تفاوت اصلی بین فرآیند هال هرول و فرآیند هوپس در این است که فرآیند هال هرولت فلز آلومینیوم را با خلوص 99.5٪ تشکیل می دهد، در حالی که فرآیند Hoopes فلز آلومینیوم را با خلوص حدود 99.99٪ تولید می کند.
فرآیند هال هرولت و فرآیند هوپس در تولید فلز آلومینیوم خالص مهم هستند. هر دوی این فرآیندها فرآیندهای الکترولیتی هستند. خلوص فلز آلومینیوم تولید شده توسط هر فرآیند با یکدیگر متفاوت است.
فرایند هال هرولت چیست؟
فرایند هال هرولت مسیر صنعتی اصلی برای ذوب فلز آلومینیوم است. این فرآیند شامل حل کردن اکسید آلومینیوم یا آلومینا است که از مواد معدنی بوکسیت (از طریق فرآیند بایر) در کرایولیت مذاب به دست می‌آید و به دنبال آن حمام نمک مذاب در یک سلول خاص ساخته می‌شود.به طور معمول، این فرآیند در دمای 940-980 درجه سانتیگراد در کاربردهای مقیاس صنعتی انجام می شود. مهمتر از آن، این فرآیند حدود 99.5٪ فلز آلومینیوم خالص تولید می کند. با این حال، ما در این فرآیند از آلومینیوم بازیافتی استفاده نمی‌کنیم زیرا آن نوع آلومینیوم نیازی به الکترولیز ندارد. فرآیند هال هرول به دلیل انتشار دی اکسید کربن در طی واکنش الکترولیتی به تغییرات آب و هوایی کمک می کند.
این فرآیند مهم است زیرا آلومینیوم عنصری را نمی توان با الکترولیز نمک آلومینیوم آبی تولید کرد زیرا یون هیدرونیوم به راحتی آلومینیوم عنصری را اکسید می کند. معمولاً اکسید آلومینیوم دارای نقطه ذوب بسیار بالایی است. بنابراین، برای کاهش نقطه ذوب باید در کرایولیت حل شود. این فرآیند الکترولیز را آسان تر می کند.این فرآیند به یک منبع کربن نیاز دارد که اغلب کک است.
از آنجایی که این یک فرآیند الکترولیز است، باید از یک کاتد و یک آند استفاده کنیم. معمولاً الکترودها از کک خالص ساخته می شوند. در کاتد، یون های آلومینیوم الکترون می گیرند و فلز آلومینیوم را تشکیل می دهند. در آند، یون های اکسید با اتم های کربن کک ترکیب می شوند و گاز مونوکسید کربن را تشکیل می دهند. با این حال، در واقعیت، گاز دی اکسید کربن بسیار بیشتر از گاز مونوکسید کربن تشکیل می شود. در این فرآیند از کرایولیت برای پایین آوردن نقطه ذوب آلومینا استفاده می شود زیرا می تواند آلومینا را به خوبی حل کند. کرایولیت همچنین قادر به هدایت الکتریسیته است. بنابراین، می توانیم از آن به عنوان محیط الکترولیتی استفاده کنیم. علاوه بر این، کرایولیت در مقایسه با فلز آلومینیوم، چگالی پایینی دارد که برای فرآیند الکترولیز لازم است.
فرایند Hoopes چیست؟
فرایند هوپس یک فرآیند صنعتی است که برای به دست آوردن فلز آلومینیوم با خلوص بسیار بالا مفید است. این فرآیند به نام دانشمند ویلیام هوپس نامگذاری شد.فلز آلومینیومی که می توانیم از فرآیند هال هرول بدست آوریم، خلوصی در حدود 99 درصد دارد. برای اکثر کاربردها، این مقدار خلوص به عنوان آلومینیوم خالص در نظر گرفته می شود. اما برای اهداف بسیار حساس، این خلوص کافی نیست. بنابراین، تصفیه بیشتر آلومینیوم را می توان با فرآیند هوپس که یک فرآیند الکترولیتی نیز هست انجام داد.
فرایند هوپس از یک سلول الکترولیتی استفاده می کند که حاوی یک مخزن آهن با کربن در پایین است. برای آند این سلول می توان از آلیاژ مذاب مس، آلومینیوم خام یا سیلیکون استفاده کرد. این آند پایین ترین لایه این سلول الکترولیتی را تشکیل می دهد. یک لایه میانی وجود دارد که حاوی مخلوط مذاب فلوریدهای سدیم، آلومینیوم و باریم است. لایه بعدی بالاترین لایه است که حاوی آلومینیوم مذاب است. کاتد سلول دو میله گرافیتی است که در آلومینیوم مذاب غوطه ور هستند.
در طول فرآیند الکترولیز، یون‌های آلومینیوم از لایه میانی سلول تمایل دارند به سمت لایه بالایی مهاجرت کنند، جایی که این یون‌ها کاهش می‌یابند و با به دست آوردن سه الکترون از کاتدها، فلز آلومینیوم را تشکیل می‌دهند.در اینجا تعداد مساوی یون آلومینیوم در لایه پایینی به طور همزمان (در آند) تشکیل می شود. این یون های آلومینیوم سپس به لایه میانی مهاجرت می کنند. می‌توانیم آلومینیوم خالصی را که هر از گاهی از لایه بالایی جدا می‌شود، بدست آوریم. خلوص این آلومینیوم حدود 99.99% است.
تفاوت بین فرآیند Hall Héroult و فرآیند Hoopes چیست؟
هر دو فرآیند هال هرول و فرآیند هوپس فرآیندهای الکترولیتی هستند که فلز آلومینیوم را با خلوص بالا تولید می کنند. با این حال، تفاوت اصلی بین فرآیند هال هرول و فرآیند هوپس در این است که فرآیند هال هرول فلز آلومینیوم را با خلوص 99.5٪ تشکیل می دهد، در حالی که فرآیند Hoopes فلز آلومینیوم را با خلوص حدود 99.99٪ تولید می کند.
در زیر اینفوگرافیک تفاوت‌های بیشتر بین فرآیند Hall Héroult و فرآیند Hoopes را به صورت جدولی فهرست می‌کند.
خلاصه - فرآیند هال هرولت در مقابل فرآیند هوپس
برای اکثر کاربردها، خلوص آلومینیوم به دست آمده از فرآیند هال هرولت به عنوان آلومینیوم خالص در نظر گرفته می شود. اما برای اهداف بسیار حساس، این خلوص کافی نیست. در چنین مواردی، ما به تصفیه بیشتر نیاز داریم که توسط فرآیند Hoopes انجام می شود. تفاوت اصلی بین فرآیند هال هرول و فرآیند هوپس در این است که فرآیند هال هرولت فلز آلومینیوم با خلوص 99.5٪ را تشکیل می دهد، در حالی که فرآیند Hoopes فلز آلومینیوم را با خلوص حدود 99.99٪ تولید می کند.
