O aquecimento da alumina (Al2O3) até seu ponto de fusão produzirá Al puro?

Você descobriu metade do processo Hall-Heroult . Apenas derretendo alumina em seu próprio não liberará o oxigênio. A razão é difícil de explicar sem entrar na termodinâmica química – uma maneira de pensar sobre isso é que o estado de energia mais baixa é aquele em que o oxigênio é ligado à alumina – onde os elétrons da alumina foram “levados” pelo oxigênio. No oxigênio diatômico, os elétrons são “compartilhados” (as ligações são covalentes) e, portanto, a energia total é maior. Esta é uma explicação muito breve e não muito detalhada, mas o resultado final é que o oxigênio e o alumínio, se tivessem a oportunidade, prefeririam formar uma ligação do que não.

Quando você adiciona energia térmica, a menos que ele muda esse equilíbrio (não muda, pelo menos não até você passar do ponto de fusão), tudo que você está fazendo é tornar mais possível para a reação acontecer. Se você continuou, você poderia eventualmente adicionar energia térmica suficiente para dissociar completamente a alumina, e nesse ponto (dependendo de como você fez isso) você poderá remover o oxigênio e recuperar o alumínio.

No entanto, a quantidade de energia seria necessário para fazer isso é extremamente grande. Em vez disso, é muito mais fácil simplesmente forçar o oxigênio a devolver seus elétrons ao alumínio usando um potencial elétrico. Ao fazer isso, você eletrolisar o composto e criar oxigênio diatômico no ânodo e alumínio no cátodo.

O processo Hall-Heroult leva isso outra etapa para fazer isso funcionar a uma temperatura ainda mais baixa (1000 C), dissolvendo a alumina em criolita fundida. Como resultado, é um dos processos industriais mais (talvez o mais) eficientes para a produção de alumínio, sendo responsável pela grande disponibilidade e baixo custo do alumínio nos tempos modernos (e também pela existência da Alcoa ).

Sua ideia sobre o uso de energia solar não é ruim – embora você possa se surpreender com a quantidade de energia necessária para produzir alumínio – tanto para derretê-lo quanto para eletrolisá-lo. Uma coisa que você pode examinar está usando aquecimento solar térmico (com um coletor, por exemplo) para derreter a mistura de alumina / criolita e, em seguida, usa energia fotovoltaica apenas para a etapa de eletrólise. Isso seria um pouco mais barato do que usar eletricidade fotovoltaica sozinha para acionar um aquecedor elétrico.

Industrialmente , a mistura de criolita é mantida derretida ao passar uma grande corrente elétrica por ela. A eletricidade é geralmente produzida por usinas de energia, uma vez que o quantidade necessária é muito grande (15 kWh / kg de acordo com a Alcoa, e isso é apenas para a etapa de eletrólise!). Embora a energia a carvão e a gás não seja renovável, as vantagens são um custo relativamente baixo por unidade de energia (que pode não permanecer verdadeiro nas próximas décadas) e geração de energia sob demanda (provavelmente sempre será uma grande vantagem sobre a solar) .

Há também energia nuclear, hidrelétrica e geotérmica – todas as quais fornecem grandes quantidades de energia sob demanda com baixo custo, uma vez que as usinas são construídas.

Comentários

• O alumínio é o terceiro elemento mais abundante, no entanto, era difícil de extrair e purificar antes do processo Hall – H é roult que veio aproximadamente em 1880 ' s. Apesar de sua abundância natural, o alumínio era considerado um metal precioso antes de 1880 ' s. Napoleão ' s convidados mais importantes receberam talheres de alumínio, enquanto convidados mais comuns jantavam com prata.
• @ron – outro fato interessante: o monumento de Washington foi originalmente cappe d com alumínio, porque era muito valioso. Também existe a lenda de que o imperador romano Tibério mandou executar um homem que afirmava ter descoberto uma maneira de refinar o alumínio (ou o que se presume ser o alumínio), porque temia que isso tornasse seu estoque menos valioso.
• Agora eu entendo o que eu perdi em minha mente, então o processo é muito caro, mas na minha opinião é muito mais caro usando agentes químicos como a criolita (AlF3,3NaF), a criolita custa cerca de 600-700 usd tonelada FOB.cerca de 700 duas toneladas de alumina ~ = 1400 usd sem eletrólise, que é uma drenagem intensiva de energia (ânodos de carbono consumíveis), água, que tal Tributação Ambiental e assim por diante … Na LME, o preço spot do alumínio é 1936 usd a tonelada, e agora uma segunda pergunta, qual é realmente o lucro aí? Quer dizer, uma refinaria funcionará com lucros de 100 usd / tonelada?
• Não ' não sei quais são as margens de lucro, mas imagino que sejam pequenas uma vez que é um processo que consome muita energia e as tecnologias essenciais estão fora da proteção de patente. Também dependerá fortemente dos preços das commodities e da demanda mundial – mas, em geral, acho que você precisa de uma operação grande e eficiente com muita capacidade para absorver as flutuações de preço – o que provavelmente é o motivo pelo qual a Alcoa sobreviveu comprando concorrentes. Porém, sobre a criolita – lembre-se de que a maior parte dela pode ser reciclada.
• Devido à sua posição na série de reatividade dos metais, o alumínio não pode ser extraído usando carbono porque está acima do carbono na série de reatividade (mais reativo do que o carbono na série) o carbono não é reativo o suficiente para deslocar o alumínio de seus compostos, como o óxido de alumínio. Mas que tal usar cálcio-metal? É mais reativo que o alumínio. [EDIT: O ponto de fusão mais baixo do que o alumínio, mas e quanto ao óxido de alumínio dissolvido em alguns ácidos e depois em séries reativas?]