Hallův–Héroultův proces je průmyslový proces pro výrobu hliníku. Vychází z oxidu hlinitého, získaného Bayerovým procesem z bauxitu, který se roztaví s kryolitem a následně se elektrolyzuje. V průmyslovém měřítku probíhá tento proces při teplotě 940–980 °C a připravený hliník má čistotu 99,7–99,9 %. K recyklaci hliníku se tento proces nevyužívá.
Hallův–Héroultův proces spotřebovává značné množství elektrické energie a tím pádem může být odpovědný za produkci velkého množství CO2. Vedlejšími produkty jsou perfluorované uhlovodíky, které působí jako látky znečišťující ovzduší.
Historie Hliník je nejrozšířenějším kovem v zemské kůře, ale vyskytuje se zde výhradně ve sloučeninách. Tvoří mnoho minerálů, průmyslově nejdůležitější je bauxit, což je směs hydratovaných oxidů hliníku a dalších kovů, např. železa. Před zavedením Hallova–Héroultova procesu byla cena hliníku vyšší než cena stříbra i zlata.
Hallův–Héroultův proces byl nezávisle a téměř současně vyvinut v roce 1886 americkým chemikem Charlesem Martinem Hallem a francouzem Paulem Héroultem. Někteří autoři tvrdí, že Hallovi pomáhala jeho sestra Julia Brainerd Hallová; míra jejího zapojení je však sporná. V roce 1888 Hall otevřel první velkokapacitní závod na výrobu hliníku v Pittsburghu, později se z něj stala společnost Alcoa.
V roce 1997 byl Hallův–Héroultův proces Americkou chemickou společností označen za národní historickou chemickou památku jako uznání významu tohoto procesu pro komercializaci hliníku.
Popis procesu náhled|vpravo|Schematický řez elektrolyzérem na výrobu hliníku Hallův–Héroultův proces Kovový hliník nelze připravit elektrolýzou vodných roztoků hlinitých solí, protože by docházelo k oxidaci vznikajícího kovu. Elektrolýza tavenin je neekonomická, protože oxid hlinitý taje při teplotě 2072 °C. Proto se využívá kryolit, Na3AlF6, který snižuje teplotu tání. Zdrojem uhlíku je koks.
Elektrolýza Na jednotlivých elektrodách probíhají následující děje:
Katoda: Al3+ + 3 e− → Al Anoda: O2− + C → CO + 2 e−
Celková rovnice:
Al2O3 + 3 C → 2 Al + 3 CO
Teplota tání kryolitu je 1009±1 °C, při rozpuštění oxidu hlinitého dochází k jejímu poklesu na přibližně 1000 °C. Kromě snížení teploty tání se kryolit využívá i proto, že dokáže rozpustit oxid hlinitý, vede elektrický proud, rozkládá se při vyšším napětí než alumina a má nižší hustotu než hliník při teplotě procesu.
Do elektrolytu se přidává i fluorid hlinitý, AlF3. Poměr NaF/AlF3 se označuje jako kryolitový poměr a v čistém kryolitu je roven 3. V průmyslovém procesu se jeho hodnota nastavuje na 2–3, což snižuje teplotu tání a elektrolýza pak probíhá v teplotním rozmezí 940–980 °C. Při této teplotě je hustota taveniny hliníku 2,3 g.cm−3, hustota elektrolytu pak musí být menší než 2,1 g.cm−3, tím je zaručena separace vznikajícího hliníku na dně nádoby. K elektrolytu se přidávají i další látky, např. LiF nebo CaF2, pro optimalizaci vlastností jako je hustota, vodivost, apod.
Odkazy
Reference
Externí odkazy
Kategorie:Hliník Kategorie:Chemické procesy