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홀-에룰트 프로세스

1886-04-23
  • Charles Martin Hall
  • Paul Héroult
Industrial aluminum smelting facility utilizing the Hall-Héroult process in chemical engineering.

(설명을 위한 생성된 이미지입니다)

홀-에룰트 공정은 주요 산업 공정입니다. 방법 알루미늄 제련에 사용되는 방법입니다. 이 방법은 알루미나(산화알루미늄, Al₂O₃)를 용융된 크라이올라이트(Na₃AlF₆)에 녹인 후 용융된 염욕을 전기분해하는 과정을 포함합니다. 알루미늄 금속은 음극에 석출되고, 알루미나의 산소는 탄소 양극과 반응하여 이산화탄소를 생성합니다. 이 공정 덕분에 알루미늄은 널리 보급되고 가격도 저렴해졌습니다.

홀-에룰트 공정 이전에는 알루미늄이 금보다 더 값비싼 귀금속으로 여겨졌는데, 이는 알루미늄 광석에서 추출하는 것이 극도로 어려웠기 때문입니다. 이 공정은 대형 전해조(포트) 내부에서 약 940~980°C의 고온으로 진행됩니다. 알루미나는 녹는점이 매우 높아(2000°C 이상) 직접 전기분해는 비현실적이었습니다. 핵심적인 혁신은 녹인 크라이올라이트를 용매로 사용한 것인데, 크라이올라이트는 알루미나를 용해시키면서 녹는점이 훨씬 낮아 필요한 에너지를 크게 줄였습니다.

전해조는 탄소로 코팅된 강철 외피로 구성되어 있으며, 이 외피가 음극 역할을 합니다. 전해액에 담긴 탄소 블록은 양극 역할을 합니다. 전기분해 과정에서 용해된 알루미나의 알루미늄 이온은 음극에서 환원되어 용융 알루미늄을 형성합니다. 이 용융 알루미늄은 전해조 바닥으로 가라앉으며, 주기적으로 제거됩니다. 반응식은 다음과 같습니다: [latex]Al^{3+} + 3e^- rightarrow Al(l)[/latex]. 양극에서는 산화 이온이 산화되어 산소 기체를 생성합니다. 이 산소는 뜨거운 탄소 양극과 즉시 반응하여 이산화탄소를 생성합니다: [latex]2O^{2-} + C(s) rightarrow CO_2(g) + 4e^-[/latex]. 탄소 양극은 전기분해 과정에서 소모되므로 정기적으로 교체해야 합니다. 전체 반응식은 다음과 같습니다: [latex]2Al_2O_3 + 3C rightarrow 4Al + 3CO_2[/latex].

이 공정은 에너지 집약적이며 전 세계 전력의 상당 부분을 소비합니다. 이러한 이유로 알루미늄 제련소는 종종 저렴한 수력 발전소 근처에 위치합니다. 또한 높은 에너지 소비량 때문에 알루미늄 재활용은 매우 유리합니다. 재활용에는 원광석에서 알루미늄을 생산하는 데 필요한 에너지의 약 5%만 소모되기 때문입니다.

UNESCO Nomenclature: 3305
화학공학

유형

산업 공정

분열

혁명가

용법

널리 사용됨

전구체

  • 한스 크리스티안 외르스테드와 프리드리히 뵐러는 화학적 환원법을 이용하여 알루미늄을 분리해냈다.
  • 보크사이트를 알루미나로 정제하는 바이어 공정
  • 마이클 패러데이의 전기분해 연구
  • 마이클 패러데이의 다이너모 발명은 대규모 전력 생산을 가능하게 했다.

응용 프로그램

  • 전 세계 알루미늄 생산량의 거의 전부를 차지합니다.
  • 항공기 기체용 항공우주 산업
  • 엔진 블록 및 차체 패널용 자동차 산업용
  • 창틀 및 구조 요소 시공
  • 음료 캔 및 포일 포장

특허:

  • US400664

잠재적 혁신 아이디어

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관련 용어: 홀-에룰트 공정, 알루미늄, 알루미나, 크라이올라이트, 제련, 전기분해, 전기야금, 보크사이트.

역사적 맥락

홀-에룰트 프로세스

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

(날짜를 알 수 없거나 관련이 없는 경우, 예를 들어 "유체역학"의 경우, 주목할 만한 등장 시기를 대략적으로 추정하여 제공합니다.)

관련 발명, 혁신 및 기술 원칙

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