¿Calentar la alúmina (Al2O3) hasta su punto de fusión producirá Al puro?

Has descubierto la mitad del proceso Hall-Heroult . Simplemente fundiendo alúmina el suyo no liberará el oxígeno. La razón es difícil de explicar sin entrar en termodinámica química; una forma de pensarlo es que el estado de energía más bajo es aquel en el que el oxígeno está unido a la alúmina, donde los electrones de la alúmina han sido «tomados» por el oxígeno. En el oxígeno diatómico, los electrones se «comparten» (los enlaces son covalentes) y, por lo tanto, la energía total es mayor. Esta es una explicación muy breve y no muy detallada, pero el resultado final es que el oxígeno y el aluminio, si se les da la oportunidad, preferirían formar un enlace que no.

Cuando agrega energía térmica, a menos que cambia ese equilibrio (no lo hace, al menos no hasta que pasa el punto de fusión), todo lo que está haciendo es hacer más posible que ocurra la reacción. Si continúa, eventualmente podría agregar suficiente energía térmica para disociar completamente la alúmina, momento en el cual (dependiendo de cómo lo hizo) podría eliminar el oxígeno y recuperar el aluminio.

Sin embargo, la cantidad de energía que se necesitaría para hacer eso es extremadamente grande. En cambio, resulta mucho más fácil simplemente forzar al oxígeno para que devuelva sus electrones al aluminio usando un potencial eléctrico. Cuando haces eso, electrolizar el compuesto y crear oxígeno diatómico en el ánodo y aluminio en el cátodo.

El proceso Hall-Heroult toma esto otro paso para hacer que esto funcione a una temperatura aún más baja (1000 C) disolviendo la alúmina en criolita fundida. Como resultado, es uno de los procesos industriales más (quizás el más) eficientes para producir aluminio, y es responsable de la disponibilidad generalizada y el bajo costo del aluminio en los tiempos modernos (y también de la existencia de Alcoa ).

Su idea sobre el uso de energía solar no está mal, aunque puede que le sorprenda la cantidad de energía que necesita para producir aluminio, tanto para fundirlo como para electrolizarlo. Una cosa que podría considerar está usando calefacción solar térmica (con un colector, por ejemplo) para derretir la mezcla de alúmina / criolita, y luego usa energía fotovoltaica solo para el paso de electrólisis. Eso sería bastante más barato que usar electricidad fotovoltaica sola para hacer funcionar un calentador eléctrico.

Industrialmente , la mezcla de criolita se mantiene fundida al pasar una gran corriente eléctrica a través de ella. La electricidad generalmente es producida por centrales eléctricas, ya que La cantidad requerida es muy grande (15 kWh / kg según Alcoa, ¡y eso es solo para el paso de electrólisis!). Aunque la energía a base de carbón y gas no es renovable, las ventajas son un costo relativamente bajo por unidad de energía (que podría no seguir siendo cierto en las próximas décadas) y la generación de energía bajo demanda (probablemente siempre será una gran ventaja sobre la energía solar). .

También existe energía nuclear, hidroeléctrica y geotérmica, todas las cuales proporcionan grandes cantidades de energía bajo demanda a muy bajo costo, una vez que se construyen las plantas.

Comentarios

• El aluminio es el tercer elemento más abundante, sin embargo, era difícil de extraer y purificar antes del proceso Hall – H é roult que vino aproximadamente en el ' s de 1880. A pesar de su abundancia natural, el aluminio se consideraba un metal precioso antes del ' s de 1880. Napoleón ' los invitados más importantes recibieron cubiertos de aluminio, mientras que los invitados más comunes cenaron con plata.
• @ron: otro hecho interesante: el monumento a Washington fue originalmente cappe d con aluminio, porque era muy valioso. También hay una leyenda que dice que el emperador romano Tiberio hizo ejecutar a un hombre que había afirmado haber descubierto una forma de refinar el aluminio (o lo que se supone que es aluminio), porque temía que su arsenal fuera menos valioso.
• Ahora entiendo lo que me había pasado por alto, por lo que el proceso es muy caro, pero en mi opinión es mucho más caro si se usan agentes químicos como la criolita (AlF3,3NaF), la criolita cuesta alrededor de 600-700 usd a tonelada FOB.aproximadamente 700 dos toneladas de alúmina ~ = 1400 usd sin electrólisis, que es un consumo intensivo de energía (ánodos de carbono consumibles), agua, ¿qué pasa con los impuestos ambientales, etc.? En LME, el precio al contado del aluminio es de 1936 usd la tonelada, y ahora vengo con una segunda pregunta, ¿cuál es realmente la ganancia allí? Me refiero a que una refinería funcionará con ganancias como 100 usd / tonelada.
• No ' no sé cuáles son los márgenes de ganancia, pero me imagino que son escasos ya que es un proceso que consume mucha energía y que las tecnologías centrales están fuera de la protección de patente. También dependerá en gran medida de los precios de los productos básicos y la demanda mundial, pero en general supongo que necesita una operación grande y eficiente con mucha capacidad para absorber las fluctuaciones de precios, que es probablemente la razón por la que Alcoa ha sobrevivido comprando competidores. Sin embargo, sobre la criolita, recuerde que la mayor parte se puede reciclar.
• Debido a su posición en la serie de reactividad de los metales, el aluminio no se puede extraer utilizando carbono porque está por encima del carbono en la serie de reactividad (más reactivo que el carbono en la serie) el carbono no es lo suficientemente reactivo como para desplazar al aluminio de sus compuestos, como el óxido de aluminio. Pero, ¿qué pasa con el calcio metal? Es más reactivo que el aluminio. [EDITAR: Punto de fusión más bajo que el aluminio, pero ¿qué pasa con el óxido de aluminio disuelto en algunos ácidos y luego en las series reactivas?]