Az alumíniumgyártás
Az alumíniumgyártás
1. Mi a fémkohászat feladata? Nyersanyagokból olyan anyagot állítsanak elő, amit más iparágak tovább tudnak majd hasznosítani. 2. Miből állítják elő az alumíniumot? a) Mi a kiindulási anyag összetétele? A bauxit főbb összetevői: Al2O3, Fe2O3, SiO2, TiO2, H2O b) Milyen szakaszai, fázisai vannak az alumíniumgyártásnak? Az alumínium a földkéreg legelterjedtebb fémes eleme, de gazdaságos előállítására csak a bauxit alkalmas. Az alumíniumgyártás során a bauxit alumínium-oxid tartalmát kell eltávolítani, hogy tiszta timföldet (Al2O3) nyerjenek. A timföldből elektromos árammal történő redukció során nyerik a tiszta fémet. A timföldgyártás több részfolyamatból áll. Kémiailag a legfontosabbak: 3. Ismertesd a Boyer-féle eljárás lépéseit! 1. A feltárás során a timföld alumínium-oxid tartalmát nátrium-hidroxiddal kioldják: Al2O3 + 2 NaOH + 3 H2O = 2 Na [Al(OH)4]
Nátrium-tetrahidroxo-aluminát keletkezik. 2. A feltárással nyert – az iszaptól elválasztott – oldatot hígítás után kristályos alumínium-hidroxiddal „beoltják” , s ekkor pelyhes csapadék alakjában timföldhidrát, azaz alumínium-hidroxid [Al(OH)3] válik ki: Na[Al(OH)4] = Al(OH)3 + NaOH.
3. A timföldhidrátot hevítve nyerik a tiszta timföldet, az alumínium-oxidot (Al2O3): 2 Al(OH)3 = Al2O3 + 3 H2O.
A szilárd timföldet az elektrolízishez folyadékká kell alakítani: meg kell olvasztani, vagy fel kell oldani. Mivel a timföld olvadáspontja igen magas ( 2000°C körüli), ezért megolvasztott kriolitban ( Na3AlF6) oldják fel. Az így nyert elegy olvadáspontja csak 1000°C körül van. Az elektrolízishez szén ( grafit ) anódot alkalmaznak. Az elektromos áramot vasrudak segítségével vezetik be az elektrizáló kád grafitbélésébe. Az elektrolízis folyamata: Al2O3 = 2 Al3+ + 3 O2-
Katód (-): Anód(+): 2 Al3+ + 6 e– = 2 Al 3+ +O2- = O2 + 6 e–
A cseppfolyós alumínium az elektrolizálókád alján gyűlik össze, ahonnan meghatározott időközönként lecsapolják. Az anódon kiváló oxigén reakcióba lép a szénnel, CO és CO2 képződik, az anód állandóan fogy, ezért mindig pótolni kell. A bauxit többi alkotórésze lúgban nem oldódik fel, az úgynevezett vörösiszapban marad. (A vörösiszap értékes anyag, különösen a magas titántartalma miatt) 4. Milyen energiaproblémát jelent az alumíniumgyártás és hogyan oldja meg hazai alumíniumiparunk ezt a kérdést? Az alumíniumgyártás sok energiát igénylő folyamat, egyrészt az elektrolízis miatt, másrészt az olvadék magas hőmérsékleten (Kb. 1000°C-on) tartása miatt. Az itthon termelt timföldet kiviszik Oroszországba és ott elektrolizálják, majd a keletkezett alumíniumot visszavásárolják. 5. Milyen felhasználási területeit ismerjük az alumíniumnak? Az alumínium felhasználása széleskörű: a vas után a legfontosabb ipari fém. Például: gépgyártás, gépjárműgyártás, repülőgépek gyártása, élelmiszeripar, alufólia, elektromos vezetékek.
