ההבדל העיקרי בין תהליך Hall Héroult לתהליך Hoopes הוא שתהליך Hall Héroult יוצר מתכת אלומיניום עם 99.5% טוהר, בעוד שתהליך Hoopes מייצר מתכת אלומיניום עם כ-99.99% טוהר.
תהליך Hall Héroult ותהליך Hoopes חשובים בייצור מתכת אלומיניום טהורה. שני התהליכים הללו הם תהליכים אלקטרוליטיים. הטוהר של מתכת האלומיניום המיוצרת בכל תהליך שונה זה מזה.
מהו תהליך Hall Héroult?
תהליך Hall Héroult הוא המסלול התעשייתי העיקרי להתכה של מתכת אלומיניום. תהליך זה כרוך בהמסה של תחמוצת אלומיניום או אלומינה המתקבלת ממינרל בוקסיט (באמצעות תהליך באייר) בקריוליט מותך, ולאחר מכן אלקטרוליזה של אמבט המלח המותך בתא ייעודי.בדרך כלל, תהליך זה מתרחש ב-940-980 מעלות צלזיוס ביישומים בקנה מידה תעשייתי. חשוב מכך, תהליך זה מייצר כ-99.5% מתכת אלומיניום טהורה. עם זאת, אנו לא משתמשים באלומיניום ממוחזר בתהליך זה מכיוון שסוג זה של אלומיניום אינו דורש אלקטרוליזה. תהליך Hall Héroult נוטה לתרום לשינויי אקלים עקב פליטת פחמן דו חמצני במהלך התגובה האלקטרוליטית.
תהליך זה חשוב מכיוון שלא ניתן לייצר אלומיניום יסודי על ידי אלקטרוליזה של מלח אלומיניום מימי, שכן יון הידרוניום מתחמצן בקלות אלומיניום יסודי. בדרך כלל, תחמוצת אלומיניום היא בעלת נקודת התכה גבוהה מאוד; לכן, יש להמיס אותו בקריוליט על מנת להוריד את נקודת ההיתוך. זה מקל על תהליך האלקטרוליזה.תהליך זה מצריך מקור פחמן, שלעתים קרובות הוא קולה.
מכיוון שזהו תהליך אלקטרוליזה, עלינו להשתמש בקתודה ובאנודה. בדרך כלל, האלקטרודות עשויות מקוק מטוהר. בקתודה, יוני אלומיניום לוקחים אלקטרונים ויוצרים מתכת אלומיניום. באנודה, יוני תחמוצת מתחברים עם אטומי פחמן מקוק ויוצרים גז פחמן חד חמצני. עם זאת, במציאות, נוצר הרבה יותר גז פחמן דו חמצני מאשר גז פחמן חד חמצני. בתהליך זה, קריוליט משמש להורדת נקודת ההיתוך של אלומינה מכיוון שהוא יכול להמיס אלומינה היטב. קריוליט מסוגל גם להוליך חשמל; לפיכך, אנו יכולים להשתמש בו כמדיום אלקטרוליטי. יתר על כן, קריוליט בעל צפיפות נמוכה בהשוואה למתכת אלומיניום, שהיא דרישה לתהליך האלקטרוליזה.
מהו תהליך Hoopes?
תהליך Hoopes הוא תהליך תעשייתי שימושי להשגת מתכת אלומיניום בטוהר גבוה מאוד. התהליך נקרא על שמו של המדען וויליאם הופס.למתכת האלומיניום שאנו יכולים להשיג מתהליך Hall Héroult יש טוהר של כ-99%. עבור רוב היישומים, כמות הטוהר הזו נלקחת כאלומיניום טהור. אבל למטרות רגישות במיוחד, הטוהר הזה אינו מספיק. לכן, טיהור נוסף של האלומיניום יכול להתבצע על ידי תהליך Hoopes, שהוא גם תהליך אלקטרוליטי.
תהליך Hoopes משתמש בתא אלקטרוליטי המכיל מיכל ברזל עם פחמן בתחתיתו. עבור האנודה של תא זה, ניתן להשתמש בסגסוגת מותכת של נחושת, אלומיניום גולמי או סיליקון. אנודה זו מהווה את השכבה התחתונה ביותר של תא אלקטרוליטי זה. ישנה שכבה אמצעית המכילה תערובת מותכת של פלואורידים של נתרן, אלומיניום ובריום. השכבה הבאה היא השכבה העליונה ביותר המכילה אלומיניום מותך. הקתודה של התא היא שני מוטות גרפיט שטבולים באלומיניום מותך.
במהלך תהליך האלקטרוליזה, יוני אלומיניום מהשכבה האמצעית של התא נוטים לנדוד לעבר השכבה העליונה שם יונים אלה מצטמצמים, ויוצרים מתכת אלומיניום על ידי השגת שלושה אלקטרונים מהקתודות.כאן נוצר מספר שווה של יוני אלומיניום בשכבה התחתונה בו-זמנית (באנודה). יוני אלומיניום אלו נודדים לאחר מכן לשכבה האמצעית. אנו יכולים להשיג אלומיניום טהור מנותק מהשכבה העליונה מעת לעת. הטוהר של האלומיניום הזה הוא בערך 99.99%.
מה ההבדל בין תהליך Hall Héroult לתהליך Hoopes?
גם תהליך Hall Héroult וגם תהליך Hoopes הם תהליכים אלקטרוליטים המייצרים מתכת אלומיניום בטוהר גבוה. עם זאת, ההבדל העיקרי בין תהליך Hall Héroult ו-Hoopes הוא שתהליך Hall Héroult יוצר מתכת אלומיניום עם 99.5% טוהר, בעוד שתהליך Hoopes מייצר מתכת אלומיניום עם טוהר של כ-99.99%.
להלן אינפוגרפיקה מפרטת הבדלים נוספים בין תהליך Hall Héroult ו-Hoopes בצורת טבלה.
סיכום – תהליך Hall Héroult לעומת תהליך Hoopes
עבור רוב היישומים, טוהר האלומיניום המתקבל בתהליך Hall Héroult נחשב לאלומיניום טהור. אבל למטרות רגישות במיוחד, הטוהר הזה אינו מספיק. במקרים כאלה, אנו זקוקים לטיהור נוסף, אשר נעשה על ידי תהליך Hoopes. ההבדל העיקרי בין תהליך Hall Héroult לתהליך Hoopes הוא שתהליך Hall Héroult יוצר מתכת אלומיניום עם 99.5% טוהר, בעוד שתהליך Hoopes מייצר מתכת אלומיניום עם כ-99.99% טוהר.
