Proces Halla-Heroulta

Proces Halla-Héroulta – podstawowy proces używany do elektrolitycznego otrzymywania aluminium. Opracowany w 1886 roku niezależnie przez C. M. Halla (1863–1914) i P. L. Héroulta (1863–1914).

W procesie tym tlenek glinu (Al₂O₃), uprzednio otrzymany z boksytu w procesie Bayera, jest rozkładany elektrolitycznie na metaliczny glin oraz gazowy tlen. Proces ten zachodzący w sposób ciągły (w wypadku konieczności przerwania procesu, ciekły metal ulega zakrzepnięciu w wannie elektrolitycznej, co powoduje konieczność kosztownej odbudowy aparatury), rozpoczyna się od etapu rozpuszczenia tlenku glinu w kriolicie wypełniającym wannę elektrolityczną. Uzyskiwany elektrolit wykazuje wysoką rezystancję powodującą wydzielenie dużych ilości ciepła podczas przepływu prądu, dzięki czemu elektrolit może być utrzymywany w stanie ciekłym bez dodatkowego ogrzewania.

Temperatura utrzymywana jest na poziomie 920–980 °C. Aluminium powstające w procesie elektrolizy jest oddzielane od elektrolitu oraz sukcesywnie usuwane z komory elektrolizera. Elektrolizery połączone są na ogół w baterie połączone szeregowo (prąd płynie w kierunku od węglowej anody poprzez roztwór tlenku glinu w kriolicie do węglowej katody).

W trakcie elektrolizy, aluminium, którego gęstość jest minimalnie większa od elektrolitu, osiada na dnie wanny elektrolitycznej. Wydzielający się tlen reaguje z grafitową okładziną anody tworząc dwutlenek węgla (CO₂). W wyniku tego procesu następuje ubytek masy anody, która musi być w regularnych odstępach czasu wymieniana. Energiczny proces wydzielania się dwutlenku węgla na anodzie pozwala na lepsze mieszanie się tlenku glinu (Al₂O₃) w elektrolicie, jednocześnie jednak dwutlenek węgla jest nośnikiem dla szkodliwych lotnych substancji ubocznych (np. fluorowodoru (HF), dwutlenku siarki (SO₂), fluoropochodnych węglowodorów (PFC, np. CF₄ i C₂F₆), smoły i wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych (WWA) itd.), a czasami stałych (np. pył).

W trakcie postępu procesu elektrolizy stężenie tlenku glinu w elektrolicie spada i jest on uzupełniany przez podajnik tak, aby zachować stężenie na poziomie 2–5%. Jeśli stężenie tlenku glinu spadnie do około 1,5–2%, mogą zacząć występować niekorzystne zjawiska na anodzie. Elektrolit nie zwilża powierzchni anody, która otoczona jest poprzez film utworzony z gazu. Warstwa gazu zwiększa rezystancję, a to powoduje z kolei (zgodnie z prawem Ohma) zwiększenie napięcia panującego na elektrodach o około 10–15 razy powyżej normalnego poziomu 4–5 V.