Kluczowa różnica między procesem Halla Héroulta a procesem Hoopesa polega na tym, że proces Halla Héroulta wytwarza metaliczny aluminium o czystości 99,5%, podczas gdy proces Hoopesa wytwarza metaliczny aluminium o czystości około 99,99%.
Proces Halla Héroulta i proces Hoopesa są ważne w produkcji czystego aluminium. Oba te procesy są procesami elektrolitycznymi. Czystość aluminium metalicznego wytwarzanego w każdym procesie różni się od siebie.
Co to jest proces Halla Héroulta?
Proces Halla Héroult jest głównym przemysłowym sposobem wytapiania aluminium. Proces ten obejmuje rozpuszczanie tlenku glinu lub tlenku glinu, który jest otrzymywany z minerału boksytu (w procesie Bayer) w stopionym kriolicie, a następnie elektrolizę kąpieli stopionej soli w specjalnie skonstruowanym ogniwie. Zazwyczaj proces ten odbywa się w temperaturze 940-980 stopni Celsjusza w zastosowaniach na skalę przemysłową. Co ważniejsze, proces ten wytwarza około 99,5% czystego aluminium metalicznego. Jednak w tym procesie nie używamy aluminium z recyklingu, ponieważ ten rodzaj aluminium nie wymaga elektrolizy. Proces Halla Héroulta ma tendencję do przyczyniania się do zmian klimatycznych ze względu na emisję dwutlenku węgla podczas reakcji elektrolitycznej.
Ten proces jest ważny, ponieważ pierwiastkowe aluminium nie może być wytworzone przez elektrolizę wodnej soli glinu, ponieważ jon hydroniowy łatwo utlenia pierwiastkowe aluminium. Zwykle tlenek glinu ma bardzo wysoką temperaturę topnienia; dlatego musi być rozpuszczony w kriolicie w celu obniżenia temperatury topnienia. Ułatwia to proces elektrolizy. Proces ten wymaga źródła węgla, którym często jest koks.
Ponieważ jest to proces elektrolizy, musimy użyć katody i anody. Zwykle elektrody wykonane są z oczyszczonego koksu. Na katodzie jony aluminium pobierają elektrony, tworząc metal aluminiowy. Na anodzie jony tlenkowe łączą się z atomami węgla z koksu, tworząc gazowy tlenek węgla. Jednak w rzeczywistości powstaje znacznie więcej gazowego dwutlenku węgla niż gazowego tlenku węgla. W tym procesie kriolit służy do obniżenia temperatury topnienia tlenku glinu, ponieważ może dobrze rozpuszczać tlenek glinu. Kriolit jest również w stanie przewodzić prąd; w ten sposób możemy użyć go jako medium elektrolitycznego. Ponadto kriolit ma niską gęstość w porównaniu z metalicznym aluminium, co jest wymagane w procesie elektrolizy.
Co to jest proces Hoopesa?
Proces Hoopes jest procesem przemysłowym przydatnym do otrzymywania metalu aluminiowego o bardzo wysokiej czystości. Proces został nazwany na cześć naukowca Williama Hoopesa. Aluminium, które możemy uzyskać w procesie Halla Héroulta, ma czystość około 99%. W większości zastosowań ta czystość jest traktowana jako czyste aluminium. Ale dla niezwykle wrażliwych celów ta czystość nie wystarczy. Dlatego dalsze oczyszczanie aluminium może być prowadzone w procesie Hoopesa, który jest również procesem elektrolitycznym.
Proces Hoopesa wykorzystuje ogniwo elektrolityczne, które zawiera żelazny zbiornik z węglem na dole. Jako anodę tego ogniwa można użyć stopionego stopu miedzi, surowego aluminium lub krzemu. Ta anoda tworzy najniższą warstwę tego ogniwa elektrolitycznego. Warstwa środkowa zawiera stopioną mieszaninę fluorków sodu, glinu i baru. Kolejna warstwa to najwyższa warstwa zawierająca stopione aluminium. Katodą ogniwa są dwa grafitowe pręty zanurzone w stopionym aluminium.
Podczas procesu elektrolizy jony glinu ze środkowej warstwy ogniwa mają tendencję do migracji w kierunku górnej warstwy, gdzie te jony ulegają redukcji, tworząc metaliczny glin poprzez uzyskanie trzech elektronów z katod. Tutaj w dolnej warstwie (przy anodzie) tworzy się jednocześnie taka sama liczba jonów glinu. Te jony glinu migrują następnie do warstwy środkowej. Od czasu do czasu możemy uzyskać czyste aluminium odsączone z górnej warstwy. Czystość tego aluminium wynosi około 99,99%.
Jaka jest różnica między procesem Halla Héroulta a procesem Hoopesa?
Zarówno proces Halla Héroulta, jak i proces Hoopesa to procesy elektrolityczne, w których powstaje aluminium o wysokiej czystości. Jednak kluczowa różnica między procesem Halla Héroulta a procesem Hoopesa polega na tym, że proces Halla Héroulta tworzy metaliczny aluminium o czystości 99,5%, podczas gdy proces Hoopesa wytwarza metaliczny aluminium o czystości około 99,99%.
Poniższa infografika przedstawia więcej różnic między procesem Halla Héroulta a procesem Hoopesa w formie tabelarycznej.
Podsumowanie – Proces Halla Héroulta kontra proces Hoopesa
W większości zastosowań czystość aluminium uzyskanego w procesie Halla Héroulta jest uważana za czyste aluminium. Ale dla niezwykle wrażliwych celów ta czystość nie wystarczy. W takich przypadkach potrzebne jest dalsze oczyszczanie, które odbywa się w procesie Hoopesa. Kluczową różnicą między procesem Halla Héroulta a procesem Hoopesa jest to, że proces Halla Héroulta tworzy metaliczny aluminium o czystości 99,5%, podczas gdy proces Hoopesa wytwarza metaliczny aluminium o czystości około 99,99%.
