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Proceso Hall-Héroult

1886-04-23
  • Charles Martin Hall
  • Paul Héroult
Planta industrial de fundición de aluminio que utiliza el proceso Hall-Héroult en ingeniería química.

(Imagen generada únicamente con fines ilustrativos)

El proceso Hall-Héroult es el principal método industrial para la fundición de aluminio. Consiste en disolver alúmina (óxido de aluminio, Al₂O₃) en criolita fundida (Na₃AlF₆) y electrolizar el baño de sales fundidas. El aluminio metálico se deposita en el cátodo, mientras que el oxígeno de la alúmina reacciona con el ánodo de carbono, produciendo dióxido de carbono. Este proceso hizo que el aluminio fuera ampliamente disponible y asequible.

Before the Hall-Héroult process, aluminum was considered a precious metal, more valuable than gold, due to the extreme difficulty of extracting it from its ore. The process operates at high temperatures, around 940–980 °C, inside large electrolytic cells called pots. Alumina has a very high melting point (over 2000 °C), making direct electrólisis impractical. The key innovation was using molten cryolite as a solvent, which dissolves alumina and has a much lower melting point, significantly reducing the energy required.

La célula consta de una carcasa de acero revestida de carbono, que sirve de cátodo. Los bloques de carbono suspendidos en el baño electrolítico actúan como ánodo. Durante la electrólisis, los iones de aluminio de la alúmina disuelta se reducen en el cátodo, formando aluminio fundido que se hunde en el fondo de la olla y se extrae periódicamente: [latex]Al^{3+} + 3e^- \rightarrow Al(l)[/latex]. En el ánodo, los iones de óxido se oxidan para formar oxígeno gaseoso. Este oxígeno reacciona inmediatamente con el ánodo de carbono caliente, formando dióxido de carbono: [latex]2O^{2-} + C(s) \rightarrow CO_2(g) + 4e^-[/latex]. Como los ánodos de carbono se consumen en el proceso, deben sustituirse periódicamente. La reacción global es [latex]2Al_2O_3 + 3C \arrow 4Al + 3CO_2[/latex].

The process is extremely energy-intensive, consuming a significant portion of the world’s electricity. This is why aluminum smelters are often located near sources of inexpensive hidroeléctrico power. The high energy consumption also makes recycling aluminum highly advantageous, as it requires only about 5% of the energy needed to produce primary aluminum from ore.

UNESCO Nomenclature: 3305
- Ingeniería química

Tipo

Procesos industriales

Ruptura

Revolucionario

Uso

Uso generalizado

Precursores

  • Aislamiento de aluminio por Hans Christian Ørsted y Friedrich Wöhler mediante reducción química
  • Proceso Bayer para refinar la bauxita en alúmina
  • el trabajo de michael faraday sobre la electrólisis
  • Invención del dinamo por Michael Faraday, que permitió la generación de electricidad a gran escala.

Aplicaciones

  • producción de casi todo el aluminio del mundo
  • Industria aeroespacial para estructuras de aeronaves
  • Industria automotriz para bloques de motor y paneles de carrocería
  • Construcción de marcos de ventanas y elementos estructurales
  • embalajes para latas y láminas de bebidas

Patentes:

  • US400664

Ideas para posibles innovaciones

  • Desarrollo de ánodos inertes para sustituir el carbono, produciendo oxígeno en lugar de CO2
  • molten oxide electrolysis for producing other metals like titanio
  • Disolventes líquidos iónicos de baja temperatura para sustituir la criolita, reduciendo el consumo de energía
  • Líneas de potencia controladas por IA para optimizar la eficiencia energética y el consumo de ánodos en tiempo real
  • sistemas para capturar y utilizar el calor residual del proceso de fundición
  • electrólisis directa del mineral de bauxita, evitando el proceso Bayer para la producción de alúmina
  • Fundiciones de aluminio modulares y de pequeña escala para producción localizada
  • Utilizando el proceso para producir aleaciones de aluminio y escandio directamente en el crisol.
Relacionado con: proceso hall-héroult, aluminio, alúmina, criolita, fundición, electrólisis, electrometalurgia, bauxita.

Contexto histórico

Proceso Hall-Héroult

1870
1876
1882-01-01
1886-04-23
1890
1897
1900
1867
1875-01-01
1881
1884
1890
1890
1899-01-01
1900

(Si la fecha es desconocida o no es relevante, por ejemplo "mecánica de fluidos", se proporciona una estimación redondeada de su aparición notable)

décimo año aniversario

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