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Processo Hall-Héroult

1886-04-23
  • Charles Martin Hall
  • Paul Héroult
Instalação industrial de fundição de alumínio que utiliza o processo Hall-Héroult na engenharia química.

(Imagem gerada apenas para fins ilustrativos)

O processo Hall-Héroult é o principal processo industrial. método para a fundição de alumínio. Consiste em dissolver alumina (óxido de alumínio, Al₂O₃) em criolita fundida (Na₃AlF₆) e eletrolisar o banho de sal fundido. O alumínio metálico é depositado no cátodo, enquanto o oxigênio da alumina reage com o ânodo de carbono, produzindo dióxido de carbono. Esse processo tornou o alumínio amplamente disponível e acessível.

Antes do processo Hall-Héroult, o alumínio era considerado um metal precioso, mais valioso que o ouro, devido à extrema dificuldade de sua extração do minério. O processo opera em altas temperaturas, em torno de 940–980 °C, dentro de grandes células eletrolíticas chamadas cubas. A alumina tem um ponto de fusão muito alto (acima de 2000 °C), o que torna a eletrólise direta impraticável. A principal inovação foi o uso de criolita fundida como solvente, que dissolve a alumina e tem um ponto de fusão muito mais baixo, reduzindo significativamente a energia necessária.

A célula consiste em uma carcaça de aço revestida com carbono, que serve como cátodo. Blocos de carbono suspensos no banho eletrolítico atuam como ânodo. Durante a eletrólise, os íons de alumínio da alumina dissolvida são reduzidos no cátodo, formando alumínio fundido que afunda até o fundo do recipiente e é periodicamente retirado: [latex]Al^{3+} + 3e^- rightarrow Al(l)[/latex]. No ânodo, os íons óxido são oxidados para formar gás oxigênio. Esse oxigênio reage imediatamente com o ânodo de carbono quente, formando dióxido de carbono: [latex]2O^{2-} + C(s) rightarrow CO_2(g) + 4e^-[/latex]. Como os ânodos de carbono são consumidos no processo, eles devem ser substituídos regularmente. A reação global é [latex]2Al_2O_3 + 3C rightarrow 4Al + 3CO_2[/latex].

O processo consome muita energia, representando uma parcela significativa da eletricidade mundial. Por isso, as fundições de alumínio costumam estar localizadas perto de fontes de energia hidrelétrica barata. O alto consumo de energia também torna a reciclagem do alumínio muito vantajosa, pois requer apenas cerca de 5% da energia necessária para produzir alumínio primário a partir do minério.

UNESCO Nomenclature: 3305
Engenharia química

Tipo

Processo Industrial

Interrupção

Revolucionário

Uso

Uso generalizado

Precursores

  • Isolamento do alumínio por Hans Christian Ørsted e Friedrich Wöhler usando redução química
  • Processo Bayer para refinar bauxita em alumina
  • O trabalho de Michael Faraday sobre eletrólise
  • Invenção do dínamo por Michael Faraday, que possibilitou a geração de eletricidade em larga escala.

Aplicações

  • produção de quase todo o alumínio do mundo
  • indústria aeroespacial para estruturas de aeronaves
  • indústria automotiva para blocos de motor e painéis de carroceria
  • construção de caixilhos de janelas e elementos estruturais
  • Embalagens para latas e folhas de alumínio de bebidas

Patentes:

  • US400664

Ideias de Inovação Potencial

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Relacionado a: processo Hall-Héroult, alumínio, alumina, criolita, fundição, eletrólise, eletrometalurgia, bauxita.

Contexto histórico

Processo 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

(Caso a data seja desconhecida ou irrelevante, por exemplo, "mecânica dos fluidos", é fornecida uma estimativa aproximada de seu surgimento notável)

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