Alumíniumolvasztás

Elektrolit: Az elektrolit kriolit (Na3AlF6) és oldott timföld olvasztott fürdője. A kriolit jó oldószer a timföld számára, alacsony olvadáspontja, kielégítő viszkozitása és alacsony gőznyomása miatt. Sűrűsége is kisebb, mint a folyékony alumíniumé (2 vs. 2,3 g/cm3 ), ami lehetővé teszi a termék természetes elválasztását a cellák alján lévő sótól. A kriolit aránya (NaF/AlF3) a tiszta kriolitban 3, olvadási hőmérséklete 1010 °C, és 960 °C-on 11% alumínium-oxiddal eutektikumot képez. Az ipari cellákban a kriolit arányát 2 és 3 között tartják, hogy az olvadási hőmérsékletét 940-980 °C-ra csökkentsék.

Katód: A szénkatódok alapvetően antracitból, grafitból és petróleumkokszból készülnek, amelyeket kb. 1200 °C-on kalcinálnak, majd a katódgyártás előtt összetörnek és szitálnak. Az aggregátumokat széntartalmú szurokkal keverik össze, formázzák és sütik. A szén tisztasága nem olyan szigorú, mint az anód esetében, mivel a katódból származó fémszennyezés nem jelentős. A szénkatódnak megfelelő szilárdsággal, jó elektromos vezetőképességgel, valamint a kopással és a nátrium behatolásával szembeni nagyfokú ellenállással kell rendelkeznie. Az antracit katódok nagyobb kopásállósággal és lassabb kúszással rendelkeznek, kisebb amplitúdóval, mint a grafitos és grafitos petrolkoksz katódok. Ehelyett a sűrűbb grafitos rendezettségű katódok magasabb elektromos vezetőképességgel, alacsonyabb energiafogyasztással , és a nátrium behatolása miatti kisebb duzzadással rendelkeznek. A duzzadás a katódblokkok korai és nem egyenletes romlását eredményezi.

Anód: A szén anódoknak sajátos helyzetük van az alumíniumolvasztásban, és az anód típusától függően az alumíniumolvasztás két különböző technológiára oszlik; “Soderberg” és “elősütött” anódok. Az anódok szintén kőolajkokszból készülnek, amelyet szén-kátrány-kittel kevernek, majd ezt követi a formázás és a magas hőmérsékleten történő sütés. Az anód minősége befolyásolja az alumíniumgyártás technológiai, gazdasági és környezetvédelmi szempontjait. Az energiahatékonyság összefügg az anódanyagok jellegével, valamint a sült anódok porozitásával. Az elősütött anód (50-60 μΩm) elektromos ellenállásának leküzdése a cellateljesítmény mintegy 10%-át emészti fel. Az alacsony árameredményesség és a nem elektrolitikus fogyasztás miatt a szén az elméleti értéknél többet fogyaszt. A nyersanyagok és a gyártási paraméterek eltérése miatti inhomogén anódminőség szintén befolyásolja a teljesítményét és a cella stabilitását.

Az elősütött anódokat grafitizált és kokszolt típusokra osztják. A grafitos anódok gyártásához antracitot és petrolkokszot kalcinálnak és osztályoznak. Ezután összekeverik őket széntartalmú szurokkal és préselik. A préselt zöld anódot ezután 1200 °C-on sütik és grafitizálják. A koksz-anódok kalcinált kőolajkokszból, újrahasznosított anódcsikkekből és kőszénkátrányszurokból (kötőanyag) készülnek. Az anódokat úgy állítják elő, hogy az aggregátumokat szénkátrányszurokkal keverik össze, hogy tésztaszerű állagú pasztát kapjanak. Ezt az anyagot leggyakrabban vibrációsan tömörítik, de egyes üzemekben préselik. A zöld anódot ezután 1100-1200 °C-on 300-400 órán át szinterezik, grafitizálás nélkül, hogy a kötőanyag bomlása és elszenesedése révén növeljék a szilárdságát. A magasabb sütési hőmérséklet növeli a mechanikai tulajdonságokat és a hővezető képességet, és csökkenti a levegő és a CO2 reakcióképességét. A koksztípusú anódok fajlagos elektromos ellenállása magasabb, mint a grafitizáltaké, de nagyobb a nyomószilárdságuk és kisebb a porozitásuk.

A Norvégiában 1923-ban először alkalmazott Soderberg-elektródák (in-situ sütés) acélhéjból és széntartalmú masszából állnak, amelyet az elektrolíziscellából távozó hővel sütnek ki. Soderberg A szénalapú anyagokat, például a kokszot és az antracitot összetörik, hőkezelik és osztályozzák. Ezeket az aggregátumokat szurokkal vagy olajjal mint kötőanyaggal keverik össze, brikettálják és betöltik a héjba. A hőmérséklet alulról az oszlop tetejére emelkedik, és az anódnak a fürdőbe történő leeresztésekor helyben történő sütés történik. A sütés során jelentős mennyiségű szénhidrogén szabadul fel, ami az ilyen típusú elektródák hátránya. A legtöbb modern kohászat elősütött anódokat használ, mivel a Soderberg-anódokhoz képest egyszerűbb a folyamatszabályozás és valamivel jobb energiahatékonyság érhető el.