Anorganická technologie

Autor: Přemysl Hranoš; 96 stran 160 x 234 mm; 3. vydání, 2024. Přehledný výklad látky využitelný na všech typech středních škol

Ukázka z textu:

Výroba hliníku

Základní surovinou pro výrobu hliníku je bauxit, který se těží např. v Maďarsku, Guinei, Austrálii a Rumunsku. Jeho podstatou jsou hydratované oxidy hliníku znečištěné oxidy železa a křemíku. Výroba hliníku má tři fáze:

a) příprava čistého Al₂O₃,

b) výroba surového hliníku elektrolýzou,

c) elektrolytická rafinace hliníku.

a) Příprava čistého Al₂O₃ se provádí více metodami, které mají společný základ. Alkalickým tavením (pomocí NaOH nebo sody) se přemění Al₂O₃ na hlinitan sodný, který je na rozdíl od nečistot rozpustný ve vodě. Hydrolýzou nebo pomocí CO₂ se získá Al(OH)₃, který se kalcinací přemění na čistý oxid hlinitý.

Al₂O₃.nH₂O + 2 NaOH --> 2 NaAlO₂ + (n+1) H₂O

NaAlO₂ + 2 H₂O --> Al(OH)₃ + NaOH

2 Al(OH)₃ ® Al₂O₃ + 3 H₂O

b) Výroba surového hliníku elektrolýzou se prováděla v Žiaru nad Hronom na Slovensku ve firmě Slovalco. V důsledku vysokých cen energií byla v roce 2023 výroba pozastavena. Princip elektrolýzy je zřejmý z obr.č. 138. Základním elektrolytem je tavenina oxidu hlititého v kryolitu. Přídavek kryolitu (Na₃AlF₆) snižuje teplotu tání Al₂O₃ z 2050 °C na 950 °C (eutektická koncentrace je 15 % Al₂O₃). Katodou je z počátku grafitové dno, později přebírá jeho funkci kapalný hliník. Anodou je grafit. Probíhající reakce nejsou jednoduché. Oxid hlinitý pravděpodobně disociuje takto:

Al₂O₃ --> Al³⁺ + AlO₃^3–

Na katodu přenášejí proud Al³⁺ a Na⁺. Vzhledem ke kladnějšímu vylučovacímu potenciálu se na katodě vylučuje hliník.

Al³⁺ + 3 e^– --> Al

K anodě se pohybují ionty AlO₃^3– :

2 AlO₃^3– – 6 e^– --> Al₂O₃ + 3/2 O₂

Kyslík, který se zde vylučuje, reaguje s uhlíkem z anody a tvoří se směs plynů CO a CO₂. Kapalný hliník s koncentrací 99,5 % se odsává ze dna elektrolyzéru vakuovou pánví. Jenom menší část surového hliníku se rafinuje.

c) Rafinace hliníku se provádí trojvrstvovou metodou. Princip je zřejmý z obr.č. 139. Základem je anodické rozpouštění hliníku z jeho slitiny s mědí a vyloučení velmi čistého hliníku na katodě. Anodou a současně nejspodnější vrstvou je slitina hliníku s 25 % Cu (hustota je 3000 až 3500 kg.m^–3). Prostřední vrstvou je elektrolyt (směs BaCl₂, AlF₃ a NaF), jehož hustota je 2700 kg.m^–3. Nejvrchnější vrstvou je čistý hliník, který se vylučuje na katodě. Hustota roztaveného hliníku je 2300 kg.m^–3.

Principem čištění je fakt, že kovy elektropozitivnější než hliník se z anody nerozpouštějí a prvky, které jsou elektronegativnější než hliník, se na katodě nevylučují. Surový hliník se neustále na anodu přidává a z katody se odčerpává čistý hliník o obsahu 99,998 %.

Obrázek 137 Schéma elektrolyzéru na výrobu hliníku

Obrázek 138 Schéma elektrolytické rafinace hliníku

---

Hlavní kapitoly

ÚVOD 
Základní pojmy technické chemie 
Historie chemické výroby 
Struktura chemické výroby v České republice 
Úkoly chemické analýzy a kontroly ve výrobě, při ochraně životního prostředí a v technologickém výzkumu 
ANORGANICKÉ VÝROBY A VÝROBKY 
Základní anorganické suroviny a výroba meziproduktů 
Voda 
Vzduch, kyslík, dusík 
Anorganické sloučeniny dusíku 
Síra a její sloučeniny 
Fosfor a jeho anorganické sloučeniny 
Významné halogeny a jejich anorganické sloučeniny 
Anorganické sloučeniny alkalických kovů a kovů alkalických zemin 
Finální anorganické výrobky 
Průmyslová hnojiva 
Anorganické pigmenty 
Technické kovy 
Výrobky silikátového průmyslu