Die Schmelzflusselektrolyse ist ein Elektrolyseverfahren, bei dem kein wässriges Medium, sondern eine heiße Salzschmelze als Elektrolyt dient. Sie dient zur Herstellung bzw. Gewinnung von Aluminium, aller Alkalimetalle und der meisten Erdalkalimetalle, außerdem auch von einigen Kunststoffen. Auch liefert das Verfahren Fluor und Chlor.
Da die sogenannten „unedlen“ Metalle Kalium, Natrium, Magnesium und Aluminium in der elektrochemischen Spannungsreihe unter dem Wasser (H2O) stehen, können sie nicht durch Elektrolyse aus wässrigen Lösungen abgeschieden werden, da somit eher Wasser zu H2 + 2 OH− reduziert werden würde. Um die Salze zu schmelzen benötigt man sehr hohe Temperaturen: für die Aluminiumherstellung mit Kryolith benötigt man 960 °C, für Natrium aus Natriumchlorid ca. 620 °C, für Magnesium aus MgCl2 und Zusätzen ca. 670 °C. Auch Fluor kann nicht aus wässrigen Lösungen von Fluoriden mittels Elektrolyse abgeschieden werden, da statt Fluor Sauerstoff entsteht.
Die Reduktion von Aluminiumoxid [zu Al] erfolgt durch in der Schmelzflusselektrolyse (kurz auch Schmelzelektrolyse).
Die Elektrolysezelle besteht dabei aus einer Stahlwanne, die mit Kohlenstoffmaterial (Graphit / Anthrazit) ausgekleidet ist. In dieser Wanne befindet sich der flüssige Elektrolyt (Kryolith mit einem Überschuss an AlF3).
- Anoden aus Graphit bildet den Minuspol
- Kathodenwanne aus Kohle bildet den Pluspol
Durch eine Spannung von 4 bis 5 Volt und einer Stromstärke bis zu 330.000 Ampère wird das Aluminiumoxid (Al2O3) zerlegt:
In der Schmelze befinden sich die positiv geladenen Al3+-Ionen wandern in der Schmelze zur Kathode (Minuspol). Dort nehmen sie Elektronen auf und werden zu Aluminiumatomen reduziert.
Katodenreduktion: Al3+ + 3e- => Al
Die negativen O2--Ionen wandern zur Anode (Pluspol). Dort geben sie ihre überschüssigen Elektronen ab und werden zu Sauerstoffmolekülen.
Anodenoxidation: O2-=> O2 + 2e-
Gesamtreaktion: 2 Al2O3 => 4 Al + 3O2
Al2O3 besteht aus [aus Al3+ + O2-]
Die O2-Moleküle reagieren mit dem Kohlenstoff der Graphitanode zu Kohlenmonoxid CO und Kohlendioxid CO2, die dann als Gase entweichen.
Vgl.: Schmelzflusselektrolyse (chemie.de)
Gewinnung von Aluminium durch Elektrolyse
https://www.youtube.com/watch?v=EQfHA4xCCZE
sehenswertes Video!