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Proceso Hall-Héroult

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

(generate image for illustration only)

The Hall-Héroult process is the major industrial método for smelting aluminum. It involves dissolving alumina (aluminum oxide, Al₂O₃) in molten cryolite (Na₃AlF₆) and electrolyzing the molten salt bath. Aluminum metal is deposited at the cathode, while oxygen from the alumina reacts with the carbon anode, producing carbon dioxide. This process made aluminum widely available and affordable.

Antes del proceso Hall-Héroult, el aluminio se consideraba un metal precioso, más valioso que el oro, debido a la extrema dificultad de extraerlo de su mena. El proceso opera a altas temperaturas, entre 940 y 980 °C, dentro de grandes celdas electrolíticas llamadas crisoles. La alúmina tiene un punto de fusión muy alto (superior a 2000 °C), lo que hace impráctica la electrólisis directa. La innovación clave fue el uso de criolita fundida como disolvente, que disuelve la alúmina y tiene un punto de fusión mucho más bajo, lo que reduce significativamente la energía requerida.

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].

El proceso es extremadamente intensivo en energía y consume una parte significativa de la electricidad mundial. Por eso, las fundiciones de aluminio suelen estar situadas cerca de fuentes de energía hidroeléctrica barata. El alto consumo de energía también hace que el reciclaje del aluminio sea muy ventajoso, ya que sólo requiere alrededor del 5% de la energía necesaria para producir aluminio primario a partir del mineral.

UNESCO Nomenclature: 3305
- Ingeniería química

Tipo

Procesos industriales

Disrupción

Revolucionario

Utilización

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

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Relacionado con: proceso hall-héroult, aluminio, alúmina, criolita, fundición, electrólisis, electrometalurgia, bauxita.

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