Zal het verhitten van aluminiumoxide (Al2O3) tot het smeltpunt zuiver Al opleveren?

U “heeft de helft van het Hall-Heroult-proces ontdekt. Gewoon aluminiumoxide smelten op zijn eigen zal de zuurstof niet vrijmaken. De reden is moeilijk uit te leggen zonder in de chemische thermodynamica te komen – een manier om erover na te denken is dat de laagste energietoestand er een is waarin zuurstof is gebonden aan aluminiumoxide – waarbij de elektronen van aluminiumoxide zijn “opgenomen” door de zuurstof. In twee atomen zuurstof zijn de elektronen “gedeeld” (de bindingen zijn covalent) en dus is de totale energie hoger. Dit is een erg korte en niet erg gedetailleerde uitleg, maar het eindresultaat is dat zuurstof en aluminium, als ze de kans krijgen, liever een band vormen dan niet.

Wanneer je thermische energie toevoegt, tenzij het verandert die balans (het gebeurt niet, tenminste niet totdat je ver voorbij het smeltpunt bent), het enige wat je doet is het meer mogelijk maken dat de reactie plaatsvindt. Als je doorgaat, je zou uiteindelijk genoeg thermische energie kunnen toevoegen om het aluminiumoxide volledig te dissociëren, waarna je (afhankelijk van hoe je het deed) de zuurstof zou kunnen verwijderen en het aluminium zou kunnen terugwinnen.

Maar – de hoeveelheid energie hiervoor is extreem groot. In plaats daarvan blijkt het veel gemakkelijker te zijn om zuurstof simpelweg te dwingen zijn elektronen terug te geven aan aluminium met behulp van een elektrisch potentieel. Als je dat doet, elektrolyseren de verbinding en creëer diatomische zuurstof aan de anode en aluminium aan de kathode.

Het Hall-Heroult-proces neemt dit nog een stap om dit te laten werken bij een nog lagere temperatuur (1000 ° C) door het aluminiumoxide op te lossen in gesmolten cryoliet . Als gevolg hiervan is het een van de meest (misschien de meest) efficiënte industriële processen voor het produceren van aluminium, en is het verantwoordelijk voor de wijdverbreide beschikbaarheid en lage kosten van aluminium in moderne tijden (en ook voor het bestaan van Alcoa ).

Jouw idee over het gebruik van zonne-energie is niet slecht – hoewel je misschien verbaasd zult zijn over de hoeveelheid energie die je nodig hebt om aluminium te produceren – zowel om het te smelten als om het te elektrolyseren. Een ding waar je misschien naar zou moeten kijken is het gebruik van thermische zonne-energie (met bijvoorbeeld een collector) om het aluminiumoxide / cryolietmengsel te smelten en vervolgens fotovoltaïsche zonne-energie te gebruiken alleen voor de elektrolysestap. Dat zou een stuk goedkoper zijn dan alleen fotovoltaïsche elektriciteit gebruiken om een elektrische verwarming te laten draaien. / p>

Industrieel wordt het cryolietmengsel gesmolten door er een grote elektrische stroom doorheen te leiden. De elektriciteit wordt meestal geproduceerd door energiecentrales, aangezien de de benodigde hoeveelheid is zo groot (15 kWh / kg volgens Alcoa, en dat is alleen voor de elektrolysestap!). Hoewel kolen- en gasstroom niet hernieuwbaar is, zijn de voordelen relatief lage kosten per eenheid stroom (die in de komende decennia misschien niet waar blijven) en on-demand stroomopwekking (waarschijnlijk altijd een groot voordeel ten opzichte van zonne-energie) .

Er is ook nucleaire, hydro-elektrische en geothermische energie – die allemaal tegen zeer lage kosten grote hoeveelheden stroom op aanvraag leveren, zodra de centrales zijn gebouwd.

Opmerkingen

• Aluminium is het derde meest voorkomende element, maar het was moeilijk te extraheren en te zuiveren voorafgaand aan het Hall-H é roult-proces dat kwam ongeveer in de jaren 1880 ' s. Ondanks zijn natuurlijke overvloed werd aluminium vóór de ' s van 1880 beschouwd als een edelmetaal. Napoleon ' s belangrijkste gasten kregen aluminium bestek terwijl meer gewone gasten met zilver aten.
• @ron – nog een interessant feit: het Washington-monument was oorspronkelijk cappe d met aluminium, omdat het zo waardevol was. Er is ook een legende dat de Romeinse keizer Tiberius een man liet executeren die beweerde een manier te hebben ontdekt om aluminium te verfijnen (of waarvan wordt aangenomen dat het aluminium is), omdat hij bang was dat zijn voorraad daardoor minder waard zou worden.
• Nu begrijp ik wat ik in mijn hoofd had gemist, dus het proces is erg duur, maar naar mijn mening is het veel duurder met chemische middelen zoals cryoliet (AlF3,3NaF), cryoliet kost ongeveer 600-700 usd per ton FOB.ongeveer 700 twee ton aluminiumoxide ~ = 1400 usd zonder elektrolyse, wat een intensieve stroomafvoer is (verbruikbare koolstofanodes) water, hoe zit het met milieubelasting enzovoort … Bij LME is de spotprijs van aluminium 1936 usd per ton, en nu kom ik met een tweede vraag, wat is daar eigenlijk de winst? Ik bedoel, een raffinaderij zal werken met winsten als 100 usd / ton?
• Ik weet niet ' wat de winstmarges zijn, maar ik kan me voorstellen dat ze dun zijn aangezien het een zeer energie-intensief proces is en aangezien de kerntechnologieën niet door een octrooi worden beschermd. Het zal ook sterk afhangen van de grondstoffenprijzen en de wereldwijde vraag – maar in het algemeen denk ik dat je een grote, efficiënte operatie nodig hebt met veel mogelijkheden om prijsschommelingen op te vangen – wat waarschijnlijk de reden is waarom Alcoa het heeft overleefd door concurrenten op te kopen. Maar over het cryoliet – onthoud dat het meeste ervan kan worden gerecycled.
• Vanwege zijn positie in de reactiviteitsreeks van metalen, kan aluminium niet worden geëxtraheerd met koolstof omdat het zich boven koolstof bevindt in de reactiviteitsreeks (reactiever dan koolstof in de serie) is koolstof niet reactief genoeg om aluminium te verdringen van zijn verbindingen zoals aluminiumoxide. Maar hoe zit het met het gebruik van calciummetaal? Het is reactiever dan aluminium. [EDIT: Laagste smeltpunt dan aluminium, maar hoe zit het met opgeloste aluminiumoxide in sommige zuren en vervolgens reactieve series?]