Процесс Холла — Эру

Процесс Холла — Эру — основной промышленный метод получения алюминия чистотой 99,5-99,8 %, заключающийся в растворении оксида алюминия (глинозёма), полученного по процессу Байера, в расплавленном криолите и последующем электролизе этого расплава в специальной электропечи при температуре 940—980 °C. Процесс был изобретён в 1886 году независимо и одновременно французом Польем Эру и американцем Чарльзом Холлом. Ввиду сходства их биографий и деятельности их часто называют «алюминиевыми близнецами».

Производство вторичного алюминия из лома и отходов осуществляется по иной технологии и требует значительно меньше электроэнергии, чем получение первичного алюминия.

Этапы процесса

Схема электролизёра для производства алюминия по процессу Холла — Эру

Ошибка создания миниатюры:

Промышленная линия по производству алюминия на заводе корпорации Alcoa в Мосйён (Норвегия)

Оксид алюминия (температура плавления 2045 °C), полученный из бокситов по процессу Байера, смешивается с расплавленным криолитом Na₃[AlF₆] (80-90 %), чтобы образовать в ванне электролизёра эвтектику с более низкой температурой плавления — около 950 °C.

Электролизёр состоит из стального резервуара, футерованного изнутри огнеупорным слоем и углеродистым материалом (графит/антрацит), выполняющим роль катода. Ванна электролизёра заполнена криолитно-глинозёмным расплавом, в который погружены графитовые аноды. На электроды подаётся постоянный электрический ток напряжением 4-5 В и силой тока 80-100 кА и выше. Рабочая температура ванны поддерживается без внешнего нагрева за счёт тепла, выделяющегося при прохождении электрического тока через расплав между анодом и катодом; это тепло компенсирует потери, вызванные эндотермической реакцией восстановления оксида алюминия, удалением жидкого горячего алюминия с дна ванны и отводом из расплава горячих газов. Анод в ходе электролиза постепенно выгорает и его постоянно опускают в расплав.

В процессе электролиза в расплавленном электролите происходит диссоциация молекул глинозёма:

$\mathrm {Al_{2}O_{3}\longrightarrow 2\ Al^{3+}+3\ O^{2-}}$.

На катоде разряжаются только катионы алюминия:

${\rm {Al^{3+}+3e^{-}\rightarrow Al\;{\text{металл}}}}$,

который стекает на дно ванны и периодически удаляется из электролизёра путём сифонирования или отсасывания в вакуумные ковши. Таким образом, для получения металлического алюминия практически расходуется только глинозём. По мере истощения электролита глинозёмом его периодически подсыпают в ванну.

На аноде выделяются монооксид и диоксид углерода:

${\rm {O^{2-}+C\rightarrow CO+2e^{-}}}$,

${\rm {2O^{2-}+C\rightarrow CO_{2}+4e^{-}}}$,

которые в виде пузырьков выходят в атмосферу.

В ходе процесса могут возникать нежелательные побочные реакции, некоторые из которых создают серьёзные экологические проблемы. В частности, образуются фтороводород, диоксид углерода и тетрафторид углерода, усиливающие парниковый эффект.

В 1997 году Американское химическое общество признало процесс Холла — Эру национальной исторической химической достопримечательностью в знак признания важности этого процесса для коммерциализации алюминия.

Литература

• В. М. Клименко, О. П. Шилина, А. Ю. Осадчук Технологія конструкційних матеріалів. / Частина перша. Конструкційні матеріали: властивості, класифікація, виробництво. Навчальний посібник. — Вінниця: УНІВЕРСУМ-Вінниця, 2005. — 97 с. — ISBN 966-641-156-3.
• А. М. Верховлюк, А. В. Наривский, В. Г. Могилатенко Технології одержання металів та сплавів для ливарного виробництва: Навч. посібник. — Київ: Видавничий дім “Вініченко”, 2016. — 224 с. — ISBN 978-966-2622-23-2.
• Production of Aluminum: The Hall-Héroult Process. National Historic Chemical Landmarks..

Одним из источников, использованных при создании данной статьи, является статья из википроекта «Руниверсалис» («Руни», руни.рф) под названием «Процесс Холла — Эру», расположенная по адресу: — «https://руни.рф/index.php/Процесс_Холла_—_Эру» Материал указанной статьи полностью или частично использован в Циклопедии по лицензии CC BY-SA. Всем участникам Руниверсалиса предлагается прочитать «Обращение к участникам Руниверсалиса» основателя Циклопедии и «Почему Циклопедия?».