Кіріспе
Алюминийді балқыту процесі
The Hall–Héroult process is the major industrial process for smelting aluminium. It involves dissolving aluminium oxide (alumina) (obtained most often from bauxite, aluminium's chief ore, through the Bayer process) in molten cryolite and electrolyzing the molten salt bath, typically in a purpose built cell. The Hall–Héroult process applied at industrial scale happens at 940–980 °C and produces 99.5–99.8% pure aluminium. Recycling aluminum requires no electrolysis, thus it is not treated in this way. Because Hall–Héroult processing consumes copious electrical energy and its electrolysis stage creates much carbon dioxide and fluorocarbon compounds as byproducts, it contributes to air pollution as well as climate change.
Hall-Héroult процесі – алюминийді балқытудың басты өндірістік процесі болып табылады. Ол алюминий оксидін (алюминаны) (көбінесе алюминийдің негізгі кені болып табылатын бокситтен, Байер процесі арқылы алынады) еріген криолитте ерітуді және арнайы құрылған камерада еріген тұзды электролиздендіруді қамтиды. Өнеркәсіптік деңгейде қолданылатын Hall-Héroult процесі 940–980 °C температурада жүзеге асырылады және 99,5–99,8% таза алюминий шығарады. Алюминийді қайта өңдеу үшін электролиз қажет болмайды, сондықтан ол осылай өңделмейді. Hall-Héroult процесі көп мөлшерде электр энергиясын тұтынады және электролиз кезінде көп көмірқышқыл газы мен фторкөміртекті қосылыстар түзіледі, бұл ауаның ластануына және климаттың өзгеруіне әкеледі.
The Hall–Héroult process is the major industrial process for smelting aluminium. It involves dissolving aluminium oxide (alumina) (obtained most often from bauxite, aluminium's chief ore, through the Bayer process) in molten cryolite and electrolyzing the molten salt bath, typically in a purpose built cell. The Hall–Héroult process applied at industrial scale happens at 940–980 °C and produces 99.5–99.8% pure aluminium. Recycling aluminum requires no electrolysis, thus it is not treated in this way. Because Hall–Héroult processing consumes copious electrical energy and its electrolysis stage creates much carbon dioxide and fluorocarbon compounds as byproducts, it contributes to air pollution as well as climate change.
Қиындықтар
Элементарлы алюминийді сулы алюминий тұзын электролиз арқылы алуға болмайды, себебі гидроний иондары элементарлы алюминийді оңай тотықтырады. Балқыған алюминий тұзын пайдалануға болғанмен, алюминий оксидінің балқу температурасы 2072 °C болғандықтан, оны электролизден өткізу қиын. Hall-Héroult процесінде алюминий оксиді, Al2O3, балқыған синтетикалық криолитте, Na3AlF6, ерітіліп, электролизді жеңілдету үшін балқу температурасын төмендетеді.
Ұялы операциялар
Зауыттардағы камералар тәулік бойы жұмыс істейді, осылайша олардың ішіндегі балқыған материал қатып қалмауы үшін. Камера ішіндегі температура электр кедергісі арқылы сақталады. Көміртек анодының тотығуы электр тиімділігін арттырады, бірақ бұл көміртек электродтарының жұмсалуына және көміртек диоксидінің пайда болуына әкеледі. 1855 жылғы Универсалды көрмеде алюминийден жасалған таяқшалар француз патшасының қазынасымен бірге қойылды, ал Франция императоры Наполеон III өзінің ең құрметті қонақтары үшін алюминийден жасалған тағам табақтары мен ас ішетін құралдарын сақтап қалған деген әңгіме бар. Ескі әдістерді пайдалану арқасында өндіріс құны төмендеді, бірақ алюминий Вашингтон қаласындағы Вашингтон монументінің шатырына орнатылатын қалқан/найзағай тартқыш ретінде таңдалғанда, ол күмістен де қымбат болды.
Тәуелсіз зерттеу
Hall-Héroult процесі 1886 жылы америкалық химик Чарльз Мартин Холл мен француз Пауль Геруль 22 жасында дерлік бір уақытта тәуелсіз түрде ойлап тапты. Кейбір авторлар Холлға оның қарындасы Джулия Брейнерд Холл көмектескенін айтады; алайда, оның қатысу дәрежесі күмәнді. 1888 жылы Холл Питтсбургте алғашқы ірі алюминий өндіріс орнатуын ашты. Кейіннен ол «Алькоа» корпорациясына айналды. 1997 жылы Hall–Héroult процесі алюминийді коммерциялық өндіріске енгізудегі маңыздылығын ескере отырып, Америка химия қоғамы тарапынан Ұлттық тарихи химиялық ескерткіш деп танылды.
Экономикалық әсері
Hall-Héroult процесі арқылы өндірілген алюминий, қолжетімді электр қуатымен үйлесімде, алюминийді (сондай-ақ, магнийді) құнды металл емес, арзан тауарға айналдыруға мүмкіндік берді. Бұл өз кезегінде Хьюго Юнкерс сияқты пионерлерге алюминий мен алюминий-магний қорытпаларын мыңдаған металл ұшақтар жасауға немесе Говард Лундқа алюминийден балық аулау қайықтарын жасауға жағдай жасады. 2012 жылы өндірілген әр тонна алюминийге 12,7 тонна көміртегі диоксиді (CO2) шығарылатыны бағаланды.