Der Prozess des Saals-Héroult ist der Hauptindustrieprozess für die Produktion von Aluminium. Es schließt sich auflösende Tonerde in geschmolzenen cryolite und electrolysing das geschmolzene Salz-Bad ein, um reines Aluminiummetall zu erhalten.

Prozess

Aluminium kann durch die Elektrolyse von Aluminiumsalz nicht erzeugt werden, das in Wasser wegen der hohen Reaktionsfähigkeit von Aluminium mit den Protonen von Wasser und der nachfolgenden Bildung von Wasserstoff aufgelöst ist. Als, in einer wässrigen Lösung, werden Protone (H) auf Atomwasserstoff bevorzugt reduziert, bevor Ionen von Al, die Verminderung von Al durch die Elektrolyse eines geschmolzenen Aluminiumsalzes getan wird. Das ist ein freies Wassermedium, und folglich, H die Verminderung wird vermieden.

In der Prozess-Tonerde des Saals-Héroult, AlO, wird in einem Kohlenstoff-linierten Industriefass von geschmolzenem cryolite, NaAlF (Natrium hexafluoroaluminate) aufgelöst, eine "Zelle" genannt. Aluminiumoxyd hat einen Schmelzpunkt, während rein, cryolite hat einen Schmelzpunkt dessen. Mit einem kleinen Prozentsatz darin aufgelöste Tonerde hat cryolite einen Schmelzpunkt ungefähr. Ein Aluminiumfluorid, AlF wird auch in den Prozess hinzugefügt, um den Schmelzpunkt der Cryolite-Tonerde-Mischung zu reduzieren.

Die geschmolzene Mischung von cryolite, Tonerde, ist Aluminiumfluorid dann electrolyzed durch den Übergang eines direkten elektrischen Stroms dadurch. Die elektrochemische Reaktion veranlasst flüssiges Aluminiummetall, an der Kathode als ein jäh hinabstürzender abgelegt zu werden, während sich der Sauerstoff von der Tonerde mit Kohlenstoff von der Anode verbindet, um Kohlendioxyd, CO zu erzeugen. Ein elektrisches Potenzial von drei bis fünf Volt ist erforderlich, um die Reaktion zu steuern, und die Rate der Produktion ist zum elektrischen Strom proportional. Ein Industrieskala-Schmelzer verbraucht normalerweise Hunderttausende von Ampere für jede Zelle.

Die Oxydation der Kohlenstoff-Anode reduziert die erforderliche Stromspannung über jede Zelle, die elektrische Leistungsfähigkeit, zu einem Selbstkostenpreis von das dauernde Ersetzen der Kohlenstoff-Elektroden mit neuen und auch der Kosten vergrößernd, Kohlendioxyd in die Atmosphäre zu veröffentlichen. Hunderte von Zellen des Saals-Heroult werden gewöhnlich elektrisch der Reihe nach verbunden, und sie werden mit dem direkten Strom (DC) von einem einzelnen Satz von Berichtigern geliefert, die den Wechselstrom (AC) umwandeln, der der Fabrik in den direkten Strom geliefert ist. Der sehr hohe elektrische Strom wird den Zellen durch schweres, niedriges elektrisches Widerstand-Metall busbars gemacht aus reinem Aluminium oder Kupfer geliefert. Die Zellen werden elektrisch geheizt, um die Betriebstemperatur mit diesem Strom zu erreichen, und das Anode-Gangregler-System ändert den Strom, der die Zelle durch die Aufhebung oder das Senken der Anoden und das Ändern des Widerstands der Zelle durchführt. Wenn erforderlich kann jede Zelle durch das Rangieren busbars umgangen werden.

Das flüssige Aluminium wird mit der Hilfe eines Hebers weggenommen, der mit einem Vakuum funktioniert, um zu vermeiden, äußerst hohe Temperaturklappen und Pumpen verwenden zu müssen. Das flüssige Aluminium kann dann in Gruppen oder über eine dauernde heiße Flusslinie zu einer Position übertragen werden, wo es in Aluminiumbarren geworfen wird. Das Aluminium kann entweder in die Form von Endmit dem Wurfaluminiumprodukten geworfen werden, oder die Barren können anderswohin wie ein Walzwerk gesandt werden, das in Platten oder eine leitungsziehende Mühle zu drücken ist, die Aluminiumleitungen und Kabel erzeugt.

