Proceso Hall-Héroult

El aluminio metálico no se puede obtener por reducción carbotérmica convencional: su óxido Al₂O₃ es demasiado estable (ΔG_f = −1582 kJ/mol). La solución, hallada simultáneamente por Charles Hall (EE. UU.) y Paul Héroult (Francia) en 1886, es la electrólisis en un baño de criolita fundida. Una celda Hall-Héroult moderna mide ~10 × 4 m, contiene ~25 cm de baño líquido a 950-980 °C y funciona a 4-4.5 V con intensidades de 200 000 a 600 000 A (las plantas recientes de tipo AP60 superan los 600 kA). El cátodo es un revestimiento de carbono en el fondo de la celda; los ánodos son bloques de carbono (~1.5 × 0.7 × 0.5 m) suspendidos en el baño que se van bajando a medida que se consumen. La alúmina, alimentada al baño mediante inyección automática, se disuelve en forma de oxofluoroaluminatos (AlOF₂⁻, Al₂OF₆²⁻). En el cátodo se deposita aluminio líquido (densidad 2.3 > baño 2.1: el Al se acumula en el fondo y se extrae con un sifón cada 24 h). En el ánodo, el oxígeno liberado ataca de inmediato el carbono: por eso los ánodos son consumibles y el proceso emite CO₂. El balance global es: 2 Al₂O₃ + 3 C → 4 Al + 3 CO₂. El consumo eléctrico teórico es de 5.99 kWh/kg de Al; las mejores plantas modernas funcionan a 12.5-13 kWh/kg de Al, un rendimiento energético de ~46 %. La producción mundial es de ~70 Mt/año (2023), dominada por China (~60 %), donde la electricidad procede en gran parte del carbón, lo que hace que el aluminio chino sea especialmente intensivo en carbono (~16 t de CO₂/t de Al frente a ~4 t de CO₂/t de Al para el aluminio hidroeléctrico de Islandia o de Quebec).