Het belangrijkste verschil tussen het Hall Héroult-proces en het Hoopes-proces is dat het Hall Héroult-proces aluminiummetaal vormt met een zuiverheid van 99,5%, terwijl het Hoopes-proces aluminiummetaal produceert met een zuiverheid van ongeveer 99,99%.
Hall Héroult-proces en Hoopes-proces zijn belangrijk bij het produceren van puur aluminiummetaal. Beide processen zijn elektrolytische processen. De zuiverheid van aluminiummetaal dat door elk proces wordt geproduceerd, verschilt van elkaar.
Wat is Hall Héroult-proces?
Hall Héroult-proces is de belangrijkste industriële route voor het smelten van aluminiummetaal. Dit proces omvat het oplossen van aluminiumoxide of aluminiumoxide dat wordt verkregen uit bauxietmineraal (via het Bayer-proces) in gesmolten kryoliet, gevolgd door elektrolyse van het gesmolten zoutbad in een speciaal gebouwde cel. Meestal vindt dit proces plaats bij 940-980 graden Celsius in toepassingen op industriële schaal. Wat nog belangrijker is, dit proces produceert ongeveer 99,5% puur aluminiummetaal. We gebruiken echter geen gerecycled aluminium in dit proces omdat dat type aluminium geen elektrolyse vereist. Het Hall Héroult-proces heeft de neiging bij te dragen aan klimaatverandering door de uitstoot van koolstofdioxide tijdens de elektrolytische reactie.
Dit proces is belangrijk omdat elementair aluminium niet kan worden geproduceerd door de elektrolyse van een waterig aluminiumzout, aangezien hydroniumion elementair aluminium gemakkelijk oxideert. Gewoonlijk heeft aluminiumoxide een zeer hoog smeltpunt; daarom moet het worden opgelost in kryoliet om het smeltpunt te verlagen. Dit maakt het elektrolyseproces eenvoudiger. Dit proces vereist een koolstofbron, vaak cokes.
Omdat dit een elektrolyseproces is, moeten we een kathode en een anode gebruiken. Meestal zijn de elektroden gemaakt van gezuiverde cokes. Aan de kathode nemen aluminiumionen elektronen op en vormen aluminiummetaal. Aan de anode combineren oxide-ionen met koolstofatomen uit cokes om koolmonoxidegas te vormen. In werkelijkheid wordt echter veel meer kooldioxidegas gevormd dan koolmonoxidegas. In dit proces wordt kryoliet gebruikt om het smeltpunt van aluminiumoxide te verlagen, omdat het aluminiumoxide goed kan oplossen. Kryoliet kan ook elektriciteit geleiden; dus kunnen we het gebruiken als het elektrolytische medium. Bovendien heeft kryoliet een lage dichtheid in vergelijking met aluminiummetaal, wat een vereiste is voor het elektrolyseproces.
Wat is het Hoopes-proces?
Hoopes-proces is een industrieel proces dat nuttig is voor het verkrijgen van aluminiummetaal met een zeer hoge zuiverheid. Het proces is vernoemd naar de wetenschapper William Hoopes. Het aluminiummetaal dat we uit het Hall Héroult-proces kunnen halen, heeft een zuiverheid van ongeveer 99%. Voor de meeste toepassingen wordt die hoeveelheid zuiverheid als puur aluminium beschouwd. Maar voor extreem gevoelige doeleinden is deze zuiverheid niet genoeg. Daarom kan verdere zuivering van aluminium worden uitgevoerd door het Hoopes-proces, dat ook een elektrolytisch proces is.
Hoopes-proces maakt gebruik van een elektrolytische cel die een ijzeren tank met koolstof op de bodem bevat. Voor de anode van deze cel kan een gesmolten legering van koper, ruw aluminium of silicium worden gebruikt. Deze anode vormt de onderste laag van deze elektrolysecel. Er is een middelste laag die een gesmolten mengsel van fluoriden van natrium, aluminium en barium bevat. De volgende laag is de bovenste laag die gesmolten aluminium bevat. De kathode van de cel bestaat uit twee grafietstaven die in gesmolten aluminium zijn gedompeld.
Tijdens het elektrolyseproces hebben aluminiumionen uit de middelste laag van de cel de neiging om naar de bovenste laag te migreren waar deze ionen worden gereduceerd, waarbij aluminiummetaal wordt gevormd door drie elektronen van de kathoden te winnen. Hierbij vormen zich tegelijkertijd (aan de anode) in de onderste laag een gelijk aantal aluminiumionen. Deze aluminiumionen migreren vervolgens naar de middelste laag. Van de bovenlaag kunnen we af en toe zuiver aluminium verkrijgen. De zuiverheid van dit aluminium is ongeveer 99,99%.
Wat is het verschil tussen het Hall Héroult-proces en het Hoopes-proces?
Zowel het Hall Héroult-proces als het Hoopes-proces zijn elektrolytische processen die aluminiummetaal met een hoge zuiverheid produceren. Het belangrijkste verschil tussen het Hall Héroult-proces en het Hoopes-proces is echter dat het Hall Héroult-proces aluminiummetaal vormt met een zuiverheid van 99,5%, terwijl het Hoopes-proces aluminiummetaal produceert met een zuiverheid van ongeveer 99,99%.
De onderstaande infographic geeft meer verschillen weer tussen het Hall Héroult-proces en het Hoopes-proces in tabelvorm.
Samenvatting – Hall Héroult-proces vs Hoopes-proces
Voor de meeste toepassingen wordt de zuiverheid van aluminium verkregen via het Hall Héroult-proces beschouwd als puur aluminium. Maar voor extreem gevoelige doeleinden is deze zuiverheid niet genoeg. In dergelijke gevallen hebben we verdere zuivering nodig, die wordt gedaan door het Hoopes-proces. Het belangrijkste verschil tussen het Hall Héroult-proces en het Hoopes-proces is dat het Hall Héroult-proces aluminiummetaal vormt met een zuiverheid van 99,5%, terwijl het Hoopes-proces aluminiummetaal produceert met een zuiverheid van ongeveer 99,99%.
