解析霍尔—埃鲁铝电解法

发布时间:2014年3月13日 来源:中国有色金属报

  在1954年以前,不管是德维尔提取铝的工艺,还是德维尔-卡斯特纳法提取铝,其提取工艺都是利用纯化学法。1954年秋,铝生产又跨过了一块有历史意义的里程碑,德维尔和德国化学家本生(Bunsen)在实验室里各自独立地使用炭电极在陶瓷容器内用电解NaAlCl4的方法生产出了少量的铝,其所生产的铝的纯度比用纯化学反应法生产的铝要高得多。不过这时直流电机尚未问世,他们以蓄电池作为电源,不能获得较大的电流,而且价格昂贵,所产的铝也比化学法生产的铝的成本高得多,因此商业价值不大,不过,还是有很大的科学价值的,这毕竟开辟了生产铝的新途径。
  1867年,发电机得以问世,并于1880年得到改进,此后,电力能源产业实现了三相交流输电,这为实现工业化生产电解铝提供了前提条件。1878年,爱迪生(Edisson)及其公司制成了较大的直流电机,为以后霍尔-埃鲁熔盐铝电解法的工业化生产奠定了坚实的基础。
  1883年,美国布雷德利(Bradley)提出利用氧化铝可溶于冰晶石的特性电解冰晶石-氧化铝熔盐的方案,非常可惜与遗憾的是,他既没有申请专利,也没有继续往下研究使之成为商业化生产的项目,痛失铝熔盐电解法发明者的桂冠与可能成为企业家的机会。
  1886年,美国俄亥俄州(Ohio)奥柏林学院(Oberlin College)化学系三年级学生霍尔(Charles Martin Hall)与法国埃科尔矿业学院(Ecole des Mines)三年级学生埃鲁几乎同时在大洋彼岸各自独立地发明了用电解法电解在冰晶石熔体中的三氧化二铝(Al2O3)生产铝的方法,即现在霍尔-埃鲁法,简称H-H法。
  霍尔的发明在1886年2月23日面世,埃鲁的发明稍后一些,约晚两个月。他们不约而同地在美国与法国申请并获得了专利。在以后的不到3年时间里两个专利都获得了应用。1888年,霍尔在美国当时的钢铁中心——匹兹堡(Pitts burgh)建成了世界上第一个铝电解厂,名为匹兹堡冶金公司(The Pittsburgh Reduction Company)投资2万美元,霍尔是股东之一,并出任总经理。1907年,改为美国铝业公司(Aluminun Company of America),1999年用简名Alcoa。自成立之日起的125年来,Alcoa就是全球最大最强的铝工业企业。匹兹堡冶金公司在1888年11月生产出第一包原铝。大约在同一时间,在瑞士纽豪森(Neuhausen)的瑞士冶炼公司(Swiss Reduction Company)首次用埃鲁的专利技术生产出原铝,可是埃鲁的运气没有霍尔的那样好,它不是纽豪森铝厂的股东。
  在此,还要介绍一些有关铝及霍尔与埃鲁的小故事,也是很有趣的。1855年,在巴黎展览会(Paris Exhibition)上,一根筷子大小的小铝棍与皇冠上的珠宝在一个展柜内展出,可见那是铝与稀世珠宝同样贵重。
  霍尔在奥柏林学院上学时,1886年化学教授弗兰克·朱厄特(Frank Jewett)在上课时对他的学生说:“不管谁,要是发明了铝的商业化生产,就是对人类的一大贡献,对个人也是会财运亨通的。”霍尔发誓要找到这种神奇金属的工业化提取工艺,功夫不负有心人,不久后,霍尔与埃鲁在互不通气的条件下,独自发明铝的熔盐电解法,他们年纪相同,生于1845年,据称他们都于54岁逝世。
  因专利权之争,他们上法庭,唇枪舌战,打得不可开交。后来,法庭经过认真审理,判决两人的专利同时有效。从此,两个人有来有往,交往甚密,竟成莫逆之交。不过霍尔成了亿万富翁,埃鲁也不穷,两个人都过着闲情逸致的中产阶级生活。霍尔为了铝的事业,整天泡在实验室、车间与办公室里,无暇顾及“人间烟火”,为了铝工业的发展终身未娶,积劳成疾,英年早逝,值得全世界铝业界缅怀。

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