3.4 Productieprocessen (lang)

• scheikunde
• Middelbare school
• havo
• Leerjaar 3

Hoofdstuk 3.4 productieprocessen

Klasregels

1. Stilte
2. Aandacht
3. Concentratie 

Leerdoelen

• Kunnen begrijpen dat productieprocessen grondstoffen om kan zetten in een eindproduct (bauxiet naar aluminium).
• Kunnen begrijpen dat het productieproces uit verschillende stappen (zoals het Bayer-process) bestaat en deze weergegeven kunnen worden in een blokschema
• Kunnen begrijpen hoe het elektrolyseproces van aluminiumoxide naar zuiver aluminium in elkaar zit.

Productieprocessen

Productieprocessen

Tijdens het productieproces vinden treden er verschillende chemische reacties op en worden grondstoffen omgezet in eindproducten.

Grondstoffen

Grondstoffen zijn onbewerkt, natuurlijke materiaal die in de natuur gevonden kan worden. Voorbeelden hiervan zijn :

• aardolie
• Water
• Erts
• hout
• Mineralen

Eindproducten

Grondstoffen worden tijdens productieprocessen omgezet naar eindproducten. Voorbeelden van eindproducten zijn:

• Kunststoffen
• Medicijnen 
• Voedingsmiddelen
• Metalen

Aluminium tot aluminiumoxide

Aluminium reageert met zuurstof uit de lucht en vormt een laagje aluminiumoxide bij de oppervlakte.

Nadat deze laagje gevormd is, kan aluminium niet meer reageren met zuurstof uit de lucht en wordt het verder niet meer aangetast. 

Eigenschappen aluminium

• Aluminium is sterk
• Heeft een lage dichtheid en is dus licht
• Kan goed warmte reflecteren

Aluminiumoxide in de natuur

De zuivere vorm van aluminium kom je in de natuur niet tegen. 

In de natuur wordt het aluminium wel gevonden in zijn ontleedbare vorm; aluminiumoxide.  Aluminiumoxide wordt ook aluinaarde genoemd.

Van bauxiet tot aluinaarde

Het erts bauxiet bevat 55-60% aluminiumoxide en voor de rest uit ijzeroxiden en silicaten. Uit bauxiet wordt aluminiumoxide geproduceerd volgens het Bayer-proces. 

Het Bayer-proces

1. Bauxiet wordt eerst fijngemalen en met warme natronloog in reactor 1 gebracht.
2. Het opgeloste natriumalimaat wordt gescheiden van de rest van het bauxiet dat in vaste vorm aanwezig is. De natriumalimaat wordt dan bezinkt en afgevoerd.
3. Natrium alimaat wordt gekristalisseert in reactor 2 tot aluminiumhydroxide.

Bayer-proces stap 1

Bauxiet wordt eerst fijngemalen en met warme natronloog in reactor 1 gebracht. Het aluminiumoxide van de bauxiet reageert dan met natronloog:

aluminiumoxide (s) + natronloog (aq) -> natriumaluminaat (aq)

Bayer-proces stap 2

Het opgeloste natriumalimaat wordt gescheiden van de rest van het bauxiet dat in vaste vorm aanwezig is. De natriumaluminaat bezinkt en wordt daarna afgevoerd. 

Natriumaluminaat heeft een rode kleur die veroorzaakt wordt door ijzeroxiden. Hierdoor wordt natriumaluminaat ook 'rode modder' genoemd.

Bayer-proces stap 3

Natriumaluminaat kristalliseert in reactor 2 tot aluminiumhydroxide. Er ontstaat weer natronloog die teruggevoerd wordt naar reactor 1 voor hergebruik.

natriumaluminaat(aq) -> aluminiumhydroxide(s) + natronloog (aq)

Bayer-proces stap 4

Door verhitting in reactor 3 wordt zuiver aluminiumoxide gevormd.

aluminiumhydroxide(s) -> aluminiumoxide(s) + water(l)

Recycling

Aluminium wordt vaak gerecycled omdat het elektrolyse proces veel energie kost. Het omsmelten en recycling van aluminium kost maar vijf procent van de benodigde energy voor de productie van nieuwe aluminium.

Elektrolyse van aluinaarde

Het aluminiumoxide wordt in aluminium fabrieken eerst gesmolten en gemengd met kryoliet. In dit mengsel wordt gelijkstroom gevoerd en treedt elektrolyse op. Tijdens het proces ontstaat aan de negatieve elektrode zuiver aluminium en aan de positieve elektrode zuurstof.

Van aluinaarde tot aluminium

Het vloeibaar aluminium wordt daarna gegoten tot grote blokken of staven die in fabrieken verwerkt worden tot eindproducten.

Opdracht

Nu: maken opgave 27 t/m 29

Huiswerk: maken opgave 30 t/m 33