Czy ogrzewanie tlenku glinu (Al2O3) do jego temperatury topnienia daje czysty Al?

Znalazłeś już połowę procesu Halla-Heroulta . Po prostu topisz tlenek glinu sam nie uwalnia tlenu. Powód jest trudny do wyjaśnienia bez zagłębiania się w termodynamikę chemiczną – jednym ze sposobów myślenia jest to, że najniższy stan energii to stan, w którym tlen jest związany z tlenkiem glinu – gdzie elektrony z tlenku glinu zostały „pobrane” przez tlen. W tlenie dwuatomowym elektrony są „wspólne” (wiązania są kowalencyjne), więc całkowita energia jest wyższa. Jest to bardzo krótkie i niezbyt szczegółowe wyjaśnienie, ale efekt końcowy jest taki, że tlen i aluminium, gdyby nadarzyła się okazja, wolałyby raczej utworzyć wiązanie niż nie.

Gdy dodajesz energię cieplną, chyba że zmienia tę równowagę (nie zmienia się, przynajmniej dopóki nie przekroczysz punktu topnienia), jedyne, co robisz, to sprawianie, że reakcja będzie bardziej możliwa. Jeśli będziesz kontynuować, w końcu możesz dodać wystarczającą ilość energii cieplnej, aby całkowicie oddzielić tlenek glinu, w którym to momencie (w zależności od tego, jak to zrobiłeś) możesz być w stanie usunąć tlen i odzyskać aluminium.

Jednak – ilość energii by to zrobić, jest bardzo duże. Okazuje się, że znacznie łatwiej jest po prostu zmusić tlen do oddania elektronów z powrotem do aluminium przy użyciu potencjału elektrycznego. Gdy to zrobisz, elektrolizuje związek i tworzy dwuatomowy tlen na anodzie i aluminium na katodzie.

Proces Hall-Heroulta bierze to kolejny krok, aby to działało w jeszcze niższej temperaturze (1000 ° C), rozpuszczając tlenek glinu w stopionym kriolicie . W rezultacie jest to jeden z najbardziej (być może najbardziej ) wydajnych procesów przemysłowych do produkcji aluminium i odpowiada za powszechną dostępność i niski koszt aluminium w dzisiejszych czasach (a także za istnienie of Alcoa ).

Twój pomysł na wykorzystanie energii słonecznej nie jest zły – chociaż możesz być zaskoczony ilością energii potrzebnej do produkcji aluminium – zarówno do jego stopienia, jak i do elektrolizy. Jedna rzecz, na którą możesz spojrzeć korzysta z termicznego ogrzewania słonecznego (na przykład za pomocą kolektora) do stopienia mieszanki tlenku glinu / kriolitu, a następnie używa fotowoltaiki tylko do etapu elektrolizy. Byłoby to o wiele tańsze niż używanie samej energii fotowoltaicznej do napędzania grzejnika elektrycznego.

W przemyśle mieszanina kriolitu jest utrzymywana w stanie stopionym przez przepuszczanie przez nią dużego prądu elektrycznego. Energia elektryczna jest zwykle wytwarzana przez elektrownie, ponieważ wymagana ilość jest tak duża (15 kWh / kg według Alcoa, a to tylko na etap elektrolizy!). Chociaż energia z węgla i gazu nie jest odnawialna, zalety to stosunkowo niski koszt na jednostkę mocy (co może nie pozostać prawdą w ciągu najbliższych kilku dekad) i wytwarzanie energii na żądanie (prawdopodobnie zawsze będzie dużą przewagą nad energią słoneczną). .

Istnieje również energia jądrowa, hydroelektryczna i geotermalna – z których wszystkie zapewniają duże ilości energii na żądanie bardzo niedrogo po wybudowaniu elektrowni.

Komentarze

• Trzecim pod względem liczebności pierwiastkiem jest aluminium, jednak jego ekstrakcja i oczyszczanie przed procesem Hall-H é roult było trudne mniej więcej w 1880 roku ' s. Pomimo swojej naturalnej obfitości aluminium było uważane za metal szlachetny przed ' s. Napoleonem ' najważniejsi goście otrzymali aluminiowe sztućce, podczas gdy zwykli goście jedli srebrne kolacje.
• @ron – kolejny interesujący fakt: pomnik Waszyngtona był pierwotnie cappe d z aluminium, ponieważ było tak cenne. Istnieje również legenda, że rzymski cesarz Tyberiusz kazał stracić człowieka, który twierdził, że odkrył sposób rafinacji aluminium (lub tego, co uważa się za aluminium), ponieważ obawiał się, że jego zapasy staną się mniej wartościowe.
• Teraz rozumiem, co przegapiłem w głowie, więc proces jest bardzo drogi, ale moim zdaniem jest znacznie droższy przy użyciu środków chemicznych, takich jak kriolit (AlF3,3NaF), kriolit kosztuje około 600-700 USD za tony FOB.około 700 dwie tony tlenku glinu ~ = 1400 USD bez elektrolizy, czyli intensywne odprowadzanie energii (zużywalne anody węglowe) woda, a co z podatkami środowiskowymi i tak dalej … Na LME cena spot aluminium wynosi 1936 USD za tonę, a teraz przychodzę z drugie pytanie, jaki tak naprawdę jest zysk? Mam na myśli to, że rafineria będzie pracować z zyskami takimi jak 100 USD / tonę?
• Nie ' nie wiem, jakie są marże, ale wyobrażam sobie, że są one niewielkie ponieważ jest to proces bardzo energochłonny, a podstawowe technologie nie podlegają ochronie patentowej. Będzie to również silnie zależeć od cen towarów i światowego popytu – ale generalnie sądzę, że potrzebna jest duża, wydajna operacja z dużą zdolnością do absorbowania wahań cen – i prawdopodobnie dlatego Alcoa przetrwała, wykupując konkurentów. Ale jeśli chodzi o kriolit – pamiętaj, że większość z niego można poddać recyklingowi.
• Ze względu na jego pozycję w szeregu reaktywności metali, aluminium nie może być ekstrahowane za pomocą węgla, ponieważ jest powyżej węgla w szeregu reaktywności (bardziej reaktywny niż węgiel w serii) węgiel nie jest wystarczająco reaktywny, aby wyprzeć aluminium z jego związków, takich jak tlenek glinu. Ale co z używaniem metalu wapnia? Jest bardziej reaktywny niż aluminium. [EDYCJA: Najniższa temperatura topnienia niż aluminium, ale co z rozpuszczonym tlenkiem glinu w niektórych kwasach, a następnie z seriami reaktywnymi?]

Przepuszczanie tlenku glinu przez wystarczająco gorący płomień spowoduje powstanie szafirów, rubinów i (między innymi) kamieni szlachetnych typu korund, znanych również jako„ proces Verneuil ”.
Wiele kamieni wytworzonych przez człowieka są wykonane w podobny sposób. Oto wideo wyjaśniające to.

Komentarze

• Witamy w chemii .se! Jeśli masz pytania dotyczące upiększania swoich postów, zajrzyj do centrum pomocy . Chcesz dowiedzieć się więcej o tej witrynie, skorzystaj z prezentacji .