Tavení

Ačkoli existuje několik způsobů výroby hliníku, komerčně se používá pouze jeden. Devilleův proces, který zahrnuje přímou reakci kovového sodíku s chloridem hlinitým, byl koncem 19. století základem výroby hliníku, ale byl opuštěn ve prospěch ekonomičtějšího elektrolytického procesu. Karbotermický přístup, klasická metoda redukce (odstraňování kyslíku z) oxidů kovů, je již řadu let předmětem intenzivního výzkumu. Jedná se o zahřívání oxidu společně s uhlíkem za vzniku oxidu uhelnatého a hliníku. Velkým lákadlem karbotermického tavení je možnost obejít rafinaci oxidu hlinitého a začít s méně kvalitními rudami než bauxit a méně kvalitním uhlíkem než ropný koks. Navzdory mnohaletému intenzivnímu výzkumu se však pro Bayerův-Hallův-Héroultův postup nepodařilo najít žádného ekonomického konkurenta.

Ačkoli se dnešní Hall-Héroultův tavicí postup v zásadě nezměnil, od původního postupu se značně liší rozsahem i detaily. Moderní technologie přinesla podstatná zlepšení zařízení a materiálů a snížila konečné náklady.

V moderní huti se oxid hlinitý rozpouští v redukčních nádobách – hlubokých obdélníkových ocelových skořepinách vyložených uhlíkem – které jsou naplněny roztaveným elektrolytem sestávajícím převážně ze sloučeniny sodíku, hliníku a fluoru zvané kryolit.

Pomocí uhlíkových anod prochází elektrolytem stejnosměrný proud do uhlíkové katodové výstelky na dně komory. Na povrchu roztavené lázně se vytvoří kůra. Na tuto krustu se přidá oxid hlinitý, který se předehřeje teplem z článku (asi 950 °C ) a odvede se z něj adsorbovaná vlhkost. Kůra se pravidelně rozbíjí a oxid hlinitý se přivádí do lázně. V novějších článcích se oxid hlinitý přivádí přímo do roztavené lázně pomocí automatických podavačů.

Výsledkem elektrolýzy je usazování roztaveného hliníku na dně článku a vývin oxidu uhličitého na uhlíkové anodě. Na každý kilogram (2,2 libry) vyrobeného hliníku se spotřebuje přibližně 450 gramů (1 libra) uhlíku. Na každý kilogram vyrobeného hliníku se spotřebují asi 2 kg oxidu hlinitého.

Proces tavení je kontinuální. Do lázně se pravidelně přidává další oxid hlinitý, aby se nahradil oxid spotřebovaný při redukci. Teplo generované elektrickým proudem udržuje lázeň v roztaveném stavu, takže se rozpouští čerstvý oxid hlinitý. Periodicky se roztavený hliník odčerpává.

Protože se při procesu ztrácí část fluoridu z kryolitového elektrolytu, přidává se podle potřeby fluorid hlinitý, aby se obnovilo chemické složení lázně. Lázeň s přebytkem fluoridu hlinitého poskytuje maximální účinnost.

V praxi jsou dlouhé řady redukčních nádob, nazývané potlines, elektricky zapojeny do série. Normální napětí pro hrnce se pohybuje od čtyř do šesti voltů a proudové zatížení od 30 000 do 300 000 ampérů. Jednu redukční řadu může tvořit 50 až 250 hrnců s celkovým napětím v řadě vyšším než 1 000 voltů. Napájení je jednou z nejnákladnějších složek hliníku. Od roku 1900 hledali výrobci hliníku zdroje levné vodní energie, ale museli také vybudovat mnoho zařízení, která využívají energii z fosilních paliv. Technologický pokrok snížil množství elektrické energie potřebné k výrobě jednoho kilogramu hliníku. V roce 1940 to bylo 19 kilowatthodin. Do roku 1990 se množství elektrické energie spotřebované na jeden kilogram vyrobeného hliníku snížilo na přibližně 13 kilowatthodin u nejúčinnějších článků.

Tavený hliník se z článků odčerpává do velkých kelímků. Odtud může být kov nalit přímo do forem k výrobě slévárenského ingotu, může být převezen do udržovacích pecí k dalšímu zušlechtění nebo k legování s jinými kovy, případně k obojímu, aby vznikl výrobní ingot. Primární hliník, který vychází z cely, má čistotu přibližně 99,8 %.

Automatizace a počítačové řízení výrazně ovlivnily provoz hutí. Nejmodernější redukční zařízení používají plně mechanizovaná zařízení na výrobu uhlíku a počítačové řízení pro sledování a automatizaci operací na kotlové lince.