L'ossido di alluminio puro (Al2O3) ha un punto di fusione di circa 2.050°C. Questo elevato punto di fusione rende difficile e dispendiosa in termini energetici la fusione dell'allumina durante il processo di elettrolisi. Aggiungendo criolite (Na3AlF6) all'allumina, il punto di fusione della miscela viene significativamente ridotto. La criolite fonde a circa 1.000°C e, se miscelata con l'allumina, forma un elettrolita fuso con un punto di fusione intorno ai 950°C. Questo punto di fusione più basso consente un'elettrolisi più efficiente e con risparmio energetico.

2. Conduttività elettrica migliorata:

L'allumina pura è un isolante elettrico, il che significa che non conduce bene l'elettricità. Per consentire il processo di elettrolisi, che prevede il passaggio di una corrente elettrica attraverso l'elettrolita fuso, viene aggiunta la criolite per migliorare la conduttività elettrica della miscela. La criolite si dissocia in ioni quando disciolta nel bagno fuso, fornendo un mezzo per il flusso di corrente elettrica. La presenza di questi ioni facilita il movimento degli elettroni durante l'elettrolisi, consentendo la riduzione degli ioni alluminio ad alluminio metallico.

3. Dissoluzione dell'allumina:

La criolite agisce come solvente per l'allumina. Quando la criolite è fusa, scioglie l'allumina, formando una miscela uniforme ed omogenea. Questa dissoluzione è fondamentale per il processo di elettrolisi perché garantisce che gli ioni di alluminio siano distribuiti uniformemente in tutto l'elettrolita, consentendo un'efficace riduzione al catodo. Senza la criolite, l’allumina rimarrebbe sospesa nella massa fusa, ostacolando l’efficace elettrolisi dell’alluminio.

4. Perdita di calore ridotta:

La criolite, a causa del suo punto di fusione più basso, forma uno strato fuso sopra il bagno elettrolitico. Questo strato funge da barriera protettiva, riducendo la perdita di calore dal sistema. Riducendo al minimo la perdita di calore, l'efficienza energetica del processo di elettrolisi viene migliorata, con conseguente riduzione dei costi di produzione.

5. Prevenzione della formazione di anidride carbonica:

Durante l'elettrolisi dell'allumina esiste il rischio di formazione di anidride carbonica a causa della reazione tra l'anidride carbonica atmosferica e l'anodo di carbonio. Questa anidride carbonica può reagire con la criolite, provocando la formazione di gas nocivi come il tetrafluoruro di carbonio (CF4) e l'esafluoroetano (C2F6). Tuttavia, la presenza di criolite aiuta a mitigare questo problema riducendo la pressione parziale dell’anidride carbonica nella cella elettrolitica, minimizzando così la formazione di questi sottoprodotti dannosi.

In sintesi, la miscelazione dell'ossido di alluminio puro con la criolite prima dell'elettrolisi è essenziale per abbassare il punto di fusione, migliorare la conduttività elettrica, favorire la dissoluzione dell'allumina, ridurre la perdita di calore e minimizzare la formazione di gas nocivi. Ottimizzando questi fattori, il processo di elettrolisi diventa più efficiente, sostenibile ed economico, consentendo la produzione di alluminio di alta qualità.