ³⁺_(ℓ) + 12 și^- → 4 Aℓ_(ℓ)
Demi-reacție anodică: 6 O^2-_(ℓ) → 12 și^- + 3 O_{2 (g)}

Oxigenul format reacționează cu carbonul din anod și generează, de asemenea, dioxid de carbon:

3 O_{2 (g)} + 3 C_(s) → 3 CO_{2 (g)}

Deci, reacția generală și schema acestei electrolize ignee care dau naștere aluminiului este dată de:

Aluminiul obținut este sub formă lichidă, deoarece punctul său de topire este de 660,37 ºC, adică mai mic decât cel al unui amestec de alumină și criolit. Aluminiul este, de asemenea, mai dens decât amestecul și, prin urmare, este depus la fundul recipientului, unde este colectat.

În producția de 1 tonă de aluminiu se folosește:

• 4 până la 5 tone de bauxită, de unde cam 2 tone de alumină;
• 50 de kilograme de criolit (Nu există multe rezerve naturale de criolit, prin urmare, acesta se obține de obicei prin sinteza sa din fluorit (CaF₂), un mineral cel mai abundent în natură);
• 0,6 tone de cărbune pentru electrozi.

Producția anuală de aluminiu depășește 27,4 milioane de tone.

Printre principalele aliaje de aluminiu, avem următoarele:

De Jennifer Fogaça
Absolvent în chimie

Sursă: Școala din Brazilia - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/obtencao-aluminio-por-meio-eletrolise.htm