การผลิตอลูมิเนียม

การผลิตอลูมิเนียม

ในปี ค.ศ. 1886 Charles Martin Hall เป็นนักศึกษาที่วิทยาลัย Oberlinใน Ohio ประเทศสหรัฐอเมริกา ได้ประดิษฐ์เครื่องมือเพื่อใช้ในการอิเล็กโทรไลซิสสำหรับผลิตอะลูมิเนียม และในขณะเดียวกัน Paul Heroult ในประเทศฝรั่งเศส ค้นพบวิธีทันสมัยที่สุดในการผลิตอะลูมิเนียมด้วยการอิเล็กโทรไลซิสในห้องปฏิบัติการที่ปารีส

1. กระบวนการทำแร่บอกไซด์ให้บริสุทธิ์ เรียก กระบวนการเบเยอร์ ใช้แร่บอกไซด์ (Al₂O₃) มีมลทินปน คือ Fe₂O₃ และ TiO₂จึงต้องแยกมลทินออกก่อน และเนื่องจาก เป็นสารแอมฟลอเทอริก (เป็นกรดและเบส) จึงนำแร่บอกไซด์ที่มีมลทินอยู่ด้วย ไปละลายในสารละลาย NaOH จะพบว่า Al₂O₃ ละลายใน NaOH แต่มลทินเป็นออกไซด์ที่มีสมบัติเป็นเบส ไม่ละลายใน NaOH แล้วกรองตะกอนที่เป็นมลทินออก ดังนี้

Al₂O₃(s) + 2OH^-(aq) + 3H₂O(l)   --->   2[Al(OH)₄]^-(aq)

นำสารละลายที่ได้เจือจางด้วยน้ำแล้วเติมกรดให้เกิด Al(OH)₃  ตกตะกอน ดังนี้

[Al(OH)₄]^-(aq) + H₃O⁺(aq)   --->   Al(OH)₃(s) +  2H₂O(l)

กรองตะกอน Al(OH)₃ ออก แล้วเผาจะได้ Al₂O₃ บริสุทธิ์ คือ

2Al(OH)₃(s)   --->  Al₂O₃(s) + 3H₂O(g)

2. กระบวนการผลิต Al จากแร่บอกไซด์ (Al₂O₃) เรียกว่า การถลุง Al จากแร่บอกไซด์ หรือ Hall Heroult Process   Al₂O₃ มีจุดหลอมเหลวสูงมาก (2020 ํC) และ Al₂O₃ หลอมเหลวจะนำไฟฟ้าน้อย  การอิเล็กโทรไลซิส Al₂O₃ หลอมเหลว จึงไม่เกิดขึ้น

ดังนั้นจึงต้องละลาย Al₂O₃  15%  โดยมวลจากสินแร่ไครโอไลต์ (Na₃AlF₆) เหลวที่อุณหภูมิประมาณ 1000  ํC จะได้สารละลายที่นำไฟฟ้าได้ดี  จากนั้นก็นำสารละลาย Al₂O₃ ในแร่ไครโอไลต์เหลวไปแยกด้วยไฟฟ้าในเซลล์อิเล็กโทรไลซิส ที่อุณหภูมิประมาณ 950  ํC  ( ซึ่งต่ำกว่าจุดหลอมเหลวของ Al₂O₃)  ได้โลหะ Al ที่มีความบริสุทธิ์ประมาณ 99.0 – 99.8%

ที่แคโทด  Al³⁺  ไอออนถูกรีดิวซ์เกิดเป็นโลหะ Al อิสระเป็นชั้นๆ อยู่ในรูปขงเหลวจมอยู่ข้างล่างของสารละลายอิเล็กโทรไลต์

Al³⁺  +  3e^-    --->   Al(l)

ที่แอโนด เป็นแกรไฟต์ ออกไซด์ไอออนถูกออกซิไดซ์ให้ O₂ อิสระ

2O^2-   --->   O₂(g)   +   4e^-         
ปฏิกิริยารวม    Al³⁺   + 2O^2-    --->  Al(l)  +  O₂(g)