Vil oppvarming av aluminiumoksyd (Al2O3) til smeltepunktet gi rent Al?

Du har funnet ut den ene halvdelen av Hall-Heroult-prosessen . Bare å smelte alumina på sin egen vil ikke frigjøre oksygenet. Årsaken er vanskelig å forklare uten å komme inn i kjemisk termodynamikk – en måte å tenke på det er at den laveste energitilstanden er en der oksygen er bundet til aluminiumoksyd – der elektronene fra aluminiumoksyd har blitt «tatt» av oksygenet. I diatomisk oksygen blir elektronene «delt» (bindingene er kovalente), og dermed er den totale energien høyere. Dette er en veldig kort og ikke veldig detaljert forklaring, men sluttresultatet er at oksygen og aluminium, hvis de får muligheten, heller vil danne en binding enn ikke.

Når du tilfører termisk energi, med mindre det endrer balansen (det gjør det ikke, i det minste ikke før du kommer langt forbi smeltepunktet), alt du gjør er å gjøre det mer mulig for reaksjonen å skje. Hvis du fortsatte, du kan til slutt legge til nok varmeenergi til å distansere aluminiumoksyd helt, og på hvilket tidspunkt (avhengig av hvordan du gjorde det) kan du kanskje fjerne oksygen og gjenvinne aluminiumet.

Imidlertid – mengden energi det tar å gjøre det er ekstremt stort. I stedet viser det seg å være mye lettere å bare tvinge oksygen til å gi elektronene tilbake til aluminium ved hjelp av et elektrisk potensial. Når du gjør det, elektrolysere forbindelsen og skape diatomisk oksygen ved anoden og aluminium ved katoden.

Hall-Heroult-prosessen tar dette et annet trinn for å få dette til å fungere ved en enda lavere temperatur (1000 C) ved å oppløse aluminiumoksydet i smeltet kryolitt . Som et resultat er det en av de mest (kanskje den mest) effektive industrielle prosessene for produksjon av aluminium, og er ansvarlig for den utbredte tilgjengeligheten og lave kostnadene for aluminium i moderne tid (og også for eksistensen av Alcoa ).

Din idé om bruk av solenergi er ikke dårlig – selv om du kanskje blir overrasket over hvor mye energi du trenger for å produsere aluminium – både for å smelte den og for å elektrolysere den. En ting du kan se på bruker solvarme (for eksempel med en kollektor) for å smelte aluminiumoksyd / kryolittblandingen, og deretter bruke solcelleanlegg bare for elektrolysetrinnet. Det ville være ganske billigere enn å bruke solcellestrøm alene for å kjøre en elektrisk varmeapparat. / p>

Industrielt holdes kryolittblandingen smeltet ved å føre en stor elektrisk strøm gjennom den. Elektrisiteten produseres vanligvis av kraftverk, siden mengden som kreves er så stor (15 kWh / kg ifølge Alcoa, og det er bare for elektrolysetrinnet!). Selv om kull og gass ikke kan fornyes, er fordelene relativt lave kostnader per kraftenhet (som kanskje ikke holder seg i løpet av de neste tiårene) og behovsbasert kraftproduksjon (sannsynligvis alltid en stor fordel i forhold til sol) .

Det er også kjernekraft, vannkraft og geotermisk kraft – som alle gir store mengder krefter på forespørsel veldig billig når anleggene er bygget.

Kommentarer

• Aluminium er det tredje mest utbredte elementet, men det var vanskelig å trekke ut og rense før Hall – H é rulleprosessen som kom omtrent i 1880 ' s. Til tross for sin naturlige overflod ble aluminium ansett som et edelt metall før 1880 ' s. Napoleon ' s viktigste gjester fikk aluminiumsbestikk mens flere vanlige gjester spiste med sølv.
• @ron – et annet interessant faktum: Washington-monumentet var opprinnelig kappe d med aluminium, fordi det var så verdifullt. Det er også en legende om at den romerske keiseren Tiberius hadde henrettet en mann som hadde hevdet å ha oppdaget en måte å raffinere aluminium (eller det som antas å være aluminium), fordi han var redd det ville gjøre lageret hans mindre verdifullt.
• Nå forstår jeg hva jeg savnet i tankene mine, så prosessen er veldig kostbar, men bare etter min mening er det mye dyrere å bruke kjemiske midler som kryolitt (AlF3,3NaF), kryolitt går på ca 600-700 usd a tonn FOB.ca 700 to tonn aluminiumoksyd ~ = 1400 usd uten elektrolyse som er intensiv kraftavløp (forbrukbare karbonanoder) vann, hva med miljøbeskatning og så videre … Til LME er spotprisen i aluminium 1936 USD per tonn, og nå kommer jeg med et andre spørsmål, hva er egentlig fortjenesten der? Jeg mener et raffineri vil jobbe med fortjeneste som 100 usd / tonn?
• Jeg vet ikke ' ikke hva fortjenestemarginen er, men jeg kan forestille meg at de er tynne siden det er en veldig energiintensiv prosess og siden kjerneteknologiene ikke er patentbeskyttet. Det vil også avhenge sterkt av råvarepriser og verdensomspennende etterspørsel – men generelt vil jeg gjette at du trenger en stor, effektiv operasjon med mye evne til å absorbere prissvingninger – og det er sannsynligvis grunnen til at Alcoa har overlevd ved å kjøpe opp konkurrenter. Om kryolitten skjønt – husk det meste av det kan resirkuleres.
• Fordi dets posisjon i reaktivitetsserien av metaller, kan aluminium ikke ekstraheres med karbon fordi det er over karbon i reaktivitetsserien (mer reaktiv enn karbon i serien) karbon er ikke reaktivt nok til å fortrenge aluminium fra dets forbindelser som aluminiumoksid. Men hva med å bruke kalsiummetall? Det er mer reaktivt enn aluminium. [EDIT: Laveste smeltepunkt enn aluminium, men hva med oppløst aluminiumoksid i noen syrer og deretter reaktive serier?]