Schmelzflusselektrolyse
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Einordnung: Elektrochemie
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Die Schmelzflusselektrolyse ist ein wichtiges Verfahren zur Herstellung bzw. Gewinnung von Aluminium, aller Alkalimetalle und den meisten Erdalkalimetallen.
Schmelzflusselektrolyse von Aluminium
Die Reduktion von Aluminiumoxid erfolgt in der Schmelzflusselektrolyse (kurz auch Schmelzelektrolyse). Die Elektrolysezelle besteht dabei aus einer Graphitwanne. In diese Wanne reichen von oben Graphitblöcke, die an den positiven Pol einer Spannungsquelle angeschlossen sind. Die Graphitwanne dagegen ist am negativen Pol angeschlossen.
Durch Anlegen einer Spannung von 4-6 Volt und einer Stromstärke bis zu 200000 Ampere wird das Aluminiumoxid (Al2O3) zerlegt. Da reines Aluminiumoxid einen Schmelzpunkt von 2045 °C hat, wird es dazu in einer Kryolith-Schmelze gelöst. Für diese Schmelze aus etwa 8% Aluminiumoxid und 80% Kryolith reichen 950 °C. In der Schmelze befinden sich die positiv geladenen Aluminiumionen Al3+. Sie wandern in der Schmelze zur Kathode (Minuspol). Dort nehmen sie Elektronen auf und werden zu Aluminiumatomen reduziert. Die negativen Sauerstoffionen (O2-) wandern zur Anode (Pluspol). Dort geben sie ihre überschüssigen Elektronen ab. Sie werden zu Sauerstoffmolekülen. Diese Sauerstoffmoleküle reagieren mit dem Kohlenstoff der Graphitanode zu Kohlenmonoxid und Kohlendioxid, die dann als Gase entweichen.
Das reduzierte Aluminium ist schwerer als das geschmolzene Aluminiumoxid-Kryolith-Gemisch. Das Aluminium sammelt sich daher auf dem Boden der Graphitwanne. Von dort wird es mit einem Saugrohr abgezogen. Das so entstandene Reinaluminium enthält noch etwa 0,1 bis 1% Verunreinigungen. Diese sind im wesentlichen Eisen, Silizium und Titan.
Pro kg Aluminium werden etwa 14–15 kWh verbraucht.
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