Nyersanyagokból olyan anyagot állítsanak elő, amit más iparágak tovább tudnak majd hasznosítani.

2. Miből állítják elő az alumíniumot?

a) Mi a kiindulási anyag összetétele?

A bauxit főbb összetevői: Al₂O₃, Fe₂O₃, SiO₂, TiO₂, H₂O

b) Milyen szakaszai, fázisai vannak az alumíniumgyártásnak?

Az alumínium a földkéreg legelterjedtebb fémes eleme, de gazdaságos előállítására csak a bauxit alkalmas! Az alumíniumgyártás során a bauxit alumínium-oxid tartalmát kell eltávolítani, hogy tiszta timföldet (Al₂O₃) nyerjenek. A timföldből elektromos árammal történő redukció során nyerik a tiszta fémet. A timföldgyártás több részfolyamatból áll. Kémiailag a legfontosabbak:

3. Ismertesd a Boyer-féle eljárás lépéseit!

1. A feltárás során a timföld alumínium-oxid tartalmát nátrium-hidroxiddal kioldják:

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

nátrium-tetrahidroxo-aluminát

2.A feltárással nyert – az iszaptól elválasztott – oldatot hígítás után kristályos alumínium-hidroxiddal „beoltják” , s ekkor pelyhes csapadék alakjában timföldhidrát, azaz alumínium-hidroxid [Al(OH)₃] válik ki:

Na[Al(OH)₄] ® Al(OH)₃ + NaOH.

3.A timföldhidrátot hevítve nyerik a tiszta timföldet, az alumínium-oxidot (Al₂O₃):

2 Al(OH)₃ ® Al₂O₃ + 3 H₂O.

A szilárd timföldet az elektrolízishez folyadékká kell alakítani: meg kell olvasztani, vagy fel kell oldani. Mivel a timföld olvadáspontja igen magas ( 2000°C körüli), azért megolvasztott kriolitban ( Na₃AlF₆) oldják fel. Az így nyert elegy olvadáspontja csak 1000°C körül van.

Az elektrolízishez szén ( grafit ) anódot alkalmaznak. Az elektromos áramot vasrudak segítségével vezetik be az elektrizáló kád grafitbélésébe.

Az elektrolízis folyamata:

Al₂O₃ ® 2 Al³⁺ + 3 O^2-

Katód (-): Anód(+):

2 Al³⁺ + 6 e^- = 2 Al 3 O^2- = O₂ + 6 e^-.

A cseppfolyós alumínium az elektrolizálókád alján gyűlik össze, ahonnan meghatározott időközönként lecsapolják. Az anódon kiváló oxigén reakcióba lép a szénnel, CO és CO₂ képződik, az anód állandóan fogy ezért mindig pótolni kell.

A bauxit többi alkotórésze lúgban nem oldódik fel, az ún. vörösiszapban marad. (A vörösiszap értékes anyag, különösen a magas titántartalma miatt)

Az elektrolízis folyamata:

Al₂O₃ ® 2 Al³⁺ + 3 O^2-

Katód (-): Anód(+):

2 Al³⁺ + 6 e^- = 2 Al 3 O^2- = O₂ + 6 e^-.

4. Milyen energiaproblémát jelent az alumíniumgyártás, hogyan oldja meg hazai alumíniumiparunk ezt a kérdést?

Az alumíniumgyártás sok energiát igénylő folyamat, egyrészt az elektrolízis miatt, másrészt az olvadék magas hőmérsékleten (Kb. 1000°C-on) tartása miatt. Az itthon termelt timföldet kiviszik a Szovjetunióba és ott elektrolizálják, majd a keletkezett alumíniumot visszavásárolják.

5. Milyen felhasználási területeit ismerjük az alumíniumnak?

Az alumínium felhasználása széleskörű: a vas után a legfontosabb ipari fém. Például: gépgyártás, gépjárműgyártás, repülőgépek gyártása, élelmiszeripar, alufólia, elektromos vezetékek.