Nøgleforskellen mellem Hall Héroult-processen og Hoopes-processen er, at Hall Héroult-processen danner aluminiummetal med 99,5 % renhed, hvorimod Hoopes-processen producerer aluminiummetal med ca. 99,99 % renhed.
Hall Héroult-processen og Hoopes-processen er vigtige ved fremstilling af rent aluminiummetal. Begge disse processer er elektrolytiske processer. Renheden af aluminiummetal produceret ved hver proces er forskellig fra hinanden.
Hvad er Hall Héroult-processen?
Hall Héroult-processen er den vigtigste industrielle vej til smeltning af aluminiummetal. Denne proces involverer opløsning af aluminiumoxid eller aluminiumoxid, som er opnået fra bauxitmineral (gennem Bayer-processen) i smeltet kryolit, efterfulgt af elektrolyse af det smeltede s altbad i en specialbygget celle. Typisk foregår denne proces ved 940-980 Celsius grader i industriel skala applikationer. Endnu vigtigere er det, at denne proces producerer omkring 99,5% rent aluminiummetal. Vi bruger dog ikke genanvendt aluminium i denne proces, fordi den type aluminium ikke kræver elektrolyse. Hall Héroult-processen har en tendens til at bidrage til klimaændringer på grund af emission af kuldioxid under den elektrolytiske reaktion.
Denne proces er vigtig, fordi elementært aluminium ikke kan fremstilles ved elektrolyse af et vandigt aluminiums alt, da hydroniumion let oxiderer elementært aluminium. Norm alt har aluminiumoxid et meget højt smeltepunkt; derfor skal det opløses i kryolit for at sænke smeltepunktet. Dette gør elektrolyseprocessen lettere. Denne proces kræver en kulstofkilde, som ofte er koks.
Da dette er en elektrolyseproces, skal vi bruge en katode og en anode. Norm alt er elektroderne lavet af renset koks. Ved katoden tager aluminiumioner elektroner og danner aluminiummetal. Ved anoden kombineres oxidioner med kulstofatomer fra koks for at danne kuliltegas. Men i virkeligheden dannes der meget mere kuldioxidgas end kuliltegas. I denne proces bruges kryolit til at falde smeltepunktet for aluminiumoxid, fordi det kan opløse aluminiumoxid godt. Kryolit er også i stand til at lede elektricitet; således kan vi bruge det som det elektrolytiske medium. Ydermere har kryolit en lav densitet sammenlignet med aluminiummetal, hvilket er et krav til elektrolyseprocessen.
Hvad er Hoopes-processen?
Hoopes-processen er en industriel proces, der er nyttig til at opnå aluminiummetal af meget høj renhed. Processen blev opkaldt efter videnskabsmanden William Hoopes. Aluminiummetalet, som vi kan opnå fra Hall Héroult-processen, har en renhed på omkring 99%. For de fleste anvendelser tages denne mængde renhed som rent aluminium. Men til ekstremt følsomme formål er denne renhed ikke nok. Derfor kan yderligere rensning af aluminium udføres ved Hoopes-processen, som også er en elektrolytisk proces.
Hoopes-processen bruger en elektrolysecelle, som indeholder en jerntank med kulstof i bunden. Til anoden af denne celle kan en smeltet legering af kobber, råaluminium eller silicium anvendes. Denne anode danner det nederste lag af denne elektrolysecelle. Der er et mellemlag, som indeholder en smeltet blanding af fluorider af natrium, aluminium og barium. Det næste lag er det øverste lag, som indeholder smeltet aluminium. Cellens katode er to grafitstænger, der er dyppet i smeltet aluminium.
Under elektrolyseprocessen har aluminiumioner fra det midterste lag af cellen en tendens til at migrere mod det øvre lag, hvor disse ioner reduceres, og danner aluminiummetal ved at få tre elektroner fra katoderne. Her dannes lige mange aluminiumioner i det nederste lag på samme tid (ved anoden). Disse aluminiumioner migrerer derefter til mellemlaget. Vi kan få rent aluminium tappet fra det øverste lag fra tid til anden. Renheden af dette aluminium er omkring 99,99%.
Hvad er forskellen mellem Hall Héroult-processen og Hoopes-processen?
Både Hall Héroult-processen og Hoopes-processen er elektrolytiske processer, der producerer aluminiummetal med høj renhed. Den vigtigste forskel mellem Hall Héroult-processen og Hoopes-processen er imidlertid, at Hall Héroult-processen danner aluminiummetal med 99,5 % renhed, mens Hoopes-processen producerer aluminiummetal med omkring 99,99 % renhed.
Infografikken nedenfor viser flere forskelle mellem Hall Héroult-processen og Hoopes-processen i tabelform.
Opsummering – Hall Héroult-proces vs Hoopes-proces
For de fleste anvendelser betragtes renheden af aluminium opnået gennem Hall Héroult-processen som rent aluminium. Men til ekstremt følsomme formål er denne renhed ikke nok. I sådanne tilfælde har vi brug for yderligere oprensning, som udføres ved Hoopes-processen. Den vigtigste forskel mellem Hall Héroult-processen og Hoopes-processen er, at Hall Héroult-processen danner aluminiummetal med 99,5 % renhed, hvorimod Hoopes-processen producerer aluminiummetal med ca. 99,99 % renhed.
