Процес Голла-Еру

Процес Голла-Еру — основний промисловий процес виробництва алюмінію чистотою 99.5-99.8 %, який полягає у розчиненні оксиду алюмінію (глинозему), отриманого процесом Байєра, у розплавленому кріоліті й електролізі розплаву в спеціальній електропечі за температури 940—980 °C. Процес був винайдений 1886 року одночасно та незалежно французом Полем Еру та американцем Чарльзом Голлом. З огляду на подібність біографій та діяльності їх часто називають «алюмінієвими двійниками».

Виробництво вторинного алюмінію з брухту й відходів відбувається за іншою технологією та потребує набагато менше електроенергії, ніж отримання первинного алюмінію.

Етапи процесу

Схема електролізера з виробництва алюмінію за процесом Голла-Еру

Промислова лінія з виробництва алюмінію на заводі корпорації Alcoa в Mosjøen (Норвегія)

Оксид алюмінію (температура плавлення 2045 °C), отриманий з бокситу за процесом Байєра, змішується з розплавленим кріолітом NaШаблон:Sub[AlFШаблон:Sub] (80-90 %), щоб отримати у ванні електролізера евтектику з нижчою температурою плавлення — приблизно 950 °C.Шаблон:Sfn

Електролізер складається зі сталевого резервуару, футерованого всередині вогнетривким шаром і вуглецевим матеріалом (графіт/антрацит), який виконує роль катода. Ванна електролізера заповнена кріолітно-глиноземним розплавом, у який занурені графітові аноди. На електроди подається постійний електричний струм напругою 4...5 В, силою струму 80...100 кА і більше. Робоча температура ванни електролізера підтримується без зовнішнього нагрівання за рахунок тепла, яке виділяється від проходження через розплав електричного струму між анодом і катодом і яке компенсує втрати тепла через ендотермічну реакцію відновлення оксиду алюмінію, видалення рідкого гарячого алюмінію з дна ванни та відведення з розплаву гарячих газів. Анод під час електролізу вигорає і його поступово опускають в розплав.Шаблон:Sfn

У процесі електролізу в розплавленому електроліті відбувається дисоціація молекул глинозему:

$\mathrm{A}{\mathrm{l}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\mathrm{⟶}\mathrm{2}\mathrm{A}{\mathrm{l}}^{\mathrm{3}\mathrm{+}}\mathrm{+}\mathrm{3}{\mathrm{O}}^{\mathrm{2}\mathrm{-}}$.

На катоді розряджаються тільки катіони алюмінію:

$\mathrm{A}{\mathrm{l}}^{\mathrm{3}\mathrm{+}}\mathrm{+}\mathrm{3}{\mathrm{e}}^{\mathrm{-}}\mathrm{\to }\mathrm{A}\mathrm{l}\text{метал}$,

який стікає на дно ванни, і його періодично видаляють з електролізера сифонуванням або відсмоктуванням у вакуумні ковші. Таким способом для одержання металевого алюмінію практично витрачається лише глинозем. Із збідненням електроліту глиноземом його періодично довантажують у ванну.Шаблон:Sfn

На аноді виділяються монооксид і діоксид вуглецю:

${\mathrm{O}}^{\mathrm{2}\mathrm{-}}\mathrm{+}\mathrm{C}\mathrm{\to }\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{+}\mathrm{2}{\mathrm{e}}^{\mathrm{-}}$,

$\mathrm{2}{\mathrm{O}}^{\mathrm{2}\mathrm{-}}\mathrm{+}\mathrm{C}\mathrm{\to }\mathrm{C}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}\mathrm{4}{\mathrm{e}}^{\mathrm{-}}$,

які у формі бульбашок виходить в атмосферу.

Під час процесу можуть виникнути небажані побічні реакції, деякі з яких створюють серйозні екологічні проблеми. Зокрема, утворюється фтороводень, діоксид вуглецю, тетрафторид вуглецю, які посилюють парниковий ефект.

1997 року Американське хімічне товариство визнало процес Голла-Еру національною історичною хімічною пам'яткою на знак визнання важливості цього процесу в комерціалізації алюмінію.

Джерела

• Шаблон:Книга
• Шаблон:Книга
• Шаблон:Cite web