Antaako alumiinioksidin (Al2O3) kuumentaminen sulamispisteeseen puhdasta Alia?

Olet selvittänyt puolet Hall-Heroult-prosessista . Alumiinioksidin sulaminen vain oma ei vapauta happea. Syy on vaikea selittää joutumatta kemialliseen termodynamiikkaan – yksi tapa ajatella sitä on, että pienin energiatila on sellainen, jossa happi on sitoutunut alumiinioksidiin – jossa happi on ”ottanut” alumiinioksidin elektronit. Diatomisessa hapessa elektronit ”jaetaan” (sidokset ovat kovalentteja), joten kokonaisenergia on suurempi. Tämä on hyvin lyhyt ja ei-kovin yksityiskohtainen selitys, mutta lopputulos on, että happi ja alumiini, jos niille annetaan mahdollisuus, muodostavat mieluummin sidoksen kuin eivät.

Kun lisäät lämpöenergiaa, ellei se muuttaa tasapainoa (se ei edes ainakaan ennen kuin saavutat sulamispisteen ohi), kaikki mitä teet, on se, että reaktio tapahtuu enemmän mahdolliseksi. Jos jatkat, voit lopulta lisätä tarpeeksi lämpöenergiaa hajottamaan alumiinioksidi kokonaan, jolloin (riippuen siitä, miten teit sen) saatat pystyä poistamaan hapen ja ottamaan alumiinin talteen.

Kuitenkin – energiamäärä sen tekeminen on äärimmäisen suuri. Sen sijaan osoittautuu paljon helpommaksi yksinkertaisesti pakottaa happi palauttamaan elektroninsa takaisin alumiinille käyttämällä sähköpotentiaalia. Kun teet niin, elektrolysoi yhdiste ja luo diatominen happi anodille ja alumiini katodille.

Hall-Heroult-prosessi vie tämän toinen askel, jotta tämä toimisi vielä alhaisemmassa lämpötilassa (1000 C) liuottamalla alumiinioksidia sulaan kryoliittiin . Seurauksena on, että se on yksi tehokkaimmista (ehkä the tehokkaimmista) teollisista prosesseista alumiinin tuottamiseksi, ja se on vastuussa alumiinin laajasta saatavuudesta ja edullisuudesta nykyaikana (ja myös olemassaolosta) Alcoasta ).

Ajatuksesi aurinkoenergian käytöstä ei ole huono – vaikka saatat olla yllättynyt alumiinin tuottamiseen tarvittavasta energiamäärästä – sekä sulattaa että elektrolysoida sitä. Yksi asia, johon voit tutustua käyttää aurinkolämpöä lämmittämällä (esimerkiksi kollektorilla) alumiinioksidi / kryoliitti-seoksen sulattamiseen ja sitten aurinkosähköä vain elektrolyysivaiheeseen. Se olisi melko halvempaa kuin käyttää pelkästään aurinkosähköä sähkölämmittimen käyttämiseen. / p>

Teollisesti kryoliittiseos pidetään sulana johtamalla suuri sähkövirta sen läpi. Sähköä tuottavat yleensä voimalaitokset, koska vaadittu määrä on niin suuri (15 kWh / kg Alcoan mukaan, ja se on vain elektrolyysivaihetta varten). Vaikka hiili- ja kaasuvoima ei ole uusiutuvaa, etuna ovat suhteellisen alhaiset kustannukset yksikköä kohden (mikä ei välttämättä pysy totta seuraavien vuosikymmenien aikana) ja kysynnän mukainen sähköntuotanto (todennäköisesti aina suuri etu aurinkoon verrattuna). .

On myös ydinvoimaa, vesivoimaa ja maalämpöä – jotka kaikki tuottavat suuria määriä vaadittavaa voimaa erittäin edullisesti, kun laitokset on rakennettu.

Kommentit

• Alumiini on kolmanneksi yleisin alkuaine, mutta sitä oli vaikea uuttaa ja puhdistaa ennen Hall – H é -haudeprosessia, joka tuli noin vuonna 1880 ' s. Luonnollisesta runsaudestaan huolimatta alumiinia pidettiin jalometallina ennen vuoden 1880 ' s. Napoleonia ' tärkeimmille vieraille annettiin alumiinisia ruokailuvälineitä, kun taas tavallisemmat vieraat söivät hopeaa.
• @ron – toinen mielenkiintoinen tosiasia: Washingtonin muistomerkki oli alun perin cappe d alumiinilla, koska se oli niin arvokasta. On myös legenda, jonka mukaan Rooman keisari Tiberius teloitti miehen, joka oli väittänyt löytäneensä tavan alumiinin (tai sen, jonka oletetaan olevan alumiinin) puhdistamiseksi, koska hän pelkäsi, että se tekisi varastostaan vähemmän arvokasta.
• Nyt ymmärrän mielestäni kaipaamani, joten prosessi on erittäin kallis, mutta vain mielestäni se on paljon kalliimpaa käyttämällä kemiallisia aineita, kuten kryoliitti (AlF3,3NaF), kryoliitin hinta on noin 600-700 usd tonnia FOB.noin 700 kaksi tonnia alumiinioksidia ~ = 1400 usd ilman elektrolyyttejä, mikä on voimakasta virrankulutusta (kulutettavat hiilianodit) vettä, entä ympäristöverot ja niin edelleen … LME: n alumiinipistehinta on 1936 usd tonnia, ja nyt tulen toinen kysymys, mikä on siellä voittoa? Tarkoitan, että jalostamo työskentelee voittojen kanssa, kuten 100 usd / tonni?
• En tiedä, mitkä voittomarginaalit ovat, mutta voisin kuvitella niiden olevan ohuita koska se on hyvin energiaintensiivinen prosessi ja koska ydinteknologiat eivät kuulu patenttisuojan piiriin. Se riippuu myös voimakkaasti hyödykkeiden hinnoista ja maailmanlaajuisesta kysynnästä – mutta yleensä luulisin, että tarvitset suuren ja tehokkaan toiminnan, jolla on paljon kykyä absorboida hintavaihtelut – minkä vuoksi Alcoa on todennäköisesti selviytynyt ostamalla kilpailijoita. Kryoliitista – muista, että suurin osa siitä voidaan kierrättää.
• Koska alumiinia ei voida uuttaa hiilellä sen sijainnilla metallien reaktiivisuussarjassa, koska se on reaktiivisuussarjassa hiilen yläpuolella (reaktiivisempi kuin hiili) sarjassa) hiili ei ole riittävän reaktiivinen syrjäyttääkseen alumiinin sen yhdisteistä, kuten alumiinioksidista. Mutta entä kalsiummetallin käyttö? Se on reaktiivisempi kuin alumiini. [EDIT: Alin sulamispiste kuin alumiini, mutta entäs liuotettu alumiinioksidi joissakin hapoissa ja sitten reaktiivisissa sarjoissa?]