Hall Héroult Prosesi ile Hoopes prosesi arasındaki temel fark, Hall Héroult prosesinin %99,5 saflıkta alüminyum metal oluşturması, Hoopes prosesinin ise yaklaşık %99,99 saflıkta alüminyum metal üretmesidir.
Hall Héroult prosesi ve Hoopes prosesi saf alüminyum metal üretiminde önemlidir. Bu süreçlerin her ikisi de elektrolitik süreçlerdir. Her proseste üretilen alüminyum metalin saflığı birbirinden farklıdır.
Hall Héroult Süreci nedir?
Hall Héroult süreci, alüminyum metalin eritilmesi için ana endüstriyel yoldur. Bu işlem, boksit mineralinden (Bayer işlemiyle) elde edilen alüminyum oksit veya alüminanın erimiş kriyolit içinde çözülmesini ve ardından erimiş tuz banyosunun amaca yönelik bir hücrede elektrolize edilmesini içerir. Tipik olarak, bu işlem endüstriyel ölçekli uygulamalarda 940-980 Santigrat derecelerde gerçekleşir. Daha da önemlisi, bu işlem yaklaşık %99,5 oranında saf alüminyum metal üretir. Ancak bu işlemde geri dönüştürülmüş alüminyum kullanmıyoruz çünkü bu tür alüminyum elektroliz gerektirmez. Hall Héroult süreci, elektrolitik reaksiyon sırasında karbon dioksit emisyonu nedeniyle iklim değişikliğine katkıda bulunma eğilimindedir.
Bu işlem önemlidir, çünkü hidronyum iyonu elemental alüminyumu kolayca oksitlediği için elementel alüminyum sulu bir alüminyum tuzunun elektrolizi ile üretilemez. Genellikle alüminyum oksit çok yüksek bir erime noktasına sahiptir; bu nedenle erime noktasını düşürmek için kriyolit içinde çözülmesi gerekir. Bu, elektroliz işlemini kolaylaştırır. Bu işlem, genellikle kok olan bir karbon kaynağı gerektirir.
Bu bir elektroliz işlemi olduğu için bir katot ve bir anot kullanmamız gerekiyor. Genellikle elektrotlar saflaştırılmış koktan yapılır. Katotta, alüminyum iyonları elektron alarak alüminyum metali oluşturur. Anotta, oksit iyonları kok karbon atomlarıyla birleşerek karbon monoksit gazı oluşturur. Ancak gerçekte karbon monoksit gazından çok daha fazla karbondioksit gazı oluşur. Bu işlemde, alüminayı iyi çözebildiğinden, alüminanın erime noktasını düşürmek için kriyolit kullanılır. Cryolite ayrıca elektriği iletebilir; böylece elektrolitik ortam olarak kullanabiliriz. Ayrıca, kriyolit, elektroliz işlemi için bir gereklilik olan alüminyum metale kıyasla düşük bir yoğunluğa sahiptir.
Hoopes Süreci Nedir?
Hopes işlemi, çok yüksek saflıkta alüminyum metal elde etmek için yararlı olan endüstriyel bir işlemdir. Süreç, bilim adamı William Hoopes'un adını aldı. Hall Héroult prosesinden elde edebileceğimiz alüminyum metali yaklaşık %99 saflığa sahiptir. Çoğu uygulama için bu saflık miktarı saf alüminyum olarak alınır. Ancak son derece hassas amaçlar için bu saflık yeterli değildir. Bu nedenle, aynı zamanda elektrolitik bir işlem olan Hoopes işlemi ile alüminyumun daha fazla saflaştırılması gerçekleştirilebilir.
Hopes işlemi, alt kısmında karbon bulunan bir demir tank içeren bir elektrolitik hücre kullanır. Bu hücrenin anodu için erimiş bir bakır, ham alüminyum veya silikon alaşımı kullanılabilir. Bu anot, bu elektrolitik hücrenin en alt tabakasını oluşturur. Sodyum, alüminyum ve baryumun erimiş florür karışımını içeren bir orta katman vardır. Bir sonraki katman, erimiş alüminyum içeren en üstteki katmandır. Hücrenin katodu, erimiş alüminyuma batırılmış iki grafit çubuktur.
Elektroliz işlemi sırasında, hücrenin orta tabakasındaki alüminyum iyonları, bu iyonların indirgendiği üst tabakaya doğru göç etme eğilimi gösterirler ve katotlardan üç elektron kazanarak alüminyum metali oluştururlar. Burada, alt katmanda aynı anda (anotta) eşit sayıda alüminyum iyonu oluşur. Bu alüminyum iyonları daha sonra orta tabakaya göç eder. Zaman zaman üst tabakadan dökülen saf alüminyum elde edebiliyoruz. Bu alüminyumun saflığı yaklaşık %99,99'dur.
Hall Héroult Süreci ile Hoopes Süreci Arasındaki Fark Nedir?
Hem Hall Héroult prosesi hem de Hoopes prosesi, yüksek saflıkta alüminyum metal üreten elektrolitik proseslerdir. Ancak, Hall Héroult Prosesi ile Hoopes prosesi arasındaki temel fark, Hall Héroult prosesinin %99,5 saflıkta alüminyum metal oluşturması, Hoopes prosesinin ise yaklaşık %99,99 saflıkta alüminyum metal üretmesidir.
Aşağıdaki infografik, Hall Héroult Süreci ile Hoopes süreci arasındaki daha fazla farkı tablo halinde listeler.
Özet – Hall Héroult Süreci vs Hoopes Süreci
Çoğu uygulama için, Hall Héroult işlemiyle elde edilen alüminyumun saflığı saf alüminyum olarak kabul edilir. Ancak son derece hassas amaçlar için bu saflık yeterli değildir. Bu gibi durumlarda, Hoopes işlemi ile yapılan daha fazla saflaştırmaya ihtiyacımız var. Hall Héroult Prosesi ile Hoopes prosesi arasındaki temel fark, Hall Héroult prosesinin %99,5 saflıkta alüminyum metal oluşturması, Hoopes prosesinin ise yaklaşık %99,99 saflıkta alüminyum metal üretmesidir.
