Referat Schmelzflusselektrolyse von Aluminium

Schmelzflusselektrolyse von Aluminium

Gliederung: 1. Definition/ Allgemeines

2. Eigenschaften Ausgangsstoff Bauxit

3. Ablauf

4. Eigenschaften Produkt Aluminium

5. Verwendung

6. Probleme

7. Aufgaben

1. Definition:

- Elektrolyseverfahren, in dem eine heiße Salzschmelze als Elektrolyt dient

- Dient zur Herstellung von Aluminium, Alkalimetalle, meister Erdalkalimetalle, außerdem einige Kunststoffe, auch Fluor und Chlor

2. Eigenschaften des Ausgangsstoffs Bauxit:

- 50- 80% aus Aluminiumoxid (Al2O3)

- außerdem Eisenhaltiges Eisen(|||)Oxid, Kieselsäure, Titandioxid (TiO2)

- chemisch am besten als Al2O3 ° H2O Komplex zu beschreiben

- meist weiß, durch Eisenverbindungen manchmal auch Rötliche Färbung

3. Ablauf:

1. Vorbereitung auf Sfe- Bauxit aufbereitet (Bayer- Verfahren):

à fein gemahlen, dann mit heißer Natronlauge unter Druck erhitzt

- Al2O3H2O + 2H2O + 2NaOH à 2 NaAl(OH)4

àAluminiumhydroxid lösen und geht als Natriumaluminat (NaAl(OH)4) in die Lösung ein

- übrige Bestandteile: unlöslicher Rotschlamm (Eisenhydroxid + andere Verunreinigungen)

- Rotschlamm abfiltriert; zurückbleibende Lösung stark verdünntàAI(OH)3 fällt aus

- AI(OH)3 entwässert; durch Glühen bei ca. 1200 °C entsteht Aluminiumoxid (Tonerde)

- 2 AI(OH)3 -> Al203 + 3 H2O

2. Eigentliche Schmelzflusselektrolyse (Hall- Heroult- Verfahren):

àFranzose Paul Louis Toussain Heroult und Amerikaner Charles Martin Hall entdeckten

unabhängig voneinander, dass sich Tonerde in geschmolzenem Kryolith (Na3AIF6) auflöst und elektrolytisch in rohes, geschmolzenes Metall und Nebenprodukte zerlegt werden kann

- sehr hohe Mengen an Energie für Elektrolyse von reinem Aluminiumoxid nötig

(TSch=2050°C)

- Kryolith (St=1000°C) hinzugeben

àGemisch aus 80% Kryolith und 8% Aluminiumoxid, Rest: AIF3 und LiF

àSchmelztemperaturerniedrigung (950°C)

àLeitfähigkeit und Stromausbeute erhöhen; Kryolith kaum zersetzt

- Ort der Durchführung: Eisenblechwannen, Stahlschienen zur Stromzuführung eingelagert

- Seitenwände und der Boden sind mit Kohle ausgekleidetàKathode

- kurze Kohlenblöcke hängen an Tragegerüst hängenà Anode

- während dieser Umwandlung erfolgen Reaktionen an Anode und Kathode

- aus Gesamtreaktion flüssiges Aluminium und Elektrolyt- Schmelze (Tonerde- Kryolith- Schmelze) entstehen

- Elektrolyt-Schmelze leitet ebenso wie die Aluminiumschmelzeelektrischen Strom

- 5 Volt; 150 kA

- Kathode: 4 AI3+ + 12 e- -> 4 AI

Anode: 3 C + 602- -> C02 + 12 e-

2Al O + 3C 4Al 3 CO

4. Eigenschaften des Produktes Aluminium:

- unedles, silber weiß glänzendes Metall

- gute elektrische Leitfähigkeit

- geringe Festigkeit, leicht dehnbar, verformbar

- oxidiert an der Luft; Oxidschicht schützt vor weiterer Oxidation

- von Oxidschicht befreites Aluminium reagiert mit starken S uren bzw. Basen in Lösung unter

Salzbildung und Wasserstoffentwicklung

5. Verwendung:

- Haushaltsgegenst nde Besteck Beh lter, Pl tzchenstanzformen)

- Gute elektrische/ thermische Leitfähigkeit el. Leiter, Kochtöpfe

- Alufolie

- Auto, Flugzeug, Schiffs, Eisenbahnbau geringe Dichte, gut schweißbar)

- Baugewerbe zur Herstellung von Treppengel ndern, Fenster, Türgriffe, Beschlägen und Außenverkleidungen

6. Probleme:

- Aluminiumgewinnung ruft gro e Umweltsch den hervor

- Landschaftssch den bei Bauxitgewinnung

- Hoher Energie , Materialverbrauch zur Elektrolyse notwendig

- Emission von Schadstoffen

- Zahlreiche Bildung von CO und CO

- Freisetzung von Fluor und Fluorwasserstoff sch digt Tiere und Pflanzen Nähe Fabrik

- Aluminium- Ionen im Boden toxisch für Mikroorganismen im Boden

7. Aufgaben:

1) Aluminium ist gegen ber Umwelteinflüssen sehr best ndig. Erkl re dies! Warum soll man aber

z.B. kein Apfelmus in Aluminiumschüsseln aufbewahren? Reste von Sanitärreinigern darf man unter keinen Umst nden in Alufolie einwickeln. Erkläre diese Widersprüche!

2) Wie viel Tonnen Aluminiumoxid entstehen bei der Elektrolyse von 4,5 t Aluminiumoxid?

3) Warum sollte man sein Frühstück der Sparsamkeit halber lieber in Brotbüchsen statt in

Alufolien verpacken? Nenne Beipiele!