Avainero Hall Héroult -prosessin ja Hoopes-prosessin välillä on, että Hall Héroult -prosessi muodostaa alumiinimetallia 99,5 %:n puhtaudella, kun taas Hoopes-prosessi tuottaa alumiinimetallia noin 99,99 %:n puhtaudella.
Hall Héroult -prosessi ja Hoopes-prosessi ovat tärkeitä puhtaan alumiinimetallin valmistuksessa. Molemmat prosessit ovat elektrolyyttisiä prosesseja. Kussakin prosessissa tuotetun alumiinimetallin puhtaus eroaa toisistaan.
Mikä on Hall Héroult -prosessi?
Hall Héroult -prosessi on tärkein teollinen reitti alumiinimetallin sulatuksessa. Tämä prosessi sisältää alumiinioksidin tai alumiinioksidin, joka on saatu bauksiittimineraalista (Bayer-prosessin kautta) liuottaminen sulaan kryoliittiin, mitä seuraa sulan suolakylvyn elektrolysointi tarkoitukseen rakennetussa kennossa. Tyypillisesti tämä prosessi tapahtuu 940-980 celsiusasteessa teollisen mittakaavan sovelluksissa. Vielä tärkeämpää on, että tämä prosessi tuottaa noin 99,5 % puhdasta alumiinimetallia. Emme kuitenkaan käytä kierrätettyä alumiinia tässä prosessissa, koska tämäntyyppinen alumiini ei vaadi elektrolyysiä. Hall Héroultin prosessi pyrkii edistämään ilmastonmuutosta elektrolyyttisen reaktion aikana tapahtuvan hiilidioksidipäästön vuoksi.
Tämä prosessi on tärkeä, koska alkuainealumiinia ei voida tuottaa vesipitoisen alumiinisuolan elektrolyysillä, koska hydroniumioni hapettaa helposti alkuainealumiinin. Yleensä alumiinioksidilla on erittäin korkea sulamispiste; siksi se on liuotettava kryoliittiin sulamispisteen alentamiseksi. Tämä helpottaa elektrolyysiprosessia. Tämä prosessi vaatii hiilen lähteen, joka on usein koksia.
Koska tämä on elektrolyysiprosessi, meidän on käytettävä katodia ja anodia. Yleensä elektrodit on valmistettu puhdistetusta koksista. Katodilla alumiini-ionit ottavat elektroneja ja muodostavat alumiinimetallia. Anodilla oksidi-ionit yhdistyvät koksin hiiliatomien kanssa muodostaen hiilimonoksidikaasua. Todellisuudessa hiilidioksidikaasua muodostuu kuitenkin paljon enemmän kuin hiilimonoksidikaasua. Tässä prosessissa kryoliittia käytetään alentamaan alumiinioksidin sulamispistettä, koska se voi liuottaa alumiinioksidia hyvin. Kryoliitti pystyy myös johtamaan sähköä; joten voimme käyttää sitä elektrolyyttisenä väliaineena. Lisäksi kryoliitilla on alhainen tiheys verrattuna alumiinimetalliin, mikä on elektrolyysiprosessin edellytys.
Mikä on Hoopes-prosessi?
Hoopes-prosessi on teollinen prosessi, joka on hyödyllinen erittäin puhtaan alumiinimetallin saamiseksi. Prosessi on nimetty tiedemies William Hoopesin mukaan. Hall Héroult -prosessista saatava alumiinimetallin puhtaus on noin 99 %. Useimmissa sovelluksissa tämä puhtausmäärä katsotaan puhtaaksi alumiiniksi. Mutta erittäin herkkiin tarkoituksiin tämä puhtaus ei riitä. Siksi alumiinin lisäpuhdistus voidaan suorittaa Hoopes-prosessilla, joka on myös elektrolyyttinen prosessi.
Hoopes-prosessissa käytetään elektrolyyttikennoa, joka sisältää rautasäiliön, jonka pohjassa on hiiltä. Tämän kennon anodina voidaan käyttää sulaa kuparin, raakaa alumiinin tai piin seosta. Tämä anodi muodostaa tämän elektrolyyttikennon alimman kerroksen. Siinä on keskikerros, joka sisältää natriumin, alumiinin ja bariumin fluoridien sulan seoksen. Seuraava kerros on ylin kerros, joka sisältää sulaa alumiinia. Kennon katodi on kaksi grafiittisauvaa, jotka on kastettu sulaan alumiiniin.
Elektrolyysiprosessin aikana alumiini-ionit kennon keskikerroksesta pyrkivät siirtymään kohti yläkerrosta, jossa nämä ionit pelkistyvät muodostaen alumiinimetallia saamalla kolme elektronia katodeilta. Tässä alempaan kerrokseen muodostuu sama määrä alumiini-ioneja samanaikaisesti (anodille). Nämä alumiini-ionit siirtyvät sitten keskikerrokseen. Ylemmästä kerroksesta saadaan aika ajoin irrotettua puhdasta alumiinia. Tämän alumiinin puhtaus on noin 99,99 %.
Mitä eroa on Hall Héroult -prosessilla ja Hoopes-prosessilla?
Sekä Hall Héroult -prosessi että Hoopes-prosessi ovat elektrolyyttisiä prosesseja, jotka tuottavat erittäin puhdasta alumiinimetallia. Keskeinen ero Hall Héroult -prosessin ja Hoopes-prosessin välillä on kuitenkin se, että Hall Héroult -prosessi muodostaa alumiinimetallia 99,5 %:n puhtaudella, kun taas Hoopes-prosessi tuottaa alumiinimetallia noin 99,99 %:n puhtaudella.
Alla infografiassa on lisää eroja Hall Héroult -prosessin ja Hoopes -prosessin välillä taulukkomuodossa.
Yhteenveto – Hall Héroult -prosessi vs Hoopes-prosessi
Useimmissa sovelluksissa Hall Héroult -prosessilla saadun alumiinin puhtautta pidetään puhtaana alumiinina. Mutta erittäin herkkiin tarkoituksiin tämä puhtaus ei riitä. Tällaisissa tapauksissa tarvitsemme lisäpuhdistusta, joka tehdään Hoopes-prosessilla. Keskeinen ero Hall Héroult -prosessin ja Hoopes-prosessin välillä on, että Hall Héroult -prosessi muodostaa alumiinimetallia 99,5 %:n puhtaudella, kun taas Hoopes-prosessi tuottaa alumiinimetallia noin 99,99 %:n puhtaudella.
