Kommer uppvärmning av aluminiumoxid (Al2O3) till dess smältpunkt att ge ren Al?

Du har tänkt ut hälften av Hall-Heroult-processen . Smälter bara aluminiumoxid på dess egen kommer inte att frigöra syret. Anledningen är svår att förklara utan att komma in i kemisk termodynamik – ett sätt att tänka på är att det lägsta energitillståndet är ett där syre är bundet till aluminiumoxid – där elektronerna från aluminiumoxid har ”tagits” av syret. I diatomiskt syre ”delas” elektronerna (bindningarna är kovalenta) och så är den totala energin högre. Detta är en mycket kort och inte särskilt detaljerad förklaring, men slutresultatet är att syre och aluminium, om de ges möjlighet, hellre skulle bilda en bindning än inte.

När du lägger till termisk energi, såvida inte det förändrar balansen (det gör inte, åtminstone inte förrän du kommer långt förbi smältpunkten), allt du gör är att göra det mer möjligt för reaktionen att hända. Om du fortsatte, så småningom kan du lägga till tillräckligt med termisk energi för att helt distansera aluminiumoxiden, vid vilken tidpunkt (beroende på hur du gjorde det) kanske du kan ta bort syret och återvinna aluminiumet.

Men mängden energi det krävs för att göra det är extremt stort. Istället visar det sig att det är mycket lättare att helt enkelt tvinga syre för att ge sina elektroner tillbaka till aluminium med en elektrisk potential. När du gör det elektrolysera föreningen och skapa diatomiskt syre vid anoden och aluminium vid katoden.

Hall-Heroult-processen tar detta ytterligare ett steg för att få detta att fungera vid en ännu lägre temperatur (1000 C) genom att lösa aluminiumoxiden i smält kryolit . Som ett resultat är det en av de mest (kanske den mest) effektiva industriella processerna för produktion av aluminium och ansvarar för den omfattande tillgängligheten och låga aluminiumkostnaderna i modern tid (och även för existensen av Alcoa ).

Din idé om att använda solenergi är inte dålig – även om du kanske blir förvånad över hur mycket energi du behöver för att producera aluminium – både för att smälta den och för att elektrolysera den. En sak du kan titta på använder solvärme (till exempel med en kollektor) för att smälta aluminiumoxid / kryolitblandningen och sedan använda solceller bara för elektrolyssteget. Det skulle vara ganska billigare än att bara använda solceller för att driva en elektrisk värmare. / p>

Industriellt hålls kryolitblandningen smält genom att leda en stor elektrisk ström genom den. Elen produceras vanligtvis av kraftverk, eftersom mängden som krävs är så stor (15 kWh / kg enligt Alcoa, och det är bara för elektrolyssteget!). Även om kol- och gaskraft inte kan förnyas, är fördelarna en relativt låg kostnad per kraftenhet (vilket kanske inte stämmer under de närmaste decennierna) och energiproduktion på begäran (sannolikt alltid en stor fördel jämfört med sol) .

Det finns också kärnkraft, vattenkraft och geotermisk kraft – som alla ger stora mängder kraft på begäran mycket billigt, när anläggningarna är byggda.

Kommentarer

• Aluminium är det tredje mest förekommande elementet, men det var svårt att extrahera och rena innan Hall – H é rullprocessen som kom ungefär 1880 ' s. Trots sitt naturliga överflöd ansågs aluminium som en ädelmetall före 1880 ' s. Napoleon ' s viktigaste gäster fick bestick i aluminium medan fler vanliga gäster åt middag med silver.
• @ron – ett annat intressant faktum: Washington-monumentet var ursprungligen kappa d med aluminium, eftersom det var så värdefullt. Det finns också en legend att den romerska kejsaren Tiberius hade avrättat en man som påstod sig ha upptäckt ett sätt att raffinera aluminium (eller vad som antas vara aluminium), eftersom han var rädd att det skulle göra hans lager mindre värdefullt.
• Nu förstår jag vad jag hade missat i mitt sinne, så processen är väldigt dyr men är enligt min mening mycket dyrare med kemiska medel som kryolit (AlF3,3NaF), kryolit går till cirka 600-700 USD per ton FOB.cirka 700 två ton aluminiumoxid ~ = 1400 usd utan elektrolys som är intensivt kraftavloppsvatten (förbrukningsbara kolanoder) vatten, vad sägs om miljöbeskattning och så vidare … Vid LMEs aluminiumpris är 1936 USD ett ton, och nu kommer jag med en andra fråga, vad är egentligen vinsten där? Jag menar att ett raffinaderi kommer att arbeta med vinster som 100 usd / ton?
• Jag vet inte ' vad vinstmarginalerna är, men jag kan tänka mig att de är tunna eftersom det är en mycket energiintensiv process och eftersom kärnteknologierna inte är patentskyddade. Det beror också starkt på råvarupriser och världsomspännande efterfrågan – men i allmänhet skulle jag gissa att du behöver en stor, effektiv operation med mycket förmåga att absorbera prisfluktuationer – vilket är förmodligen varför Alcoa har överlevt genom att köpa upp konkurrenter. Men om kryoliten – kom ihåg att det mesta kan återvinnas.
• Eftersom dess position i reaktivitetsserien av metaller kan aluminium inte extraheras med kol eftersom det ligger över kol i reaktivitetsserien (mer reaktivt än kol i serien) kol är inte tillräckligt reaktivt för att förskjuta aluminium från dess föreningar såsom aluminiumoxid. Men hur är det med kalciummetall? Det är mer reaktivt än aluminium. [EDIT: Lägsta smältpunkt än aluminium, men hur är det med upplöst aluminiumoxid i vissa syror och sedan reaktiva serier?]