2023 Autor: Jake Johnson | [email protected]. Zadnja izmjena: 2023-05-24 23:12
Brojni postupci u metalurgiji se izvode korištenjem električne energije. Među svima njima posebno se izdvajaju postupci elektrolitičkog tipa koji su indicirani za dobivanje različitih redukcijskih metala, kao što su kalij, aluminij ili magnezij, između ostalih. Oni se nalaze u gornjem dijelu serije standardnih redukcijskih potencijala, tako da nije lak zadatak postići ih korištenjem kemijskih reduktora. Elektrolizom njihovih ruda, metal se dobija u svakom slučaju na katodi rezervoara za elektrolizu. Zatim ćemo detaljnije pogledati primjer aluminija.
Aluminijum:
Aluminijum se nalazi u zemljinoj kori, gde zauzima 7,5% njene mase, zbog čega se kaže da je najzastupljeniji metal u njemu. Obično se nalazi uglavnom u obliku silikata.
Aluminijum je metal male gustine, prilično savitljiv i otporan, zahvaljujući svom spoljašnjem sloju, na koroziju, takođe ima dobru provodljivost, toplotnu i električnu.
Ovaj metal formira legure sa mnogim drugim elementima, od velikog interesa zbog svoje korisnosti. Može formirati legure sa manganom, silicijumom, bakrom, magnezijumom itd., značajno poboljšavajući sopstvena svojstva, pa je tako korisniji za primenu u građevinarstvu, u proizvodnjipredmeti i pribor, u aeronautici, u željezničkoj i automobilskoj industriji, itd.
Za dobijanje aluminijuma koristi se kontejner (elektrolitička ćelija), prateći proceduru poznatu kao Hall-Héroult, koja je otkrivena 1886.
Da bismo izvršili proceduru, počinjemo sa jedinjenjem Boksit, mineralom koji se inače javlja u nečistom obliku (Al2O3.n H2O), pomiješan sa silicijum dioksidom i različitim titanovim oksidima i željezo.
Za elektrolizu je potrebna ruda visoke čistoće, tako da je boksit prethodno prečišćen do čiste aluminij (Al2O3).
Za snižavanje tačke topljenja (kao fluksa) Al2O3, koja iznosi oko 2045ºC, a takođe i kao jonizujući medij, koristi se jedinjenje kriolita (Na3AlF6) koje se dobija sintetički.
Kontejner u koji se nalazi takođe deluje kao peć, zbog toplote koja nastaje u elektrolizi, radi na oko 950ºC, kako bi se teret održao otopljenim. Osim toga, posuda ili elektrolitička ćelija je iznutra obložena grafitom, koji djeluje kao katoda, a anode su grafitne šipke.
Aluminijum se dodaje u kriolit, koji je prethodno otopljen, pretvarajući ione aluminijuma u slobodni metal na zidovima posude, gde se ispuštaju, dok se kiseonik oslobađa u anodama, što dovodi do njihovo sagorijevanje, zbog čega ih je potrebno često mijenjati.
Katoda: 4 [Al3+ + 3e- → Al(l)
Anoda: 3 [2 O2- – 2e- → O2 (g)]
Ukupna reakcija: 2Al2O3 → 4 Al3+ + 6 O2- → 4 Al (l) + 3 O2
Aluminijum koji je topljen, zbog svoje gustine, koja je veća od ostalih materijala, ima tendenciju da se taloži na dnu kontejnera, odakle se periodično vadi i skrućuje u obliku ingota.
Dobijanje aluminijuma elektrolitičkim putem je ekonomično prilično skupo, jer troši velike količine električne energije. Smatra se da se oko 20 KWh troši da bi se dobio kilogram aluminijuma elektrolizom. Količina potrošene energije je pet puta veća od one koja je potrebna da se napravi kilogram čelika; zato je njegova reciklaža počevši od već korišćenih aluminijumskih predmeta prilično isplativa.
