Alumina Dissolution in Cryolite Melts: Effects of Secondary Alumina Properties on Dissolution and Raft Formation

I Hall-Héroult prosessen som brukes til å produsere primær alumina, er oppløsning av råmaterialet alumina en av de viktigste delene av selve produksjonsprosessen. Et fenomen som ikke er fullt forstått enda innen oppløsning av alumina er formasjonen av agglomerater, også kjent som flåter, som oppstår når alumina tilsettes elektrolytten. Det er viktig at alumina blir nøyaktig levert og fordelt i elektrolytten med rask oppløsning, uten formasjon av flåter, for å opprettholde en stabil og effektiv produksjonsprosess, redusere utslipp, samt gjøre prosessen mer økonomisk. Hovedmålet med denne oppgaven er å undersøke hvordan de fysiske og kjemiske egenskapene til alumina påvirker formasjonen og oppløsningen av flåter som en funksjon av tid, samt endringer i flåtestruktur. Eksperimentene er utført i en laboratorieovn hvor målet er å utvikle en reproduserbar metode for prøveuttakning av alumina flåter samt legge til rette for observasjoner av flåte oppførsel og oppløsningsprosessen i ovnen ved bruk av videoopptak. Alumina tilsettes en elektrolytt som holder 970 ̊C hvor flåtene som formes på overflaten hentes ut etter 60 og 180 sekunder og veies for å utlede oppløsningsraten. Tre forskjellige typer sekundæralumina fra industrien ble benyttet i den tilstanden de ble mottatt, hvorav alle de tre typene ble siktet til en fraksjon med alumina finstoff med partikler < 45 µm. Eksperimentene viser at bulk alumina fordeles godt utover elektrolyttoverflaten og danner plateformede flåter som oppløses med en rate på mellom 0.42-1.57 g/min. I kontrast, så fordelte alumina flåtene fra finfraksjonen seg dårligere og dannet flåter med pellet-form som oppløste seg i en rate på mellom 0.06-1.15 g/min. Videoopptakene viste at flåtene fra bulk alumina løste seg opp med en relativt rask rate initialt og oppløses opp fullstendig på overflaten til elektrolytten som en flåte eller ved å brytes opp i subflåter som synker i smelten. De mindre pellet-formede flåtene fra finfraksjonen viste seg å løse seg opp saktere mens de holdt seg flytende i elektrolyttoverflaten. Et utvalg av flåter ble sendt til skanning ved bruk av røntgendatatomografi for å kvalitativt undersøke flåtenes struktur og bestemme tetthet, porøsitet og porestørrelsesdistribusjon. Flåtene hentet ut fra bulken etter 60 s hadde en gjennomsnittlig porøsitet på 19.1 % mens flåtene hentet ut etter 180s hadde en porøsitet på 11.9 %, for finstoff ble porøsiteten målt til 9.6 % etter 60 s og 9.1 % etter 180 s. Det ble funnet ut at partikkelstørrelsesdistribusjon hadde størst påvirkning på flåte utseende, oppløsningsrate, porøsitet og struktur