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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.

(Image générée à titre d'illustration uniquement)

Le procédé Hall-Héroult est le principal procédé industriel méthode Ce procédé de fusion de l'aluminium consiste à dissoudre de l'alumine (oxyde d'aluminium, Al₂O₃) dans de la cryolite fondue (Na₃AlF₆) et à électrolyser le bain de sels fondus. L'aluminium métallique se dépose à la cathode, tandis que l'oxygène de l'alumine réagit avec l'anode en carbone pour produire du dioxyde de carbone. Ce procédé a permis de rendre l'aluminium largement disponible et abordable.

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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Voir aussi : procédé hall-héroult, aluminium, alumine, cryolithe, fusion, électrolyse, électrométallurgie, bauxite.

Contexte historique

Procédé 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 date est inconnue ou non pertinente, par exemple « mécanique des fluides », une estimation arrondie de son émergence notable est fournie)

Inventions, innovations et principes techniques connexes

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