Allumina: elettrolisi, processo Bayer

L’ allumina è il nome comune dell’ossido di alluminio da cui il metallo è ottenuto per elettrolisi. Il processo attraverso il quale può essere ottenuto il metallo è noto come processo Hall- Heroult  e costituisce la base dell’industria dell’alluminio.

L’ossido di alluminio che, unitamente alla criolite, viene sfruttato per effettuare l’elettrolisi viene estratto dalla bauxite è un minerale rosso-bruno e costituisce la principale fonte di ossido di alluminio in quanto ne contiene dal 30-54% oltre a impurità quali silicati, ossidi di ferro e ossido di titanio.  

Processo Bayer

La bauxite viene trattata con idrossido di sodio a una temperatura di 150-200 °C; a queste temperature l’ossido di alluminio, in presenza di alti valori di pH si dissolve in alluminato Na[Al(OH)4] secondo la reazione:

Al2O3 + 2 NaOH + 3 H2O → 2 Na[Al(OH)4]

mentre gli altri componenti della bauxite non si solubilizzano. La soluzione viene chiarificata per eliminare le impurità solide e successivamente raffreddata. L’idrossido di alluminio precipita secondo la reazione:

Na[Al(OH)4] →  Al(OH)3 + NaOH

Successivamente si porta a una temperatura di 980 °C alla quale l’idrossido di alluminio si decompone in ossido di alluminio secondo la reazione:

2 Al(OH)3 →  Al2O3 + 3 H2O

Tale processo è noto come processo Bayer; l’ossido di alluminio così ottenuto viene utilizzato nel processo Hall- Heroult. Il processo viene condotto  su un elettrolita costituita essenzialmente da criolite Na3AlF6 in cui è disciolta allumina anidra. Affinché il bagno sia fuso, la cella opera a 960-980 °C: l’alluminio, il cui punto di fusione è 660 °C viene ottenuto allo stato liquido e, a causa del suo peso specifico maggiore di quello del bagno si stratifica sul fondo della cella. La figura

Na3AlF6 Al2O3 phase diagram greek.svg da Chimicamo

che riproduce il diagramma di fase binario criolite-allumina mostra un eutettico a 962 °C in corrispondenza del 10% di allumina. Nella pratica, il tenore di allumina presente nel bagno viene mantenuto tra circa il 2 e circa il 7% mediante aggiunte periodiche di allumina, per reintegrare quella consumata durante i processi elettrodici.

Reazioni

Nella cella di elettrolisi agli elettrodi avvengono le semireazioni:

Semireazione catodica: 4 Al3+ + 12 e→ 4 Al   (semireazione di riduzione)

Semireazione anodica: 6 O2- →  3 O2 + 12 e   (semireazione di ossidazione)

La reazione complessiva è pertanto:

4 Al3+ + 6 O2- →  4 Al   + 3 O2

La purezza dell’allumino, ottenuta con tale processo, varia dal 99.5 al 99.9 %. Nel caso si voglia ottenere un grado di purezza maggiore si procede a raffinazione.

ARGOMENTI

GLI ULTIMI ARGOMENTI

TI POTREBBE INTERESSARE

Ka e Kb: costante acida e costante basica

La Ka  è la costante di dissociazione di un acido debole mentre  la Kb è la costante di dissociazione di una base debole e...

Molecole polari e apolari

Le molecole sono dette polari quando sono caratterizzate da un momento dipolare non nullo. Sono dette apolari le molecole in cui il baricentro delle cariche...

Carica formale: determinazione, esempi

La  carica formale è la carica assegnata a un atomo presente in una  molecola o in uno ione poliatomico assumendo che gli elettroni di...