ホール・エルー法は、アルミニウム精錬における主要な工業的手法である。この方法は、アルミナ（酸化アルミニウム、Al₂O₃）を溶融氷晶石（Na₃AlF₆）に溶解し、溶融塩浴を電気分解するものである。陰極にはアルミニウム金属が析出し、アルミナ由来の酸素が陽極の炭素と反応して二酸化炭素を生成する。この製法により、アルミニウムは広く普及し、手頃な価格で入手することが可能になった。
ホール＝エルー法
1886-04-23
- Charles Martin Hall
- Paul Héroult
（画像はイメージです）
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 electrolysis 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.
セルは、陰極として機能する炭素で覆われた鋼製のシェルで構成されています。電解液中に懸濁された炭素ブロックが陽極として機能します。電気分解中、溶解したアルミナからのアルミニウムイオンは陰極で還元され、溶融アルミニウムが生成されます。溶融アルミニウムはポットの底に沈み、定期的に取り出されます。[latex]Al^{3+} + 3e^- rightarrow Al(l)[/latex]。陽極では、酸化物イオンが酸化されて酸素ガスが生成されます。この酸素はすぐに高温の炭素陽極と反応して二酸化炭素を生成します。[latex]2O^{2-} + C(s) rightarrow CO_2(g) + 4e^-[/latex]。炭素陽極はプロセスで消耗するため、定期的に交換する必要があります。全体の反応は[latex]2Al_2O_3 + 3C rightarrow 4Al + 3CO_2[/latex]です。
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 水力発電 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
化学工学
タイプ
工業プロセス
混乱
革命的
使用法
広く普及している
前駆物質
- ハンス・クリスチャン・エルステッドとフリードリヒ・ヴェーラーによる化学還元を用いたアルミニウムの分離
- ボーキサイトをアルミナに精製するためのバイヤー法
- マイケル・ファラデーの電気分解に関する研究
- マイケル・ファラデーによるダイナモの発明により、大規模な発電が可能になった。
アプリケーション
- 世界のアルミニウム生産量のほぼすべてを生産
- 航空機フレームの航空宇宙産業
- 自動車産業におけるエンジンブロックおよびボディパネル
- 窓枠および構造要素の建設
- 飲料缶およびホイル用包装材
特許:
- US400664
潜在的なイノベーションのアイデア
- development of inert anodes to replace carbon, producing oxygen instead of co2
- molten oxide electrolysis for producing other metals like チタン
- low-temperature ionic liquid solvents to replace cryolite, reducing energy consumption
- ai-controlled potlines to optimize energy efficiency and anode consumption in real-time
- systems to capture and utilize waste heat from the smelting process
- direct electrolysis of bauxite ore, bypassing the bayer process for alumina production
- modular, small-scale aluminum smelters for localized production
- using the process to produce aluminum-scandium alloys directly in the pot
関連キーワード：ホール＝エルー法、アルミニウム、アルミナ、氷晶石、製錬、電気分解、電気冶金、ボーキサイト。
歴史的背景
ホール＝エルー法
（日付が不明または関連性がない場合、例えば「流体力学」などでは、その注目すべき出現時期の概算値が提示されます。）
