Vil opvarmning af aluminiumoxid (Al2O3) til dets smeltepunkt give rent Al?

Du har fundet ud af halvdelen af Hall-Heroult-processen . Bare smeltning af aluminiumoxid på dens egen vil ikke frigøre iltet. Årsagen er vanskelig at forklare uden at komme ind i kemisk termodynamik – en måde at tænke over det er, at den laveste energitilstand er en, hvor ilt er bundet til aluminiumoxid – hvor elektronerne fra aluminiumoxid er “taget” af iltet. I diatomisk ilt deles elektronerne (bindingerne er kovalente), så den samlede energi er højere. Dette er en meget kort og ikke særlig detaljeret forklaring, men slutresultatet er, at ilt og aluminium, hvis de får muligheden, hellere vil danne en binding end ikke.

Når du tilføjer termisk energi, medmindre det ændrer den balance (det gør ikke, i det mindste ikke før du kommer langt forbi smeltepunktet), alt hvad du gør er at gøre det mere muligt for reaktionen at ske. Hvis du fortsatte, I sidste ende kunne du tilføje nok termisk energi til fuldstændigt at adskille aluminiumoxidet, på hvilket tidspunkt (afhængigt af hvordan du gjorde det) du muligvis kunne fjerne ilt og genvinde aluminiumet.

Dog – mængden af energi det ville tage at gøre det er ekstremt stort. I stedet viser det sig at være meget lettere at simpelthen tvinge ilt til at give sine elektroner tilbage til aluminium ved hjælp af et elektrisk potentiale. Når du gør det, elektrolyserer forbindelsen og skaber diatomisk ilt ved anoden og aluminium ved katoden.

Hall-Heroult-processen tager dette et andet trin for at få dette til at arbejde ved en endnu lavere temperatur (1000 C) ved at opløse aluminiumoxidet i smeltet kryolit . Som et resultat er det en af de mest (måske den mest) effektive industrielle processer til produktion af aluminium og er ansvarlig for den udbredte tilgængelighed og lave omkostninger ved aluminium i moderne tid (og også for eksistensen af Alcoa ).

Din idé om at bruge solenergi er ikke dårlig – selvom du måske bliver overrasket over den mængde energi, du har brug for til at producere aluminium – både for at smelte den og for at elektrolyse den. En ting du måske ser på bruger solvarme (f.eks. med en solfanger) til at smelte aluminiumoxid / kryolitblandingen og derefter bruge solceller bare til elektrolysetrinnet. Det ville være en smule billigere end at bruge solcelleanlæg alene til at drive en elektrisk varmelegeme. / p>

Industrielt holdes kryolitblandingen smeltet ved at føre en stor elektrisk strøm igennem den. Elektriciteten produceres normalt af kraftværker, da den krævede mængde er så stor (15 kWh / kg ifølge Alcoa, og det er bare til elektrolysetrinet!). Selvom kul- og gaskraft ikke kan fornyes, er fordelene relativt lave omkostninger pr. Kraftenhed (hvilket måske ikke forbliver sandt i de næste par årtier) og on-demand elproduktion (sandsynligvis altid en stor fordel i forhold til sol) .

Der er også atomkraft, vandkraft og geotermisk energi – som alle giver store mængder on-demand strøm meget billigt, når først anlæggene er bygget.

Kommentarer

• Aluminium er det tredje mest forekommende element, men det var vanskeligt at udvinde og rense inden Hall – H é rulleprocessen, der kom omkring i 1880 ' s. På trods af sin naturlige overflod blev aluminium betragtet som et ædle metaller før 1880 ' s. Napoleon ' s vigtigste gæster fik aluminiumsbestik, mens flere almindelige gæster spiste med sølv.
• @ron – en anden interessant kendsgerning: Washington-monumentet var oprindeligt cappe d med aluminium, fordi det var så værdifuldt. Der er også en legende om, at den romerske kejser Tiberius havde henrettet en mand, der hævdede at have opdaget en måde at raffinere aluminium på (eller hvad der antages at være aluminium), fordi han var bange for, at det ville gøre hans lager mindre værdifuldt.
• Nu forstår jeg, hvad jeg havde savnet i mit sind, så processen er meget dyr, men bare efter min mening er meget dyrere ved hjælp af kemiske stoffer som kryolit (AlF3,3NaF), kryolit går på omkring 600-700 usd a ton FOB.omkring 700 to ton aluminiumoxid ~ = 1400 usd uden elektrolyse, der er intensivt strømafløb (forbrugsstoffer af kulstofanoder) vand, hvad med miljøbeskatning og så videre … Til LME-spotprisen på aluminium er 1936 usd et ton, og nu kommer jeg med et andet spørgsmål, hvad er virkelig fortjenesten der? Jeg mener, at et raffinaderi vil arbejde med overskud som 100 usd / ton?
• Jeg ved ikke ', hvad fortjenstmargenerne er, men jeg kan forestille mig, at de er tynde da det er en meget energiintensiv proces, og da kerneteknologierne ikke er patentbeskyttelse. Det afhænger også stærkt af råvarepriser og verdensomspændende efterspørgsel – men generelt vil jeg gætte på, at du har brug for en stor, effektiv operation med masser af evne til at absorbere prisudsving – hvilket sandsynligvis er grunden til, at Alcoa har overlevet ved at købe op konkurrenter. Om kryolitten dog – husk det meste af det kan genbruges.
• Fordi dets position i reaktivitetsserien af metaller, kan aluminium ikke ekstraheres ved hjælp af kulstof, fordi det er over kulstof i reaktivitetsserien (mere reaktiv end kulstof i serien) kulstof er ikke reaktivt nok til at fortrænge aluminium fra dets forbindelser såsom aluminiumoxid. Men hvad med at bruge calciummetal? Det er mere reaktivt end aluminium. [EDIT: Laveste smeltepunkt end aluminium, men hvad med opløst aluminiumoxid i nogle syrer og derefter reaktive serier?]