Il riscaldamento dellallumina (Al2O3) al suo punto di fusione produrrà Al puro?

Hai “capito metà del processo Hall-Heroult . Fondere solo allumina su il suo non libererà lossigeno. Il motivo è difficile da spiegare senza entrare nella termodinamica chimica – un modo per pensarci è che lo stato di energia più bassa è quello in cui lossigeno è legato allallumina – dove gli elettroni dellallumina sono stati “presi” dallossigeno. Nellossigeno biatomico gli elettroni sono “condivisi” (i legami sono covalenti) e quindi lenergia totale è maggiore. Questa è una spiegazione molto breve e non molto dettagliata, ma il risultato finale è che lossigeno e lalluminio, se ne hanno lopportunità, formerebbero un legame piuttosto che no.

Quando si aggiunge energia termica, a meno che cambia quellequilibrio (non lo fa, almeno non fino a quando non si supera il punto di fusione), tutto ciò che stai facendo è rendere più possibile la reazione. Se continui, potresti eventualmente aggiungere abbastanza energia termica per dissociare completamente lallumina, a quel punto (a seconda di come lhai fatto) potresti essere in grado di rimuovere lossigeno e recuperare lalluminio.

Tuttavia, la quantità di energia ci vorrebbe per farlo è estremamente grande. Invece, risulta molto più facile forzare semplicemente lossigeno per restituire i suoi elettroni allalluminio usando un potenziale elettrico. Quando lo fai, elettrolizza il composto e crea ossigeno biatomico allanodo e alluminio al catodo.

Il processo Hall-Heroult prende questo un altro passaggio per farlo funzionare a una temperatura ancora più bassa (1000 C) sciogliendo lallumina in criolite fusa. Di conseguenza, è uno dei processi industriali più (forse il più) efficienti per la produzione di alluminio, ed è responsabile della diffusa disponibilità e del basso costo dellalluminio nei tempi moderni (e anche dellesistenza di Alcoa ).

La tua idea di utilizzare lenergia solare non è male, anche se potresti essere sorpreso dalla quantità di energia necessaria per produrre alluminio, sia per scioglierlo che per elettrolizzarlo. Una cosa che potresti esaminare utilizza il riscaldamento solare termico (con un collettore, ad esempio) per sciogliere la miscela di allumina / criolite e quindi utilizza il fotovoltaico solo per la fase di elettrolisi. Sarebbe un po più economico rispetto allutilizzo della sola elettricità fotovoltaica per far funzionare un riscaldatore elettrico.

Industrialmente , la miscela di criolite viene mantenuta fusa facendo passare una grande corrente elettrica attraverso di essa. Lelettricità è solitamente prodotta dalle centrali elettriche, poiché la quantità richiesta è così grande (15 kWh / kg secondo Alcoa, e questo è solo per la fase di elettrolisi!). Sebbene lenergia a carbone e gas non sia rinnovabile, i vantaggi sono un costo relativamente basso per unità di energia (che potrebbe non rimanere vero nei prossimi decenni) e la generazione di energia su richiesta (probabilmente sarà sempre un grande vantaggio rispetto al solare) .

Cè anche energia nucleare, idroelettrica e geotermica, che forniscono tutte grandi quantità di energia su richiesta a un prezzo molto basso, una volta che gli impianti sono stati costruiti.

Commenti

• Lalluminio è il terzo elemento più abbondante, tuttavia era difficile da estrarre e purificare prima del processo di é roult Hall – H che è venuto circa nel 1880 ' s. Nonostante la sua naturale abbondanza, lalluminio era considerato un metallo prezioso prima del 1880 ' s. Napoleone ' agli ospiti più importanti sono state date posate di alluminio, mentre gli ospiti più comuni hanno cenato con largento.
• @ron – un altro fatto interessante: il monumento a Washington era originariamente cappe d con lalluminio, perché era così prezioso. Cè anche una leggenda secondo cui limperatore romano Tiberio fece giustiziare un uomo che aveva affermato di aver scoperto un modo di raffinare lalluminio (o quello che si presume essere lalluminio), perché temeva che avrebbe reso le sue scorte meno preziose.
• Ora capisco cosa mi ero perso nella mia mente, quindi il processo è molto costoso ma solo secondo me è molto più costoso usando agenti chimici come la criolite (AlF3,3NaF), la criolite va a circa 600-700 usd a tonnellata FOB.circa 700 due tonnellate di allumina ~ = 1400 usd senza elettrolisi che è un consumo energetico intensivo (anodi di carbonio consumabili) acqua, che dire della tassazione ambientale e così via … Al prezzo spot dellalluminio LME è di 1936 usd una tonnellata, e ora vengo con una seconda domanda, qual è davvero il profitto lì? Voglio dire che una raffineria funzionerà con profitti come 100 usd / tonnellata?
• Non ' non so quali siano i margini di profitto, ma immagino che siano esigui poiché è un processo ad alta intensità energetica e poiché le tecnologie di base non sono protette da brevetto. Dipenderà anche fortemente dai prezzi delle materie prime e dalla domanda mondiale – ma in generale immagino che sia necessaria unoperazione ampia ed efficiente con molte capacità per assorbire le fluttuazioni dei prezzi – che è probabilmente il motivo per cui Alcoa è sopravvissuta acquistando concorrenti. Per quanto riguarda la criolite, tuttavia, ricorda che la maggior parte può essere riciclata.
• Poiché la sua posizione nella serie di reattività dei metalli, lalluminio non può essere estratto usando il carbonio perché è al di sopra del carbonio nella serie di reattività (più reattivo del carbonio nella serie) il carbonio non è abbastanza reattivo da sostituire lalluminio dai suoi composti come lossido di alluminio. Ma per quanto riguarda lutilizzo di calcio metallico? È più reattivo dellalluminio. [EDIT: punto di fusione più basso dellalluminio, ma per quanto riguarda lossido di alluminio disciolto in alcuni acidi e quindi le serie reattive?]