Allumina: elettrolisi e processo Bayer per l’ottenimento dell’alluminio
L’allumina è l’ossido di alluminio utilizzato per ottenere il metallo tramite elettrolisi. Il processo Hall-Heroult costituisce la base dell’industria dell’alluminio. L’ossido di alluminio, estratto dalla bauxite insieme alla criolite, è la principale fonte di questa sostanza, contenendone dal 30 al 54%, oltre a impurità come silicati, ossidi di ferro e ossido di titanio.
Il processo Bayer per ottenere l’ossido di alluminio
Il processo Bayer coinvolge il trattamento della bauxite con idrossido di sodio a temperature tra 150-200 °C. L’ossido di alluminio si dissolve in presenza di valori elevati di pH, formando alluminato Na[Al(OH)4]. Successivamente, l’idrossido di alluminio precipita e, portato a 980 °C, si decompone in ossido di alluminio. Questo ossido così ottenuto è utilizzato nel processo Hall-Heroult.
Utilizzo dell’ossido di alluminio nel processo Hall-Heroult
Nella cella di elettrolisi, l’ossido di alluminio viene disciolto in un elettrolita costituito principalmente da criolite Na3AlF6. Il bagno fuso a 960-980 °C permette di ottenere l’alluminio allo stato liquido. La quantità di allumina nel bagno viene mantenuta tra circa il 2 e il 7% mediante aggiunte periodiche per reintegrare quella consumata durante i processi elettrodici.
Reazioni nella cella di elettrolisi
Nella cella di elettrolisi avvengono le semireazioni:
Semireazione catodica: 4 Al3+ + 12 e- → 4 Al (riduzione)
Semireazione anodica: 6 O2- → 3 O2 + 12 e- (ossidazione)
La reazione complessiva è: 4 Al3+ + 6 O2- → 4 Al + 3 O2.
La purezza dell’alluminio ottenuto varia dal 99.5 al 99.9%, ma in caso di necessità di un grado di purezza maggiore è necessaria un’ulteriore raffinazione.