내 무기 화학은 기본 수준이므로 알루미나 ($ \ ce {Al2O3} $)를 녹는 점까지 가열하면 문제가 발생합니다. 약 2000 C, 순수한 Al으로 마무리됩니까? 나는 온도가 2000C에 가까워지면 $ \ ce {Al2O3} $에서 산소가 방출 될 것이라고 생각합니다.
나는 우리 마을 근처의 정유소에서 일하는 친구에게서 5kg을 샀습니다. 화학적 배경이 없음) 1.75 $의 거의 순수한 알루미나 ~ 99.95 %로,이 흰색 분말을 녹이면 2.5kg의 99.95 % 알루미늄을 얻을 수 있는지 알고 싶습니다.
답변
Hall-Heroult 프로세스 의 절반을 알아 냈습니다. 알루미나를 녹이기 만하면됩니다. 그 자체는 산소를 해방시키지 않습니다. 그 이유는 화학적 열역학에 들어 가지 않고는 설명하기 어렵습니다. 생각할 수있는 한 가지 방법은 가장 낮은 에너지 상태가 산소가 알루미나에 결합되어있는 상태이기 때문입니다. 여기서 알루미나의 전자는 산소에 의해 “취득”되었습니다. 이원자 산소에서 전자는 “공유”(결합은 공유)이므로 총 에너지는 더 높습니다. 이것은 매우 간단하고 자세하지 않은 설명이지만, 최종 결과는 기회가 주어지면 산소와 알루미늄이 결합을 형성하지 않을 것입니다.
열 에너지를 추가 할 때 그 균형을 변경합니다 (적어도 녹는 점을 지나기 전까지는 안됩니다). 당신이하는 일은 반응이 일어날 수 있도록 더 가능하게하는 것입니다. 계속 진행한다면, 결국 알루미나를 완전히 해리 할 수있는 충분한 열 에너지를 추가 할 수 있으며, 이때 (어떻게 수행했는지에 따라) 산소를 제거하고 알루미늄을 회수 할 수 있습니다.
그러나-에너지의 양 그렇게하려면 매우 큰 크기입니다. 대신 전위를 사용하여 산소를 강제로 전자를 알루미늄으로 되 돌리는 것이 훨씬 더 쉽습니다. 이렇게하면 전해질 양극에서 이원자 산소를 생성하고 음극에서 알루미늄을 생성합니다.
Hall-Heroult 프로세스는 이것을 취합니다. 용융 된 빙정석 에 알루미나를 용해하여 훨씬 낮은 온도 (1000 ° C)에서이 작업을 수행하는 또 다른 단계입니다. 그 결과 알루미늄 생산을위한 가장 효율적인 (아마도 가장 ) 효율적인 산업 공정 중 하나이며 현대에 알루미늄의 광범위한 가용성과 저렴한 비용을 책임지고 있습니다. of Alcoa ).
태양 에너지를 사용하는 것에 대한 당신의 생각은 나쁘지 않습니다. 알루미늄을 생산하는 데 필요한 에너지의 양에 놀라실 수도 있습니다. 알루미늄을 녹이고 전기 분해하는 데 둘 다 말입니다. 태양열 난방 (예 : 집열기 사용)을 사용하여 알루미나 / 빙정석 혼합물을 녹인 다음 전기 분해 단계에만 태양 광 발전을 사용합니다. 전기 히터를 작동하기 위해 태양 광 전기를 단독으로 사용하는 것보다 훨씬 저렴합니다.
공업 적으로 빙정석 혼합물은 큰 전류를 통과시켜 용융 상태로 유지됩니다. 전기는 일반적으로 발전소에서 생산됩니다. 필요한 양이 너무 큽니다 (Alcoa에 따르면 15kWh / kg이며 이는 전기 분해 단계에만 해당됩니다!). 석탄 및 가스 전력은 재생 가능하지 않지만 이점은 전력 단위당 상대적으로 낮은 비용 (향후 수십 년 동안 그대로 유지되지 않을 수 있음)과 주문형 발전 (항상 태양 광보다 큰 이점이 될 가능성이 있음)입니다. .
원자력, 수력, 지열도 있습니다. 발전소가 건설되면 매우 저렴한 비용으로 많은 양의 주문형 전력을 제공합니다.
댓글
- 알루미늄은 세 번째로 풍부한 원소이지만 Hall–H é 공정 과정 이전에는 추출 및 정제가 어려웠습니다. 약 1880 년 '. 자연적으로 풍부하지만 알루미늄은 1880 ' 이전에 귀금속으로 간주되었습니다. 나폴레옹 ' 가장 중요한 손님에게는 알루미늄 칼 붙이가 제공되고 평범한 손님은은으로 식사를했습니다.
- @ron-또 다른 흥미로운 사실 : 워싱턴 기념비는 원래 모자였습니다. d는 알루미늄으로 만들었습니다. 로마 황제 티 베리우스가 알루미늄 (또는 알루미늄으로 추정되는 것)을 정제하는 방법을 발견했다고 주장한 사람을 처형했다는 전설도 있습니다. 그가 비축 품의 가치를 떨어 뜨릴 까 봐 두려워했기 때문입니다.
- 이제 제가 마음 속으로 놓친 것을 이해합니다. 그래서 그 과정은 매우 비싸지 만 제 생각에는 빙정석 (AlF3,3NaF)과 같은 화학 물질을 사용하면 훨씬 더 비쌉니다. 빙정석은 약 600-700 USD입니다. 톤 FOB.약 700 2 톤의 알루미나 ~ = 전기 분해없이 1400 usd (집중적 인 전력 드레인 (소비 탄소 양극) 물), 환경 세금 등은 어떻습니까? LME에서 알루미늄 현물 가격은 1936 USD 1입니다. 두 번째 질문입니다. 실제로 수익은 무엇입니까? 정유소가 100 USD / 톤과 같은 수익으로 작동한다는 의미입니까?
- 수익 마진이 무엇인지 ' 저는 잘 모르지만 얇다 고 생각합니다. 매우 에너지 집약적 인 프로세스이고 핵심 기술이 특허 보호를받지 못하기 때문입니다. 또한 원자재 가격과 전 세계 수요에 크게 의존 할 것입니다.하지만 일반적으로 가격 변동을 흡수 할 수있는 많은 기능을 갖춘 대규모의 효율적인 운영이 필요하다고 생각합니다. 이것이 Alcoa가 경쟁 업체를 인수하여 살아남은 이유 일 것입니다. 빙정석에 관해서는 대부분 재활용이 가능하다는 것을 기억하십시오.
- 알루미늄은 반응성 계열의 금속에서 위치하기 때문에 반응성 계열에서 탄소보다 높기 때문에 탄소를 사용하여 추출 할 수 없습니다 (탄소보다 반응성이 더 높음). 시리즈에서) 탄소는 알루미늄 산화물과 같은 화합물에서 알루미늄을 대체하기에 충분히 반응성이 없습니다. 그러나 칼슘 금속을 사용하는 것은 어떻습니까? 알루미늄보다 반응성이 높습니다. [편집 : 알루미늄보다 융점이 가장 낮지 만 일부 산에 산화 알루미늄을 용해시킨 다음 반응성 시리즈는 어떻습니까?]