L'oxyde d'aluminium pur (Al2O3) a un point de fusion d'environ 2 050°C. Ce point de fusion élevé rend difficile et gourmande en énergie la fonte de l’alumine pendant le processus d’électrolyse. En ajoutant de la cryolite (Na3AlF6) à l'alumine, le point de fusion du mélange est considérablement réduit. La cryolite fond à environ 1 000°C et, lorsqu'elle est mélangée à l'alumine, elle forme un électrolyte fondu avec un point de fusion autour de 950°C. Ce point de fusion plus bas permet une électrolyse plus efficace et économe en énergie.

2. Conductivité électrique améliorée :

L'alumine pure est un isolant électrique, ce qui signifie qu'elle ne conduit pas bien l'électricité. Pour permettre le processus d'électrolyse, qui implique le passage d'un courant électrique à travers l'électrolyte fondu, de la cryolite est ajoutée pour améliorer la conductivité électrique du mélange. La cryolite se dissocie en ions lorsqu’elle est dissoute dans le bain fondu, fournissant ainsi un milieu pour la circulation du courant électrique. La présence de ces ions facilite le mouvement des électrons lors de l'électrolyse, permettant la réduction des ions aluminium en aluminium métallique.

3. Dissolution de l'alumine :

La cryolite agit comme un solvant pour l'alumine. Lorsque la cryolite est fondue, elle dissout l’alumine, formant un mélange uniforme et homogène. Cette dissolution est cruciale pour le processus d'électrolyse car elle garantit que les ions aluminium sont répartis uniformément dans tout l'électrolyte, permettant une réduction efficace au niveau de la cathode. Sans cryolite, l'alumine resterait en suspension dans la masse fondue, ce qui entraverait l'électrolyse efficace de l'aluminium.

4. Perte de chaleur réduite :

La cryolite, en raison de son point de fusion plus bas, forme une couche fondue au-dessus du bain électrolytique. Cette couche agit comme une barrière protectrice, réduisant les pertes de chaleur du système. En minimisant les pertes de chaleur, l’efficacité énergétique du processus d’électrolyse est améliorée, ce qui entraîne une diminution des coûts de production.

5. Prévention de la formation de dioxyde de carbone :

Lors de l'électrolyse de l'alumine, il existe un risque de formation de dioxyde de carbone dû à la réaction entre le dioxyde de carbone atmosphérique et l'anode de carbone. Ce dioxyde de carbone peut réagir avec la cryolithe, entraînant la formation de gaz nocifs comme le tétrafluorure de carbone (CF4) et l'hexafluoroéthane (C2F6). Cependant, la présence de cryolite contribue à atténuer ce problème en réduisant la pression partielle de dioxyde de carbone dans la cellule électrolytique, minimisant ainsi la formation de ces sous-produits nocifs.

En résumé, mélanger de l'oxyde d'aluminium pur avec de la cryolite avant l'électrolyse est essentiel pour abaisser le point de fusion, améliorer la conductivité électrique, favoriser la dissolution de l'alumine, réduire les pertes de chaleur et minimiser la formation de gaz nocifs. En optimisant ces facteurs, le processus d'électrolyse devient plus efficace, durable et rentable, permettant la production d'aluminium de haute qualité.