Während fest, ist cryolite dichter als festes Aluminium bei der Raumtemperatur, das flüssige Aluminiumprodukt ist dichter als der geschmolzene cryolite bei Temperaturen ringsherum, und das Aluminiumbecken zum Boden der elektrolytischen Zelle, wo es regelmäßig gesammelt wird. Die Spitzen und Seiten der Zellen werden mit Schichten von festen cryolite bedeckt, die auch als Thermalisolierung handeln. Der unvermeidliche elektrische Widerstand innerhalb jeder Zelle erzeugt genügend Hitze, um die Cryolite-Tonerde-Mischung geschmolzen zu halten.

Mit dem Prozentsatz Aluminium, das in jeder Zelle aufgelöst ist, die durch die Elektrolyse im geschmolzenen cryolite wird entleert, ist zusätzliche Tonerde ständig in die Zellen fallen gelassen, um das erforderliche Niveau von Tonerde aufrechtzuerhalten. Wann auch immer sich eine feste Kruste über die Oberfläche der geschmolzenen Cryolite-Tonerde formt, wird diese Kruste von Zeit zu Zeit gebrochen, um der zusätzlichen Tonerde zu erlauben, in den geschmolzenen cryolite zu fallen und sich dort aufzulösen.

Der Elektrolyse-Prozess erzeugt Auslassventil, das in die Ausströmungen-Motorhaube flüchtet und ausgeleert wird. Das Auslassventil ist in erster Linie CO, der vom Anode-Verbrauch und Wasserstofffluorid (HF) vom cryolite und Fluss erzeugt ist. HF ist ein hoch zerfressendes und toxisches Benzin, sogar Glasoberflächen ätzend. Das Benzin wird entweder behandelt oder in die Atmosphäre abreagiert; die ehemalige Beteiligen-Neutralisierung des HF zu seinem Natriumssalz, Natriumsfluorid. Die particulates werden auch gewonnen und haben das Verwenden elektrostatisch oder Tasche-Filter wiederverwendet. Der restliche CO wird gewöhnlich in die Atmosphäre abreagiert.

Der sehr große elektrische Strom, der die elektrolytischen Zellen durchführt, erzeugt ein starkes magnetisches Feld, und das kann das geschmolzene Aluminium mit mit dem Magnetzünder hydrodynamischen Kräften in richtig bestimmten Zellen rühren. Das Rühren des geschmolzenen Aluminiums in jeder Zelle vergrößert normalerweise seine Leistung, aber die Reinheit des Aluminiums wird reduziert, da es mit kleinen Beträgen von cryolite und Aluminiumfluorid gemischt wird. Wenn die Zellen für kein Rühren entworfen werden, können sie mit statischen Lachen von geschmolzenem Aluminium so dass die Unreinheiten jeder Anstieg zur Spitze des metallischen Aluminiums, oder Becken zum Boden bedient werden, Aluminium der hohen Reinheit in der Mitte verlassend.

Aluminiumschmelzer werden gewöhnlich gelegt, wo billige hydroelektrische Macht verfügbar ist. Für einige europäische Schmelzer wird die elektrische Macht, die durch Wasserkraftwerke in Ländern wie Norwegen, die Schweiz und Österreich erzeugt ist, durch Hochspannungsstarkstromleitungen solchen Plätzen wie Dänemark, Schweden, Deutschland und von Aluminium- und Magnesium-Fabriken zu verwendendes Italien übersandt. Da Aluminiumfabriken fast gleichförmigen Bedarf des elektrischen Stroms verlangen, machen sie den grössten Teil des fast unveränderlichen Bedarfs der elektrischen Macht, und diese sind auch in der Nähe von vielen hydroelektrischen Kraftwerken verfügbar. Um ein Beispiel solchen Gebrauches der hydroelektrischen Macht anzuführen, sind die drei Hauptgebiete für die Aluminiumproduktion in Nordamerika immer im Flusstal von Tennessee der Südöstlichen Vereinigten Staaten, dem Flusstal von Columbia Washingtons und Oregons, und dem Tal von Sankt-Lorenz-Strom des südöstlichen Kanadas und der Nordöstlichen Vereinigten Staaten gewesen.

Vor vielen Jahrzehnten, vor der Existenz der Talautorität von Tennessee, haben Aluminiumgesellschaften wie Alcoa sogar ihre eigenen hydroelektrischen Dämme und Maschinenhäuser in den Appalachen North Carolinas und Tennessees gebaut.

