[高瞻自然科學教育資源平台] 鋁(Aluminium)的製備與冶煉

高雄市立高雄女子高級中學化學科洪瑞和老師/國立中山大學董騰元教授責任編輯

鋁是活潑金屬，它的離子有很高的水合能，因此不能從水溶液中提取此種金屬。但從乾燥態的化合物製備鋁又需要更活潑的金屬（如鈉）作還原劑，在經濟上和操作上都是不利的。近代工業是用電解熔融氧化物的方法能製備金屬鋁。

以鋁礬土礦出發提煉鋁的步驟如下：

1. 用鹼溶液處理鋁礬土礦 Al₂O₃ 或是用碳酸鈉焙燒鋁礬土礦得到鋁酸鹽：Al₂O₃+2NaOH+3H₂O→2Na[Al(OH)₄] Al₂O₃+Na₂CO₃→2NaAlO₂+CO₂
2. 將鋁酸鹽溶液靜置澄清除去不溶雜質後，向鹼溶液中通入 CO₂ 促使鋁酸鹽水解：2Na[Al(OH)₄]+CO₂→2Al(OH)₃+Na₂CO₃+H₂O 2NaAlO₂+CO₂+3H₂O→2Al(OH)₃+Na₂CO₃
3. 將 Al(OH)₃ 過濾分離，乾燥後煅燒，便得到符合電解需要的純淨的氧化鋁：Al(OH)₃→Al₂O₃+3H₂O 分離後剩下的 Na₂CO₃ 再轉成 NaOH 後又可以再次用來浸提鋁礬土。
4. 將 Al₂O₃ 熔在熔融的冰晶石 Na₃AlF₆（電解質）中進行電解。2Al₂O₃→4Al+3O₂，電解約在 1000℃ 時進行，在陰極上得到金屬鋁，鋁是液態的，可由電解槽底部流出，鑄成鋁錠。電解槽使用石墨作陰、陽極，每電解出 1 噸金屬鋁要消耗 2×10⁴ kWh 的電能，電解鋁純度約為 98~99%，

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