Der Hauptunterschied zwischen dem Hall-Héroult-Prozess und dem Hoopes-Prozess besteht darin, dass der Hall-Héroult-Prozess Aluminiummetall mit einer Reinheit von 99,5 % bildet, während der Hoopes-Prozess Aluminiummetall mit einer Reinheit von etwa 99,99 % produziert.
Hall-Héroult-Verfahren und Hoopes-Verfahren sind wichtig für die Herstellung von reinem Aluminiummetall. Beide Prozesse sind elektrolytische Prozesse. Die Reinheit des von jedem Verfahren hergestellten Aluminiummetalls unterscheidet sich voneinander.
Was ist der Hall-Héroult-Prozess?
Der Hall-Héroult-Prozess ist der wichtigste industrielle Weg zum Schmelzen von Aluminiummetall. Dieses Verfahren beinh altet das Auflösen von Aluminiumoxid oder Aluminiumoxid, das aus dem Bauxitmineral (durch das Bayer-Verfahren) gewonnen wird, in geschmolzenem Kryolith, gefolgt von der Elektrolyse des geschmolzenen Salzbades in einer speziell gebauten Zelle. Typischerweise findet dieser Prozess bei Anwendungen im industriellen Maßstab bei 940–980 Grad Celsius statt. Noch wichtiger ist, dass dieser Prozess zu etwa 99,5 % reines Aluminiummetall produziert. Allerdings verwenden wir in diesem Prozess kein recyceltes Aluminium, da diese Art von Aluminium keine Elektrolyse benötigt. Der Hall-Héroult-Prozess trägt aufgrund der Emission von Kohlendioxid während der elektrolytischen Reaktion tendenziell zum Klimawandel bei.
Dieser Prozess ist wichtig, da elementares Aluminium nicht durch Elektrolyse eines wässrigen Aluminiumsalzes hergestellt werden kann, da Hydroniumionen elementares Aluminium leicht oxidieren. Normalerweise hat Aluminiumoxid einen sehr hohen Schmelzpunkt; Daher muss es in Kryolith gelöst werden, um den Schmelzpunkt zu senken. Dies erleichtert den Elektrolyseprozess. Dieser Prozess erfordert eine Kohlenstoffquelle, die häufig Koks ist.
Da dies ein Elektrolyseprozess ist, müssen wir eine Kathode und eine Anode verwenden. Üblicherweise bestehen die Elektroden aus gereinigtem Koks. An der Kathode nehmen Aluminiumionen Elektronen auf und bilden Aluminiummetall. An der Anode verbinden sich Oxidionen mit Kohlenstoffatomen aus Koks zu Kohlenmonoxidgas. In Wirklichkeit wird jedoch viel mehr Kohlendioxidgas als Kohlenmonoxidgas gebildet. Bei diesem Verfahren wird Kryolith verwendet, um den Schmelzpunkt von Aluminiumoxid zu senken, da es Aluminiumoxid gut lösen kann. Kryolith ist auch in der Lage, Elektrizität zu leiten; daher können wir es als elektrolytisches Medium verwenden. Darüber hinaus hat Kryolith im Vergleich zu Aluminiummetall eine geringe Dichte, was für den Elektrolyseprozess erforderlich ist.
Was ist der Hoopes-Prozess?
Hoopes-Verfahren ist ein industrielles Verfahren, das zur Gewinnung von Aluminiummetall mit sehr hoher Reinheit nützlich ist. Benannt wurde das Verfahren nach dem Wissenschaftler William Hoopes. Das Aluminiummetall, das wir aus dem Hall-Héroult-Verfahren gewinnen können, hat eine Reinheit von etwa 99 %. Für die meisten Anwendungen wird diese Reinheitsmenge als reines Aluminium angenommen. Aber für extrem sensible Zwecke reicht diese Reinheit nicht aus. Daher kann eine weitere Reinigung von Aluminium durch das Hoopes-Verfahren erfolgen, das ebenfalls ein elektrolytisches Verfahren ist.
Der Hoopes-Prozess verwendet eine Elektrolysezelle, die einen Eisentank mit Kohlenstoff am Boden enthält. Für die Anode dieser Zelle kann eine geschmolzene Legierung aus Kupfer, Rohaluminium oder Silizium verwendet werden. Diese Anode bildet die unterste Schicht dieser Elektrolysezelle. Es gibt eine mittlere Schicht, die eine geschmolzene Mischung aus Fluoriden von Natrium, Aluminium und Barium enthält. Die nächste Schicht ist die oberste Schicht, die geschmolzenes Aluminium enthält. Die Kathode der Zelle sind zwei Graphitstäbe, die in geschmolzenes Aluminium getaucht werden.
Während des Elektrolyseprozesses neigen Aluminiumionen aus der mittleren Schicht der Zelle dazu, in Richtung der oberen Schicht zu wandern, wo diese Ionen reduziert werden und Aluminiummetall bilden, indem sie drei Elektronen von den Kathoden gewinnen. Dabei bilden sich in der unteren Schicht (an der Anode) gleichzeitig gleich viele Aluminiumionen. Diese Aluminiumionen wandern dann in die mittlere Schicht. Von der oberen Schicht können wir von Zeit zu Zeit reines Aluminium abzapfen. Die Reinheit dieses Aluminiums beträgt ca. 99,99 %.
Was ist der Unterschied zwischen dem Hall-Héroult-Prozess und dem Hoopes-Prozess?
Sowohl der Hall-Héroult-Prozess als auch der Hoopes-Prozess sind elektrolytische Prozesse, die Aluminiummetall mit hoher Reinheit produzieren. Der Hauptunterschied zwischen dem Hall-Héroult-Prozess und dem Hoopes-Prozess besteht jedoch darin, dass der Hall-Héroult-Prozess Aluminiummetall mit einer Reinheit von 99,5 % bildet, während der Hoopes-Prozess Aluminiummetall mit einer Reinheit von etwa 99,99 % produziert.
Die folgende Infografik listet weitere Unterschiede zwischen dem Hall-Héroult-Prozess und dem Hoopes-Prozess in tabellarischer Form auf.
Zusammenfassung – Hall-Héroult-Prozess vs. Hoopes-Prozess
Für die meisten Anwendungen wird die Reinheit des durch den Hall-Héroult-Prozess erh altenen Aluminiums als reines Aluminium angesehen. Aber für extrem sensible Zwecke reicht diese Reinheit nicht aus. In solchen Fällen benötigen wir eine weitere Reinigung, die durch das Hoopes-Verfahren erfolgt. Der Hauptunterschied zwischen dem Hall-Héroult-Prozess und dem Hoopes-Prozess besteht darin, dass der Hall-Héroult-Prozess Aluminiummetall mit einer Reinheit von 99,5 % bildet, während der Hoopes-Prozess Aluminiummetall mit einer Reinheit von etwa 99,99 % produziert.