Geschichte

Der Prozess des Saals-Héroult wurde unabhängig und fast gleichzeitig 1886 vom amerikanischen Chemiker Charles Martin Hall und dem Franzosen Paul Héroult erfunden. 1888 hat Hall die erste groß angelegte Aluminiumproduktionsstätte in Pittsburgh geöffnet. Es ist später die Vereinigung von Alcoa geworden.

1997 wurde der Prozess des Saals-Héroult ein ACS Nationaler Historischer Chemischer Grenzstein als Anerkennung für die Wichtigkeit von der Kommerzialisierung von Aluminium benannt.

Entwicklung

Der Prozess des Saals-Héroult wird überall auf der Welt verwendet und ist die einzige Methode der in der Industrie zurzeit verwendeten Aluminiumverhüttung. Heute gibt es zwei primäre Technologien mit dem Prozess des Saals-Héroult: Söderberg und bäckt vor. Söderberg verwendet eine unaufhörlich geschaffene Anode, die durch die Hinzufügung des Wurfs zur Spitze der Anode gemacht ist. Die verlorene Hitze von der Verhüttungsoperation wird verwendet, um den Wurf in die Kohlenstoff-Form zu backen, die für die Reaktion mit Tonerde erforderlich ist. Backen Sie vor Technologie wird nach seinen Anoden genannt, die in sehr großen gasbefeuerten Öfen bei der hohen Temperatur gebacken werden, bevor sie durch verschiedene schwere sich hebende Industriesysteme in die elektrolytische Lösung gesenkt werden. In beiden Technologien wird die Anode, die einem sehr großen elektrischen Bus beigefügt ist, durch den Prozess langsam verbraucht, weil der durch den elektrolytischen Prozess erzeugte Sauerstoff die Kohlenstoff-Anode oxidieren kann. Backen Sie vor Technologie neigt dazu, ein bisschen effizienter zu sein, aber ist mehr intensive Arbeit. Backen Sie vor Technologie wird bevorzugt in der Industrie wegen der verschiedenen Schadstoff-Emissionen, die mit der Entwicklung der Anode vom flüssigen Wurf verbunden sind.

Einfluss

Aluminium ist das reichlichste metallische Element auf der Erde, aber es wird in seinem elementaren Staat selten gefunden. Es kommt in vielen Mineralen vor, aber seine primäre kommerzielle Quelle ist Bauxit, eine Mischung von wasserhaltigen Aluminiumoxyden und Zusammensetzungen anderer Elemente wie Eisen. Es wird zu Aluminiumoxyd durch den Prozess von Bayer und dann zu metallischem Aluminium durch den Prozess des Saals-Héroult umgewandelt.

Vor dem Prozess des Saals-Héroult wurde elementares Aluminium durch die Heizung von Erz zusammen mit elementarem Natrium oder Kalium in einem Vakuum gemacht. Die Methode wurde kompliziert und verbrauchte Materialien, die in sich teuer damals waren. Das hat bedeutet, dass die Kosten, um den kleinen Betrag von Aluminium gemacht am Anfang des 19. Jahrhunderts zu erzeugen, sehr hoch waren.

Frühes Aluminium war kostspieliger als Gold oder Platin. Bars von Aluminium wurden neben den französischen Kronjuwelen auf der Ausstellung Universelle von 1855 ausgestellt, und, wie man sagte, hatte Kaiser Napoleon III aus Frankreich seine wenigen Sätze von Aluminiumtafeltellern und Essen-Werkzeugen für seine am meisten geehrten Gäste vorbestellt.

Produktionskosten mit älteren Methoden sind wirklich heruntergekommen, aber als Aluminium als das Material für die Kappe/Blitzableiter ausgewählt wurde, um oben auf dem Washingtoner Denkmal in Washington, D.C zu sitzen., es war noch teurer als Silber.

Neue Produktion, die auf dem Prozess des Saals-Héroult in der Kombination mit der preiswerteren elektrischen Macht gestützt ist, hat geholfen, Aluminium (und beiläufig Magnesium) eine billige Ware zu machen.

Das hat der Reihe nach geholfen, es möglich für Pioniere wie Hugo Junkers zu machen, Aluminium- und Aluminiummagnesium-Legierung zu verwerten, um Sachen wie Metallflugzeuge durch die Tausende oder Howard Lund zu machen, um Aluminiumfischerboote zu machen.

Siehe auch

• Prozess von Bayer

Zeichen

• Grjotheim, U und Kvande, H., Einführung in die Aluminiumelektrolyse. Den Prozess des Saals-Heroult, Aluminium Verlag GmbH, (Deutschland), 1993, Seiten 260 verstehend.