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Procédé Hall-Héroult

1886-04-23
  • Charles Martin Hall
  • Paul Héroult
Installation industrielle de fusion d'aluminium utilisant le procédé Hall-Héroult en génie chimique.

(generate image for illustration only)

The Hall-Héroult process is the major industrial méthode 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.

Avant le procédé Hall-Héroult, l'aluminium était considéré comme un métal précieux, plus précieux que l'or, en raison de l'extrême difficulté de son extraction. Le procédé fonctionne à des températures élevées, autour de 940–980 °C, dans de grandes cuves électrolytiques appelées cuves. L'alumine a un point de fusion très élevé (supérieur à 2 000 °C), ce qui rend l'électrolyse directe impraticable. L'innovation clé a été l'utilisation de cryolite fondue comme solvant, qui dissout l'alumine et présente un point de fusion beaucoup plus bas, réduisant ainsi considérablement l'énergie nécessaire.

La cellule se compose d'une coque en acier recouverte de carbone, qui sert de cathode. Des blocs de carbone en suspension dans le bain d'électrolyte servent d'anode. Au cours de l'électrolyse, les ions aluminium de l'alumine dissoute sont réduits à la cathode, formant de l'aluminium en fusion qui tombe au fond de la cuve et est périodiquement soutiré : [latex]Al^{3+} + 3e^- \rencontre Al(l)[/latex]. À l'anode, les ions oxyde sont oxydés pour former de l'oxygène gazeux. Cet oxygène réagit immédiatement avec l'anode de carbone chaud, formant du dioxyde de carbone : [latex]2O^{2-} + C(s) \rightarrow CO_2(g) + 4e^-[/latex]. Étant donné que les anodes de carbone sont consommées dans le processus, elles doivent être remplacées régulièrement. La réaction globale est [latex]2Al_2O_3 + 3C \rightarrow 4Al + 3CO_2[/latex].

Ce processus est extrêmement énergivore et consomme une part importante de l'électricité mondiale. C'est pourquoi les fonderies d'aluminium sont souvent situées à proximité de sources d'énergie hydroélectrique bon marché. La forte consommation d'énergie rend également le recyclage de l'aluminium très avantageux, car il ne nécessite qu'environ 5% de l'énergie nécessaire pour produire de l'aluminium primaire à partir du minerai.

UNESCO Nomenclature: 3305
- Génie chimique

Taper

Processus industriel

Perturbation

Révolutionnaire

Usage

Utilisation généralisée

Précurseurs

  • Isolation de l'aluminium par Hans Christian Ørsted et Friedrich Wöhler par réduction chimique
  • procédé Bayer pour le raffinage de la bauxite en alumine
  • les travaux de michael faraday sur l'electrolyse
  • invention de la dynamo par Michael Faraday, permettant la production d'électricité à grande échelle

Applications

  • la production de la quasi-totalité de l'aluminium mondial
  • industrie aérospatiale pour les châssis d'avions
  • industrie automobile pour les blocs moteurs et les panneaux de carrosserie
  • construction de cadres de fenêtres et d'éléments structurels
  • emballages pour canettes et feuilles de boisson

Brevets:

  • US400664

Idées d'innovations potentielles

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