2023 مؤلف: Jake Johnson | [email protected]. آخر تعديل: 2023-05-24 23:12
يتم تنفيذ العديد من الإجراءات في علم المعادن من خلال استخدام الطاقة الكهربائية. من بينها جميعًا ، يمكننا أن نذكر بشكل خاص الإجراءات من النوع الإلكتروليتي المشار إليها للحصول على معادن مختزلة مختلفة ، مثل البوتاسيوم أو الألومنيوم أو المغنيسيوم ، من بين أمور أخرى. يتم وضع هذه في الجزء العلوي من سلسلة إمكانات التخفيض القياسية ، لذلك ليس من السهل تحقيقها من خلال استخدام مخفضات كيميائية. من خلال التحليل الكهربائي لخاماتهم ، يتم الحصول على المعدن في كل حالة في كاثود خزان التحليل الكهربائي. بعد ذلك سوف نلقي نظرة فاحصة على مثال الألومنيوم.
الألومنيوم:
يتواجد الألمنيوم في القشرة الأرضية حيث يحتل 7.5٪ من كتلته ولهذا يقال أنه أكثر المعادن وفرة فيه. عادة ما توجد بشكل رئيسي في شكل سيليكات.
الألمنيوم معدن ذو كثافة منخفضة ، ومرن للغاية ومقاوم للتآكل ، بفضل طبقته الخارجية ، كما أنه يتمتع بموصلية جيدة ، حراريًا وكهربائيًا.
هذا المعدن يشكل سبائك مع العديد من العناصر الأخرى ، ذات أهمية كبيرة بسبب فائدتها. يمكن أن تشكل سبائك مع المنغنيز ، والسيليكون ، والنحاس ، والمغنيسيوم ، وما إلى ذلك ، مما يحسن بشكل كبير خصائصه ، وبالتالي يكون أكثر فائدة للتطبيقات في البناء ، في تصنيعالأشياء والأواني في صناعة الطائرات والسكك الحديدية والسيارات ، إلخ.
للحصول على الألومنيوم ، يتم استخدام حاوية (خلية إلكتروليتية) ، باتباع الإجراء المعروف باسمHall-Héroult، الذي تم اكتشافه عام 1886.
لتنفيذ الإجراء ، نبدأ بالمركبالبوكسيت، وهو معدن يحدث عادة في شكل غير نقي (Al2O3.n H2O) ، ممزوجًا بالسيليكا وأكاسيد التيتانيوم المختلفة والحديد.
للتحليل الكهربائي ، هناك حاجة إلى خام نقي للغاية ، لذلك يتم تنقية البوكسيت مسبقًا إلى نقيألومينا(Al2O3).
لخفض نقطة الانصهار (كتدفق) لـ Al2O3 ، والتي تبلغ حوالي 2045 درجة مئوية ، وكذلك كوسيلة مؤينة ، يتم استخدام مركب الكريوليت (Na3AlF6) ، والذي يتم الحصول عليه صناعياً.
الحاوية التي توضع فيها تعمل أيضًا كفرن ، نظرًا للحرارة المتولدة في التحليل الكهربائي ، فهي تعمل عند حوالي 950 درجة مئوية ، من أجل الحفاظ على الحمولة ذائبة. بالإضافة إلى ذلك ، الحاوية ، أو الخلية الإلكتروليتية ، مبطنة من الداخل بالجرافيت ، الذي يعمل ككاثود ، مع كون الأنودات هي أشرطة الجرافيت.
تضاف الألومينا إلى الكريوليت الذي سبق ذوبانه ، مما يحول أيونات الألومنيوم إلى معدن حر على جدران الحاوية ، حيث يتم تفريغها ، بينما يتم إطلاق الأكسجين في الأنودات ، مما يؤدي إلى احتراقها مما يجعلها بحاجة للاستبدال في كثير من الأحيان.
كاثود: 4 [Al3 + 3e- → Al(ل)]
الأنود: 3 [2 O2- - 2e- → O2 (g)]
رد الفعل العام: 2Al2O3 → 4 Al3 + + 6 O2- → 4 Al (l) + 3 O2
الألمنيوم المصهور ، بسبب كثافته التي تفوق المواد الأخرى ، يميل إلى الاستقرار في قاع الحاوية ، حيث يتم استخراجه بشكل دوري وتجميده على شكل سبائك.
الحصول على الألومنيوم كهربائيا مكلف للغاية من الناحية الاقتصادية ، لأنه يستهلك كميات كبيرة من الطاقة الكهربائية. يُعتقد أنه يتم استهلاك حوالي 20 كيلو وات ساعة للحصول على كيلو من الألومنيوم بالتحليل الكهربائي. كمية الطاقة المستهلكة أعلى بخمس مرات مما هو مطلوب لصنع كيلو من الفولاذ ؛ هذا هو السبب في أن إعادة تدويره بدءًا من أجسام الألمنيوم المستخدمة بالفعل ، يعد أمرًا مربحًا للغاية.
