アルミニウムの製錬!アルミナの融解塩電解をマスター

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アルミニウムの原料であるボーキサイトから、どのようにアルミニウム単体をつくりだすのか、その仕組みをマスターしていきましょう。ポイントは融解塩電解するときの陽極と陰極での変化です。

アルミニウムの製錬!融解塩電解

アルミニウムAlの単体は、酸化アルミニウムが主成分であるボーキサイトから精製されるAl2O3酸化アルミニウム(アルミナ)融解塩電解することで得られます。融解塩電解とは、Al2O3を高温で融解させ、電気分解することです。

  1. ボーキサイト
    ↓精製
  2. 酸化アルミニウム(アルミナ)
    ↓融解塩電解
  3. アルミニウムAl

アルミニウムAlはイオン化傾向が水素Hよりも大きい金属です。したがって、Al3+が入っている水溶液を電気分解してもH+が反応してH2が陰極に発生してしまします。

そのため、水溶液を電気分解するのではなく、アルミナAl2O3を高温で融解させ、電気分解することでアルミニウム単体を得ます。

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氷晶石

酸化アルミニウム(アルミナ)の融点は約2000℃と非常に高く、融解させるだけでもかなりのエネルギーを必要とします。そこで、氷晶石Na3AlF6を一緒に融解し、アルミナの融点を約1000℃まで下げます。

陽極と陰極での変化

融解塩電解では、陰極と陽極に炭素棒Cを使います。酸化アルミニウム(アルミナ)Al2O3を融解すると次のように電離します。

  • Al2O3→2Al3++3O2-

陽極

陽極ではO2-が反応し、Oができますが、高温のため直ちに陽極の炭素Cと反応してCOやCO2が発生します。陽極の炭素棒は減っていきますので、その都度補充が必要です。

  • O2-+C→CO+2e
  • 2O2-+C→CO2+4e

陰極

陰極ではAl3++が反応しアルミニウム単体Alが生じます。

  • Al3++3e→Al

このようにアルミニウムの製錬には、非常に多くの電気エネルギーを必要としますので、リサイクルが進められています。

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