Obtenção de alumínio por meio de eletrólise

Obtenção de alumínio por meio de eletrólise

O alumínio é obtido por meio de processos metalúrgicos. A metalurgia é uma área que estuda a transformação de minérios em metais ou em ligas metálicas. Vários metais são obtidos por esse método, tais como o cobre, o titânio, o ferro e o manganês.

No caso do alumínio, o principal minério utilizado é abauxita (figura), que contém óxido de alumínio hidratado (Aℓ2O3 . x H2O) e diversas impurezas.

Na metalurgia do alumínio, ocorrem as quatro etapas a seguir:

Quando o óxido de alumínio (Aℓ2O3(s)) é separado da bauxita, seu nome passa a ser alumina.

Antigamente, fazia-se o seguinte: tratava-se a alumina com ácido clorídrico, para gerar o cloreto de alumínio; que era colocado para reagir com potássio ou sódio metálicos, causando a redução do composto e originando o alumínio metálico:

Aℓ2O3(s) + 6 HCℓ(aq)→ 4 AℓCℓ3(aq) + 3 H2O(ℓ)

AℓCℓ3(aq) + 3 K(s)→ 3 KCℓ(s) + Aℓ(s)

Entretanto, esse método era muito caro e ineficiente, por isso o alumínio era considerado um metal raro.

Mas, em 1886, dois cientistas de modo separado desenvolveram o método citado acima, em que se utilizava a eletrólise ígnea. Esses cientistas eram o americano Charles M. Hall e o francês Paul Héroult, por isso esse método passou a ser chamado de Processo de Hall-Héroult ou, simplesmente, Processo de Hall, visto que Charles M. Hall o patenteou.

O ponto chave que eles descobriram era como fazer o óxido de alumínio ficar no estado líquido para assim conseguir realizar a sua eletrólise ígnea, pois o problema era que o ponto de fusão dele era acima de 2000ºC. Eles utilizaram um fundente, o minério criolita (Na3AℓF6), que foi capaz de abaixar a temperatura de fusão do óxido de alumínio para cerca de 1000 ºC.

Assim, como mostra o esquema abaixo, essa mistura de óxido de alumínio e criolita foi colocada em uma cuba eletrolítica de aço revestida de carbono. Por essa mistura fundida passa uma corrente elétrica. As paredes do recipiente que ficam em contato com a mistura funcionam como polo negativo da eletrólise (cátodo), onde ocorre a redução dos cátions de alumínio. Já o ânodo (polo positivo) são cilindros constituídos de grafite ou de carvão, isto é, ambos formados de carbono, onde ocorre a oxidação dos ânions de oxigênio:

Semirreação do cátodo: 4 Aℓ3+(ℓ) + 12 e- → 4 Aℓ(ℓ)

Semirreação do ânodo: 6 O2-(ℓ) → 12 e- + 3 O2(g)

O oxigênio formado reage com o carbono do ânodo e gera também dióxido de carbono:

3 O2(g) + 3 C(s) → 3 CO2(g)

De modo que a reação global e o esquema dessa eletrólise ígnea que dá origem ao alumínio são dados por:

O alumínio obtido está na forma líquida, porque o seu ponto de fusão é de 660,37 ºC, ou seja, menor que o da mistura de alumina e criolita. O alumínio também