Глинозем должен быстро растворяться в электролите, медленное его растворение способствует образованию осадка на подине. Все добавки понижают скорость растворения глинозема, так как снижают температуру плавления расплава. Растворимость Al₂O₃ в криолите составляет » 20 % (по массе), но присутствие в электролите избытка AlF₃, добавок CaF₂ и MgF₂ снижает растворимость глинозема до 8 – 10 %. Поэтому, чтобы весь загружаемый глинозём растворялся, а не оседал на подину, нужно, чтобы его количество не превышало величину, зависящую от объема электролита, его состава и температуры процесса.

Плотность электролита

Плотности алюминия и электролита зависят от температуры. В твердом состоянии плотность составляет, г/см³:

Al 2,7;  криолит 2,95; глинозём 3,9

При расплавлении компонентов электролита их плотность уменьшается не одинаково: плотность алюминия с повышением температуры понижается медленнее, чем плотность криолита. При 960 °С плотность промышленного электролита (с 5 % Al₂O₃) составляет 2,1 г/см³, а жидкого Al – 2,303 г/см³. Таким образом, при температуре электролиза алюминий тяжелее и находится на подине электролизера под слоем электролита, что предохраняет его от окисления воздухом. Но температурный коэффициент плотности алюминия в 3-4 раза меньше, чем электролита. При понижении температуры электролит охлаждается быстрее, происходит его частичная кристаллизация и суммарная плотность жидкой и твердой частей расплава становится больше, чем у алюминия. Металл при этом всплывает на поверхность электролита, что приводит к негативным последствиям. 

Реально разность плотностей металла и электролита определяется только плотностью криолитового расплава. Эта разность должна превышать 0,2 г/см³, чтобы препятствовать смешению и поддерживать хорошее разделение металла от электролита. В расплаве наибольшая плотность у криолита. Добавки NaF и AlF₃ уменьшают плотность расплава

    r г/см³

                              NaF   Na₃AlF₆             AlF₃

                          Рисунок 2.3 – График зависимости плотности расплава от его состава

Добавки CaF₂ и MgF₂ увеличивают плотность расплава, сближая удельные веса электролита и металла. Поэтому допускается наличие CaF₂+MgF₂ не более 8 % в электролите.

Плотность электролита желательно снижать по следующим причинам:

- предотвращается смешивание металла и электролита,

- увеличивается скорость осаждения капель алюминия на катоде,

- снижается достижение подошвы анода мелкими каплями алюминия с последующим их окислением;

- снижается амплитуда волн, возникающих при перемешивании металла электромагнитными силами и силами давления, и, как следствие, увеличивается выход по току.