Aluminiumsmelten
Elektrolyt: De elektrolyt is een gesmolten bad van kryoliet (Na3AlF6) en opgelost aluminiumoxide. Cryoliet is een goed oplosmiddel voor aluminiumoxide met een laag smeltpunt, een bevredigende viscositeit, en een lage dampdruk. De dichtheid is ook lager dan die van vloeibaar aluminium (2 tegen 2,3 g/cm3), waardoor een natuurlijke scheiding van het product en het zout op de bodem van de cel mogelijk is. De kryolietverhouding (NaF/AlF3) in zuiver kryoliet is 3, met een smelttemperatuur van 1010 °C, en het vormt een eutectisch met 11% aluminiumoxide bij 960 °C. In industriële cellen wordt de kryolietverhouding tussen 2 en 3 gehouden om de smelttemperatuur te verlagen tot 940-980 °C.
Kathode: Koolstofkathoden worden hoofdzakelijk gemaakt van antraciet, grafiet en petroleumcokes, die worden gecalcineerd bij ongeveer 1200 °C en geplet en gezeefd alvorens te worden gebruikt bij de kathodefabricage. De aggregaten worden gemengd met koolteerpek, gevormd en gebakken. De zuiverheid van koolstof is niet zo streng als voor anode, omdat de metaalverontreiniging door kathode niet significant is. De koolstofkathode moet voldoende sterk zijn, een goede elektrische geleiding hebben en goed bestand zijn tegen slijtage en natriumpenetratie. Antracietkathoden hebben een hogere slijtvastheid en een tragere kruip met een lagere amplitude dan grafietkathoden en gegrafitiseerde petroleumcokeskathoden. Dichtere kathoden met meer grafiet hebben daarentegen een hoger elektrisch geleidingsvermogen, een lager energieverbruik en minder zwelling door natriumpenetratie. Zwelling leidt tot vroegtijdige en niet-uniforme verslechtering van kathodeblokken.
Anode: Koolstof anoden hebben een specifieke situatie in aluminium smelten en afhankelijk van het type anode, wordt aluminium smelten verdeeld in twee verschillende technologieën; “Soderberg” en “voorgebakken” anoden. Anoden worden ook gemaakt van petroleumcokes, gemengd met koolteerpek, gevolgd door vormen en bakken bij verhoogde temperaturen. De kwaliteit van de anode beïnvloedt de technologische, economische en milieu-aspecten van de aluminiumproduktie. Het energierendement is gerelateerd aan de aard van de anodematerialen, evenals aan de porositeit van gebakken anoden. Ongeveer 10% van het celvermogen wordt verbruikt om de elektrische weerstand van een voorgebakken anode (50-60 μΩm) te overwinnen. Er wordt meer koolstof verbruikt dan de theoretische waarde als gevolg van een laag stroomrendement en niet-elektrolytisch verbruik. Inhomogene anode kwaliteit als gevolg van de variatie in grondstoffen en productieparameters beïnvloedt ook de prestaties en de cel stabiliteit.
Voorgebakken anoden zijn onderverdeeld in gegrafitiseerde en cokes types. Voor de vervaardiging van de gegrafiteerde anoden worden antraciet en petroleumcokes gecalcineerd en geclassificeerd. Zij worden vervolgens gemengd met koolteerpek en geperst. De geperste groene anode wordt vervolgens gebakken bij 1200 °C en gegrafitiseerd. Cokesanoden worden gemaakt van gecalcineerde petroleumcokes, gerecycleerde anodestompen en steenkoolteerpek (bindmiddel). De anoden worden vervaardigd door aggregaten te mengen met koolteerpek tot een pasta met een deegachtige consistentie. Dit materiaal wordt meestal met vibro-compact verdicht, maar in sommige fabrieken geperst. De groene anode wordt vervolgens gesinterd bij 1100-1200 °C gedurende 300-400 uur, zonder grafitisering, om de sterkte te verhogen door ontleding en carbonisatie van het bindmiddel. Hogere baktemperaturen verhogen de mechanische eigenschappen en de thermische geleidbaarheid, en verminderen de lucht- en CO2-reactiviteit. De specifieke elektrische weerstand van de cokes-anodes is hoger dan die van de gegrafitiseerde anodes, maar zij hebben een hogere druksterkte en een lagere porositeit.
Soderberg-elektroden (in-situ bakken), voor het eerst gebruikt in 1923 in Noorwegen, zijn samengesteld uit een stalen omhulsel en een koolstofhoudende massa die wordt gebakken door de warmte die vrijkomt uit de elektrolysecel. Soderberg Koolstofhoudende materialen zoals cokes en antraciet worden gebroken, warmtebehandeld en geclassificeerd. Deze aggregaten worden gemengd met pek of olie als bindmiddel, gebriketteerd en in de schaal geladen. De temperatuur stijgt naar de top van de kolom en het bakken in situ vindt plaats wanneer de anode in het bad wordt neergelaten. Tijdens het bakken komt een aanzienlijke hoeveelheid koolwaterstof vrij, wat een nadeel is van dit soort elektroden. De meeste moderne smelterijen gebruiken voorgebakken anoden omdat het proces gemakkelijker te controleren is en een iets betere energie-efficiëntie wordt bereikt, vergeleken met de Soderberg-anoden.