Wird durch Erhitzen von Aluminiumoxid (Al2O3) auf seinen Schmelzpunkt reines Al erhalten?

Sie haben die Hälfte des Hall-Heroult-Prozesses herausgefunden. Sie schmelzen nur Aluminiumoxid auf seine eigene wird den Sauerstoff nicht freisetzen. Der Grund ist schwer zu erklären, ohne auf die chemische Thermodynamik einzugehen – eine Möglichkeit, darüber nachzudenken, besteht darin, dass der Zustand mit der niedrigsten Energie ein Zustand ist, in dem Sauerstoff an Aluminiumoxid gebunden ist – in dem die Elektronen aus Aluminiumoxid vom Sauerstoff „aufgenommen“ wurden. In zweiatomigem Sauerstoff werden die Elektronen „geteilt“ (die Bindungen sind kovalent) und somit ist die Gesamtenergie höher. Dies ist eine sehr kurze und nicht sehr detaillierte Erklärung, aber das Endergebnis ist, dass Sauerstoff und Aluminium, wenn sie die Gelegenheit dazu erhalten, lieber eine Bindung eingehen als nicht.

Wenn Sie Wärmeenergie hinzufügen, es sei denn es ändert dieses Gleichgewicht (es tut es nicht, zumindest nicht, bis Sie weit über den Schmelzpunkt hinaus sind), alles was Sie tun, ist es mehr möglich zu machen, dass die Reaktion stattfindet. Wenn Sie weitermachen, Sie könnten schließlich genug Wärmeenergie hinzufügen, um das Aluminiumoxid vollständig zu dissoziieren. An diesem Punkt (abhängig davon, wie Sie es getan haben) können Sie möglicherweise den Sauerstoff entfernen und das Aluminium zurückgewinnen.

Allerdings – die Energiemenge Dies wäre extrem groß. Stattdessen stellt sich heraus, dass es viel einfacher ist, Sauerstoff zu zwingen, seine Elektronen mithilfe eines elektrischen Potentials an Aluminium zurückzugeben. Wenn Sie dies tun, Elektrolyse der Verbindung und Erzeugung von zweiatomigem Sauerstoff an der Anode und Aluminium an der Kathode.

Der Hall-Heroult-Prozess übernimmt dies Ein weiterer Schritt, um diese Arbeit bei einer noch niedrigeren Temperatur (1000 ° C) durchzuführen, indem das Aluminiumoxid in geschmolzenem Kryolith gelöst wird. Infolgedessen ist es eines der effizientesten industriellen Verfahren zur Herstellung von Aluminium (möglicherweise das ) und für die weit verbreitete Verfügbarkeit und die niedrigen Kosten von Aluminium in der heutigen Zeit (und auch für die Existenz) verantwortlich von Alcoa ).

Ihre Vorstellung von der Nutzung von Sonnenenergie ist nicht schlecht – obwohl Sie möglicherweise überrascht sind, wie viel Energie Sie zur Herstellung von Aluminium benötigen -, um es zu schmelzen und zu elektrolysieren. Eine Sache, die Sie sich ansehen könnten verwendet solarthermische Heizung (zum Beispiel mit einem Kollektor), um das Aluminiumoxid / Kryolith-Gemisch zu schmelzen, und verwendet dann Photovoltaik nur für den Elektrolyseschritt. Das wäre ziemlich viel billiger als die Verwendung von Photovoltaik-Strom allein, um eine elektrische Heizung zu betreiben / p>

Industriell wird das Kryolithgemisch durch Durchleiten eines großen elektrischen Stroms geschmolzen gehalten. Der Strom wird normalerweise von Kraftwerken erzeugt, da die Die benötigte Menge ist so groß (15 kWh / kg laut Alcoa, und das ist nur für den Elektrolyseschritt!). Obwohl Kohle- und Gaskraft nicht erneuerbar ist, sind die Vorteile relativ niedrige Kosten pro Energieeinheit (die in den nächsten Jahrzehnten möglicherweise nicht zutreffen) und bedarfsgesteuerte Stromerzeugung (wahrscheinlich immer ein großer Vorteil gegenüber Solarenergie).

Es gibt auch Atom-, Wasserkraft- und Geothermie-Energie, die nach dem Bau der Anlagen sehr kostengünstig große Mengen an On-Demand-Strom liefern.

Kommentare

• Aluminium ist das dritthäufigste Element, es war jedoch schwierig zu extrahieren und zu reinigen, bevor der Hall-H-Prozess é erfolgte ungefähr in den 1880er Jahren ' s. Trotz seiner natürlichen Fülle wurde Aluminium vor den 1880er Jahren als Edelmetall angesehen. ' s. Napoleon ' Die wichtigsten Gäste erhielten Aluminiumbesteck, während gewöhnliche Gäste mit Silber speisten.
• @ron – eine weitere interessante Tatsache: Das Washingtoner Denkmal war ursprünglich eine Kappe d mit Aluminium, weil es so wertvoll war. Es gibt auch eine Legende, dass der römische Kaiser Tiberius einen Mann hinrichten ließ, der behauptet hatte, einen Weg gefunden zu haben, Aluminium (oder was als Aluminium angenommen wird) zu raffinieren, weil er befürchtete, dass dies seinen Vorrat weniger wertvoll machen würde.
• Jetzt verstehe ich, was ich in meinem Kopf vermisst hatte, daher ist der Prozess sehr teuer, aber meiner Meinung nach ist er mit chemischen Mitteln wie Kryolith (AlF3,3NaF) viel teurer. Kryolith liegt bei etwa 600-700 usd a Tonne FOB.ungefähr 700 zwei Tonnen Aluminiumoxid ~ = 1400 usd ohne Elektrolyse, was ein intensiver Stromverbrauch (verbrauchbare Kohlenstoffanoden) ist, was ist mit Umweltbesteuerung und so weiter … Bei LME Aluminium beträgt der Spotpreis 1936 usd eine Tonne, und jetzt komme ich mit eine zweite Frage, was ist der Gewinn dort wirklich? Ich meine, eine Raffinerie arbeitet mit Gewinnen wie 100 USD / Tonne?
• Ich weiß nicht, wie hoch die Gewinnspannen sind, aber ich würde mir vorstellen, dass sie dünn sind da es sich um einen sehr energieintensiven Prozess handelt und die Kerntechnologien nicht patentrechtlich geschützt sind. Es wird auch stark von den Rohstoffpreisen und der weltweiten Nachfrage abhängen – aber im Allgemeinen würde ich vermuten, dass Sie einen großen, effizienten Betrieb mit vielen Möglichkeiten zur Absorption von Preisschwankungen benötigen – was wahrscheinlich der Grund ist, warum Alcoa überlebt hat, indem es Wettbewerber aufgekauft hat. Über den Kryolithen – denken Sie daran, dass das meiste davon recycelt werden kann.
• Aufgrund seiner Position in der Reaktivitätsreihe von Metallen kann Aluminium nicht mit Kohlenstoff extrahiert werden, da es in der Reaktivitätsreihe über Kohlenstoff liegt (reaktiver als Kohlenstoff) in der Reihe) Kohlenstoff ist nicht reaktiv genug, um Aluminium aus seinen Verbindungen wie Aluminiumoxid zu verdrängen. Aber was ist mit Calciummetall? Es ist reaktiver als Aluminium. [EDIT: Niedrigster Schmelzpunkt als Aluminium, aber was ist mit gelöstem Aluminiumoxid in einigen Säuren und dann reaktiven Reihen?]