【高校化学】アルミナの融解塩電解のポイント

【高校化学】アルミナの融解塩電解のポイントです。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）を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。

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⁺+3O^2-

陽極

陽極ではO^2-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。

• O^2-+C→CO+2e^–
• 2O^2-+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。