استخراج آلومینیوم اولیه و پیل های هال هرولت پیشرفته

Primary Aluminum Production and Advanced Hall-Héroult Cells

چکیده

انرژی کل لازم جهت استخراج آلومینیوم اولیه از کانی بوکسیت حدود ۷۸/۲۳ kWh/kg برآورده شده است که از این مقدار، ۲۰/۸ kWh/kg آن مربوط به استخراج مواد خام و ۵۸/۱۵ kWh/kg آن برای احیای الکترولیتی است. آلومینا در دمای اتاق، در اغلب مواد شیمیایی واکنش دهنده نامحلول بوده و دارای نقطه ذوب بالایی (بیشتر از ۲۰۰۰ ˚C) است. این خواص عملیات های استخراج شیمیایی معمول مورد استفاده جهت احیای اکسید های سخت آلومینا به آلومینیوم را تحت شعاع قرار داده است. آلومینیوم اولیه تجاری از طریق احیای الکتروشیمیایی آلومینا استحصال می‌گردد. در سال ۱۸۸۶، چارلز مارتین هال در ایالات متحده و پاول لویس هرولت در فرانسه به طور جداگانه فرایند تجاری موفقیت آمیزی را برای احیای آلومینا ارائه دادند.

این روش تجاری موسوم به فرایند هال هرولت همچنان به عنوان یک فرایند اصلی جهت تولید آلومینیوم به کار برده می‌شود. اگر چه فناوری های مهندسی به طور وسیعی جهت استخراج آلومینیوم توسعه یافته اند، اما اصول این فرایند همان مبانی اولیه است. فرایند هال هرولت در یک محفظه حاوی الکترولیت انجام می‌گردد. این محفظه (پیل) شامل دو الکترود (یک آند و یک کاتد) و یک حمام مذاب از ترکیبات فلوریدی (کریولیت) که نقش الکترولیت و حلال را برای آلومینا ایفا می‌کند، است. با عبور جریان الکتریکی از حمام، آلومینا به آلومینیوم مذاب و گاز اکسیژن تبدیل (احیا) می‌شود. گاز اکسیژن با آند کربنی واکنش داده و گاز دی اکسید کربن تولید می‌گردد. آلومینیوم مذاب در شاخه کاتدی از انتهای پیل جمع آوری شده و از طریق یک لوله خمیده (سیفون) از آن خارج می‌شود.

جهت دانلود ترجمه تخصصی و فارسی این مقاله می توانید وجه آنرا پرداخت نموده و بلافاصله دریافت نمایید.

ABSTRACT

Alumina is insoluble in all ordinary chemical reagents at room temperature and has a high melting point (above 2,000°C). These properties make conventional chemical processes used for reducing oxides difficult and impractical for conversion of alumina into aluminum. Commercial primary aluminum is produced by the electrochemical reduction of alumina. Charles Martin Hall in the United States and Paul Lewis Toussaint Héroult in France independently developed and patented a commercially successful process for alumina reduction in 1886.

This process, commonly referred to as the Hall-Héroult process, is still the primary method in use for aluminum production. Though the engineering has improved vastly, the process fundamentals are basically unchanged today. The Hall-Héroult process takes place in an electrolytic cell or pot. The cell consists of two electrodes (an anode and a cathode) and contains a molten bath of fluoride compounds (cryolite), which serves as an electrolyte and solvent for alumina. An electric current is passed through the bath, which reduces the alumina to form liquid aluminum and oxygen gas. The oxygen gas reacts with the carbon anode to form carbon dioxide. Molten aluminum collects at the cathode in the bottom of the cell and is removed by siphon.