ホール・エルー法

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ホール・エルー法の模式図。黒が炭素電極(上が陽極、下が陰極)、赤が溶融氷晶石とアルミナ、灰色が溶融アルミニウム

ホール・エルー法(ホール・エルーほう、Hall-Héroult process)は、唯一実用化されているアルミニウム製錬方法。1886年アメリカチャールズ・マーティン・ホールフランスポール・エルーによりそれぞれ独自に開発された。

ホール・エルー法では、まず融剤として氷晶石(現在は蛍石から合成できるヘキサフルオロアルミン酸ナトリウムの合成品が用いられている)とフッ化ナトリウム電解炉により1000°Cほどで融解する。そして、ボーキサイトから精錬した酸化アルミニウムを5%程度入れて溶解させ、炭素電極で電気分解を行う。分解されたアルミニウムは融けて陰極に溜まり、酸素陽極と反応して二酸化炭素となるが、800°C以上では炭素電極とさらに反応して一酸化炭素となる。

全体としての化学反応は以下のとおり。

Al2O3 + 3C → 2Al + 3 CO

ホール・エルー法の問題点は、融解及び電気分解で大量の電気を消費すること(アルミナ1tにつき15000kWh)である。そのため、アルミニウムは「電気の缶詰」と呼ばれることがある。

これに対し、アルミ缶をリサイクルすると、必要なエネルギーはホール・エルー法の3%で済むといわれているが、実際には融解時に空気中の窒素と反応して窒化アルミニウム AlN として一部が失われる。

この窒化物は融解時にるつぼの表面に浮かぶので捨てられるが、空気中の水分と徐々に反応してアンモニアを生じる。

2Al + N2 → 2AlN
AlN + 3H2O → Al(OH)3 + NH3

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