Põhierinevus Hall Héroult'i protsessi ja Hoopesi protsessi vahel seisneb selles, et Hall Héroult'i protsess moodustab 99,5% puhtusega alumiiniummetalli, samas kui Hoopesi protsess toodab alumiiniummetalli umbes 99,99% puhtusega.
Hall Héroult'i protsess ja Hoopesi protsess on puhta alumiiniummetalli tootmisel olulised. Mõlemad protsessid on elektrolüütilised protsessid. Iga protsessi käigus toodetud alumiiniummetalli puhtus on üksteisest erinev.
Mis on Hall Héroult' protsess?
Hall Héroult' protsess on alumiiniummetalli sulatamise peamine tööstuslik tee. See protsess hõlmab boksiidi mineraalist (Bayeri protsessi kaudu) saadud alumiiniumoksiidi või alumiiniumoksiidi lahustamist sulas krüoliidis, millele järgneb sulasoola vanni elektrolüüsimine selleks otstarbeks ehitatud rakus. Tavaliselt toimub see protsess tööstuslikes rakendustes temperatuuril 940–980 kraadi Celsiuse järgi. Veelgi olulisem on see, et selle protsessi käigus saadakse umbes 99,5% puhast alumiiniummetalli. Kuid me ei kasuta selles protsessis ringlussevõetud alumiiniumi, kuna seda tüüpi alumiinium ei vaja elektrolüüsi. Hall Héroult' protsess kipub kaasa aitama kliimamuutustele, kuna elektrolüütilise reaktsiooni käigus eraldub süsinikdioksiidi.
See protsess on oluline, kuna elementaarset alumiiniumi ei saa toota alumiiniumsoola vesilahuse elektrolüüsil, kuna hüdroniumioon oksüdeerib kergesti elementaarset alumiiniumi. Tavaliselt on alumiiniumoksiidil väga kõrge sulamistemperatuur; seetõttu tuleb see sulamistemperatuuri alandamiseks krüoliidis lahustada. See muudab elektrolüüsi protsessi lihtsamaks. See protsess nõuab süsinikuallikat, milleks on sageli koks.
Kuna see on elektrolüüsiprotsess, peame kasutama katoodi ja anoodi. Tavaliselt on elektroodid valmistatud puhastatud koksist. Katoodil võtavad alumiiniumioonid elektrone, moodustades alumiiniummetalli. Anoodil ühinevad oksiidioonid koksi süsinikuaatomitega, moodustades gaasilise süsinikmonooksiidi. Tegelikkuses tekib aga palju rohkem süsinikdioksiidi kui süsinikmonooksiidi. Selles protsessis kasutatakse alumiiniumoksiidi sulamistemperatuuri langetamiseks krüoliiti, kuna see lahustab alumiiniumoksiidi hästi. Krüoliit on võimeline juhtima ka elektrit; seega saame seda kasutada elektrolüütilise keskkonnana. Lisaks on krüoliidil madal tihedus võrreldes alumiiniummetalliga, mis on elektrolüüsiprotsessi nõue.
Mis on Hoopesi protsess?
Hoopesi protsess on tööstuslik protsess, mis on kasulik väga kõrge puhtusastmega alumiiniummetalli saamiseks. Protsess sai nime teadlase William Hoopesi järgi. Hall Héroulti protsessist saadava alumiiniummetalli puhtus on umbes 99%. Enamiku rakenduste puhul loetakse seda puhtust puhtaks alumiiniumiks. Kuid äärmiselt tundlikel eesmärkidel sellest puhtusest ei piisa. Seetõttu saab alumiiniumi edasist puhastamist läbi viia Hoopesi protsessiga, mis on ühtlasi elektrolüütiline protsess.
Hoopesi protsessis kasutatakse elektrolüütilist elementi, mille põhjas on raudpaak süsinikuga. Selle elemendi anoodi jaoks võib kasutada vase, tooralumiiniumi või räni sulasulamit. See anood moodustab selle elektrolüütilise elemendi alumise kihi. Seal on keskmine kiht, mis sisaldab naatriumi, alumiiniumi ja baariumi fluoriidide sulatatud segu. Järgmine kiht on ülemine kiht, mis sisaldab sula alumiiniumi. Elementi katood on kaks grafiitvardat, mis on kastetud sula alumiiniumi.
Elektrolüüsi käigus kipuvad elemendi keskmisest kihist pärit alumiiniumioonid migreeruma ülemise kihi suunas, kus need ioonid redutseeritakse, moodustades katoodidelt kolm elektroni ära võttes alumiiniummetalli. Siin tekib alumises kihis (anoodil) korraga võrdne arv alumiiniumioone. Need alumiiniumioonid rändavad seejärel keskmisesse kihti. Ülemiselt kihilt saame aeg-aj alt maha koputatud puhast alumiiniumi. Selle alumiiniumi puhtus on umbes 99,99%.
Mis vahe on Hall Héroult' protsessil ja Hoopesi protsessil?
Nii Hall Héroult'i protsess kui ka Hoopesi protsess on elektrolüütilised protsessid, mille käigus toodetakse kõrge puhtusastmega alumiiniummetalli. Peamine erinevus Hall Héroult'i protsessi ja Hoopesi protsessi vahel on aga see, et Hall Héroult'i protsess moodustab 99,5% puhtusega alumiiniummetalli, samas kui Hoopesi protsess toodab alumiiniummetalli umbes 99,99% puhtusega.
Allpool infograafikat on tabeli kujul loetletud rohkem erinevusi Hall Héroult protsessi ja Hoopesi protsessi vahel.
Kokkuvõte – Hall Héroult protsess vs Hoopesi protsess
Enamike rakenduste puhul loetakse Hall Héroulti protsessiga saadud alumiiniumi puhtus puhtaks alumiiniumiks. Kuid äärmiselt tundlikel eesmärkidel sellest puhtusest ei piisa. Sellistel juhtudel vajame täiendavat puhastamist, mida tehakse Hoopesi protsessi abil. Peamine erinevus Hall Héroult'i protsessi ja Hoopesi protsessi vahel on see, et Hall Héroult'i protsess moodustab 99,5% puhtusega alumiiniummetalli, samas kui Hoopesi protsess toodab alumiiniummetalli umbes 99,99% puhtusega.
