Алюминий получают в металлургических процессах. Металлургия - это область, изучающая превращение руд в металлы или металлические сплавы. Этим методом получают несколько металлов, таких как медь, титан, железо и марганец.
В случае алюминия основной используемой рудой является боксит (рисунок), который содержит гидратированный оксид алюминия (Aℓ2O3. x H2O) и различных примесей.
В металлургии алюминия выполняются следующие четыре этапа:
Когда оксид алюминия (Aℓ2O3 (с)) отделяется от боксита, его название становится глинозем.
Ранее было выполнено следующее: оксид алюминия обрабатывали соляной кислотой для получения хлорида алюминия; который был помещен для реакции с металлическим калием или натрием, вызывая восстановление соединения и приводя к металлическому алюминию:
Aℓ2O3 (с) + 6 HCℓ(здесь)→ 4 AℓCℓ3 (водн.) + 3 часа2O(ℓ)
ACℓ3 (водн.) + 3К(s)→ 3 KCℓ(s) + Aℓ(s)
Однако этот метод был очень дорогим и неэффективным, поэтому алюминий считался редким металлом.
Но в 1886 году двое ученых по отдельности разработали упомянутый выше метод, в котором использовался электролиз из вулканических пород. Этими учеными был американец Чарльз М. Холл и француз Поль Эру, поэтому этот метод получил название
Процесс Холла-Эру или просто,Зал процесс, тогда как Чарльз М. Холл запатентовал это.Ключевой момент, который они обнаружили, заключался в том, как сделать это жидким оксидом алюминия. иметь возможность проводить его электролиз из пламени, так как проблема заключалась в том, что его температура плавления была выше 2000 ° С. Они использовали флюс, криолитовую руду (Na3AℓF6), что позволило снизить температуру плавления оксида алюминия примерно до 1000 ° C.
Таким образом, как показано на диаграмме ниже, эту смесь оксида алюминия и криолита поместили в стальной электролитический сосуд с углеродистой футеровкой. Через эту расплавленную смесь проходит электрический ток. Стенки емкости, контактирующие со смесью, действуют как отрицательный полюс электролиза (катод), где происходит восстановление катионов алюминия. Анод (положительный полюс) - это цилиндры из графита или углерода, то есть оба из углерода, где происходит окисление анионов кислорода:
Катодная полуреакция: 4 A3+(ℓ) + 12 и- → 4 А(ℓ)
Полуреакция анода: 6 O2-(ℓ) → 12 и- + 3 O2 (г)
Образующийся кислород вступает в реакцию с углеродом на аноде, а также выделяет углекислый газ:
3 O2 (г) + 3 С(s) → 3 СО2 (г)
Итак, общая реакция и схема этого огненного электролиза, в результате которого образуется алюминий, представлены следующим образом:
Полученный алюминий находится в жидкой форме, так как его температура плавления составляет 660,37 ºC, то есть ниже, чем у смеси оксида алюминия и криолита. Алюминий также более плотный, чем смесь, и поэтому он откладывается на дне емкости, где он собирается.
При производстве 1 тонны алюминия используется:
- От 4 до 5 тонн бокситаоткуда примерно 2 тонны глинозема;
- 50 килограммов криолита (природных запасов криолита немного, поэтому его обычно получают путем синтеза из флюорита (CaF2), самый распространенный минерал в природе);
- 0,6 тонны угля для электродов.
Ежегодно производство алюминия превышает 27,4 млн тонн.
Среди основных металлических алюминиевых сплавов мы выделяем следующие:
Дженнифер Фогача
Окончила химический факультет
Источник: Бразильская школа - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/obtencao-aluminio-por-meio-eletrolise.htm
