アルミニウムの工業的製法「ボーキサイトの精錬・融解塩電解」（仕組み・氷晶石を入れる理由など）

まずは、原料鉱石のボーキサイト（主成分：Al₂O₃・nH₂O）を濃水酸化ナトリウムNaOH水溶液に溶かすことで[Al(OH)₄]^－を得る。

\[ \mathrm{Al_{2}O_{3}+2NaOH+3H_{2}O →2Na[Al(OH)_{4}]} \]

この反応は代表的な両性酸化物と塩基の反応である。詳しくは次のページを参照のこと。

参考：両性元素とは（ゴロ・覚え方・反応式など）

なお、ボーキサイト中の反応しなかった不純物（酸化鉄(Ⅲ)Fe₂O₃など）は沈殿するため、ろ過により除去する。

STEP1の溶液を大量の水で薄めてpHを下げる。
pHを下げるとルシャトリエの原理により、次の平衡が右に移動して水酸化アルミニウムAl(OH)₃の白色沈殿ができる。

\[ \mathrm{[Al(OH)_{4}]^{-}⇄Al(OH)_{3}↓+OH^{-}} \]

参考：ルシャトリエの原理（温度・圧力変化・希ガスを加えた場合など）

最後に、Al(OH)₃を強熱し、純度の高いAl₂O₃（アルミナ）を得る。

\[ \mathrm{2Al(OH)_{3}→Al_{2}O_{3}+3H_{2}O} \]

この反応は、水酸化物の熱分解反応である。熱分解反応について詳しくは次のページを参照のこと。

参考：【熱分解反応】入試頻出3パターンの反応式の作り方などを解説

アルミナAl₂O₃の融点は2000℃と非常に高く、ここまで加熱するにはコストが多くかかる。
したがって、融点降下剤である氷晶石を加えることで1000℃以下まで融点を下げ、Al₂O₃を効率よく融解させる。

この溶液中には、 Al^3＋とO^2－が存在する。

\[ \mathrm{Al_{2}O_{3} → 2Al^{3+} + 3O^{2-}} \]

次に、溶液中のO^2－が陽極でe^－を離し、COやCO₂が発生する。

\[ \mathrm{C + O^{2-} → CO + 2e^{-}}\\
\mathrm{C + 2O^{2-} → CO_{2} + 4e^{-}} \]

このとき電極に渡されたe^－は陰極側へと移動する。

最後に、陽極側から流れてきたe^－を、陰極でAl^3＋が受け取り、純粋なアルミニウムを得る。

\[ \mathrm{Al^{3+} + 3e^{-} → Al} \]