وب سایت موسسه فرهنگی و اطلاع رسانی تبیان
وب سایت موسسه فرهنگی و اطلاع رسانی تبیان
سه شنبه 3 اسفند 1395 - 24 جمادي الاول 1438 - 21 فوريه 2017
یکی از ارزشمندترین و پرکاربردترین فلزها آلومینیوم است. برای تهیه آلومینیوم در صنعت از سلول الکترولیتی ویژه ای طی فرایندی به نام فرایند هال استفاده می شود. در این مطلب به توضیح چگونگی استخراج آلومینیوم و مراحل فرایند هال می پردازیم.
بازدید :
زمان تقریبی مطالعه :

فرایند هال و استخراج آلومینیوم

چکیده:

یکی از ارزشمندترین و پرکاربردترین فلزها آلومینیوم است. برای تهیه آلومینیوم در صنعت از سلول الکترولیتی ویژه ای طی فرایندی به نام فرایند هال استفاده می شود. در این مطلب به توضیح چگونگی استخراج آلومینیوم و مراحل فرایند هال می پردازیم.

 

شرح درس:

آلومینیوم فراوان ترین فلز و سومین عنصر فراوان در پوسته ی زمین است که در طبیعت به صورت آزاد وجود ندارد. برای تهیه  فلز آلومینیوم باید از فرایند برقکافت استفاده کنیم. اما آلومینیوم را نمی توان از برقکافت محلول آبی نمک های آن به دست آورد زیرا مولکول های آب نسبت به یون های AL3+  اکسنده ی قوی تری هستند و در رقابت کاتدی برنده می شوند. در صنعت، آلومینیوم را از سنگ معدن آلومینیوم داری به نام بوکسیت (آلومینای ناخالص) (AL2O3) به دست می آورند. ناخالصی های بوکسیت را به طور عمده، Fe2O3 و SiO2 تشکیل می دهند.

 

از آنجا که نقطه ی ذوب آلومینای خالص بسیار بالا و در حدود 2045°c  است، تأمین این دما و برقکافت آن به حالت مذاب از نظر اقتصادی به صرفه نیست.

 

نخستین بار شیمی دان جوانی به نام مارتین هال دریافت که ماده ای به نام کریولیت(Na3ALF6) با نقطه ی ذوب نسبتا پایین (در حدود 960°c می تواند در حالت مذاب آلومینای خالص (AL2O3) را در خود حل کند. او موفق شد از برقکافت محلول مذاب یاد شده، با هزینه ای نسبتا کم، فلز آلومینیوم را -که به علت کمیاب بودن از طلا و نقره، گران تر بود- به دست بیاورد.

 

توجه: آلومینیوم نخستین بار از کاهش ALCL3 به وسیله ی سدیم در قرن 19 به دست آمد.

 

مراحل فرایند هال:

بعد از استخراج سنگ معدن بوکسیت آن را به کمک سود سوزآور (NaOH) خالص سازی می کنند. Fe2O3 و SiO2 که ناخالصی های بوکسیت هستند، در NaOH حل می شوند. سپس در سلول ویژه ای آلومینای خالص را در کریولیت مذاب حل کرده و در دمای 960°c به حالت مذاب در می آورند.

 

فرایند هال و استخراج آلومینیوم

 

در دستگاه تهیه آلومینیوم، جنس دیواره و کف دستگاه از جنس گرافیت بوده و از آنجا که به قطب منفی باتری وصل است کاتد می باشد. هم چنین تیغه های گرافیتی در بالای دستگاه نقش آند را داشته و به قطب مثبت باتری متصل اند.

 

نیم واکنش کاتدی در کاتد به صورت زیر است:

فرایند هال و استخراج آلومینیوم

فلز آلومینیوم که به حالت مذاب به دست می آید از طریق لوله ی تعبیه شده در قسمت پایینی دستگاه خارج می شود.

نیم واکنش آندی به این صورت است:

 

فرایند هال و استخراج آلومینیوم

 

 

گاز اکسیژن تولید شده با گرافیت مربوط به آند واکنش داده و تبدیل به گاز CO2 می شود.

فرایند هال و استخراج آلومینیوم

 

نهایتاً واکنش کلی مربوط به فرایند هال به این ترتیب خواهد بود:

 

فرایند هال و استخراج آلومینیوم

 

توجه: فرایند هال به علت مصرف مقدار زیادی انرژی الکتریکی هزینه ی بالایی را در بر دارد، لذا با بازیافت فلز آلومینیوم ضمن افزایش طول عمر یکی از مهم ترین منابع تجدیدناپذیر، برخی هزینه های تولید این فلز را کاهش داد. برای نمونه، تولید قوطی های آلومینیومی از قوطی های کهنه فقط به 7 درصد از انرژی لازم برای تهیه همان قوطی از فرایند هال نیاز دارد.

 


مرکز یادگیری سایت تبیان - تهیه و تنظیم : مهسا شاه حسینی

 

تلفن : 81200000
پست الکترونیک : public@tebyan.com
آدرس : بلوارکشاورز ، خیابان نادری ، نبش حجت دوست ، پلاک 12

ارتباط با ما

روابط عمومی

درباره ما

نقشه سایت

تعدادبازدیدکنندگان
افراد آنلاین