The formation and composition of the fluoride emissions from aluminum cells

Abstract

A survey of information in the literature regarding the total fluoride consumption per ton of aluminum produced in many plants, and the amount of fluorides retrieved from the anode gas is given. A quantitative calculation is presented for the fluoride emissions generated by vaporization from the melt, based on data for vapour pressures of sodium fluoride-aluminum fluoride melts with relevant additions. While vaporization is a significant source of fluoride emissions, other and equally important mechanisms must also contribute to the emission rates reported from the aluminum smelting industry.

Possible reactions between the moisture content of the feed and the molten fluorides are discussed. Water introduced with the feed may, in part, lead to hydrolysis reactions in the fluoride melt, and may also be partly reduced to hydrogen. Another source of hydrogen is the materials of the anode. Theoretical considerations as well as experimental evidence indicates that part of the hydrogen may be anodically oxidized to hydrogen fluoride which gives a significant contribution to the total fluoride emission rate. The reactions of water vapour with the fluoride-containing vapour from the melt will alter the chemical composition of the emissions but will not contribute to the emission rate.

Separate consideration is given to the fluoride emissions during the start of new cells and during anode effect.

The observed fluoride emission rates may be ascribed to three principal mechanisms: (1) Vaporization from the molten electrolyte; (2) primary generation of hydrogen fluoride in the cell; (3) the entrainment of liquid droplets and solid dust. Available evidence indicates that these three mechanisms are of about equal significance.

Résumé

Les auteurs font un relevé bibliographique de la consommation totale de fluorure par tonne d'aluminium produit dans de nombreuses usines et de la quantité de fluorures récupérés dans les gaze En se basant sur les pressions de vapeur de bains de fluorures de sodium et d'aluminium, les émissions de fluorures par vaporization du bain sont calculées quantitativement. Outre la vaporisation, d'autres mécanismes peuvent etre aussi importants dans l'émission de fluorures et contribuer au taux d'émission total de l'industrie de l'aluminiun.

Les réactions possibles entre l'humidité de l'alimentation et le fluorure fondu sont discutées: l'eau ainsi introduite peut, en partie, conduire à des réactions d'hydrolyse avec le fluorure et peut aussi être partiellement réduite en hydrogéne. L'anode est une autre source d'hydrogène. Des considérations théoriques et des faits expérimentaux indiquent qu'une partie de l'hydrogène peut être oxydée anodiquement en fluorure d'hydrogène et apporter ainsi une contribution importante à l'émission totale de fluorure. Si la réaction entre la vapeur d'eau et les vapeurs de fluorure du bain de fusion changera la composition des émissions, elle ne contribue pas au taux d'émission.

D'autres considérations sont apportées sur les émissions de fluorure pendant le démarrage de nouvelles cellules et pendant l'effet anodique.

Les taux d'emission de fluorure peuvent être imputables à 3 mécanismes principaux: (1) Vaporisation de l'électrolyte liquide; (2) Formation de fluorure d'hydrogène dans la cellule; (3) Entraînement de gouttelettes liquides et de poussières. Ces 3 mécanismes sont d'importance comparable.