Fundición de aluminio
Electrolito: El electrolito es un baño fundido de criolita (Na3AlF6) y alúmina disuelta. La criolita es un buen disolvente para la alúmina con un punto de fusión bajo, una viscosidad satisfactoria y una baja presión de vapor. Su densidad también es menor que la del aluminio líquido (2 frente a 2,3 g/cm3), lo que permite la separación natural del producto de la sal en el fondo de la celda. La proporción de criolita (NaF/AlF3) en la criolita pura es de 3, con una temperatura de fusión de 1010 °C, y forma un eutéctico con un 11% de alúmina a 960 °C. En las celdas industriales, la proporción de criolita se mantiene entre 2 y 3 para disminuir su temperatura de fusión a 940-980 °C.
Cátodos: Los cátodos de carbón se componen esencialmente de antracita, grafito y coque de petróleo, que se calcinan a unos 1200 °C y se trituran y tamizan antes de ser utilizados en la fabricación de cátodos. Los agregados se mezclan con brea de alquitrán de hulla, se forman y se hornean. La pureza del carbono no es tan estricta como la del ánodo, porque la contaminación metálica del cátodo no es significativa. El cátodo de carbón debe tener una fuerza adecuada, una buena conductividad eléctrica y una alta resistencia al desgaste y a la penetración del sodio. Los cátodos de antracita tienen una mayor resistencia al desgaste y una fluencia más lenta y de menor amplitud que los cátodos de coque de petróleo grafítico y grafitizado. En cambio, los cátodos densos con más orden grafítico tienen una mayor conductividad eléctrica, un menor consumo de energía y un menor hinchamiento debido a la penetración del sodio. El hinchamiento provoca un deterioro temprano y no uniforme de los bloques catódicos.
Ánodo: Los ánodos de carbono tienen una situación específica en la fundición de aluminio y dependiendo del tipo de ánodo, la fundición de aluminio se divide en dos tecnologías diferentes; ánodos «Soderberg» y «precocidos». Los ánodos también se fabrican con coque de petróleo, mezclado con brea de alquitrán de hulla, seguido de una formación y cocción a temperaturas elevadas. La calidad del ánodo afecta a los aspectos tecnológicos, económicos y medioambientales de la producción de aluminio. La eficiencia energética está relacionada con la naturaleza de los materiales del ánodo, así como con la porosidad de los ánodos horneados. Alrededor del 10% de la energía de la célula se consume para superar la resistencia eléctrica del ánodo precocido (50-60 μΩm). El carbono se consume más que el valor teórico debido a una baja eficiencia de la corriente y al consumo no electrolítico. La calidad no homogénea del ánodo debido a la variación de las materias primas y los parámetros de producción también afecta a su rendimiento y a la estabilidad de la célula.
Los ánodos precocidos se dividen en tipos grafitizados y de coque. Para la fabricación de los ánodos grafitizados, se calcina y clasifica la antracita y el coque de petróleo. A continuación, se mezclan con brea de alquitrán de hulla y se prensan. El ánodo verde prensado se cuece a continuación a 1200 °C y se grafitiza. Los ánodos de coque se fabrican con coque de petróleo calcinado, colillas de ánodo recicladas y brea de alquitrán de hulla (aglutinante). Los ánodos se fabrican mezclando áridos con brea de alquitrán de hulla para formar una pasta de consistencia pastosa. Este material se suele vibrocompactar, pero en algunas plantas se presiona. A continuación, el ánodo verde se sinteriza a 1100-1200 °C durante 300-400 horas, sin grafitización, para aumentar su resistencia mediante la descomposición y carbonización del aglutinante. Las temperaturas de cocción más altas aumentan las propiedades mecánicas y la conductividad térmica, y disminuyen la reactividad del aire y del CO2. La resistencia eléctrica específica de los ánodos de tipo coque es mayor que la de los grafitizados, pero tienen una mayor resistencia a la compresión y una menor porosidad.
Los electrodos Soderberg (cocción in situ), utilizados por primera vez en 1923 en Noruega, se componen de una envoltura de acero y una masa carbonosa que se cuece por el calor que se escapa de la célula de electrólisis. Soderberg Los materiales carbonosos, como el coque y la antracita, se trituran, se tratan térmicamente y se clasifican. Estos agregados se mezclan con brea o aceite como aglutinante, se briquetean y se cargan en la carcasa. La temperatura aumenta desde el fondo hasta la parte superior de la columna y la cocción in situ se produce al bajar el ánodo al baño. Durante la cocción se emite una cantidad importante de hidrocarburos, lo que constituye una desventaja de este tipo de electrodos. La mayoría de las fundiciones modernas utilizan ánodos precocidos ya que el control del proceso es más fácil y se consigue una eficiencia energética ligeramente mejor, en comparación con los ánodos Soderberg.