FR2487386A1 - Procede et appareillage pour reguler de facon precise la cadence d'introduction et la teneur en alumine d'une cuve d'electrolyse ignee, et application a la production d'aluminium - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN PROCEDE ET UN APPAREILLAGE POUR LA REGULATION PRECISE DE LA CADENCE D'INTRODUCTION ET DE LA TENEUR EN ALUMINE D'UNE CUVE DESTINEE A LA PRODUCTION D'ALUMINIUM PAR ELECTROLYSE D'ALUMINE DISSOUTE DANS UN BAIN A BASE DE CRYOLITHE, DONT LA PARTIE SUPERIEURE FORME UNE CROUTE FIGEE, ET DONT LA TENEUR EN ALUMINE DOIT ETRE MAINTENUE DANS UN INTERVALLE ETROIT, CHOISI ENTRE 1 ET 3,5, PROCEDE SELON LEQUEL ON INTRODUIT L'ALUMINE DIRECTEMENT DANS LE BAIN DE CRYOLITHE FONDUE PAR AU MOINS UN ORIFICE MAINTENU OUVERT DANS LA CROUTE FIGEE ET ON MODULE LA CADENCE D'INTRODUCTION DE L'ALUMINE EN FONCTION DES VARIATIONS DE LA RESISTANCE INTERNE DE LA CUVE PENDANT DES INTERVALLES DE TEMPS PREDETERMINES, EN ALTERNANT DES CYCLES D'INTRODUCTION D'ALUMINE A CADENCE PLUS LENTE ET A CADENCE PLUS RAPIDE QUE LA CADENCE CORRESPONDANT A LA CONSOMMATION NORMALE DE LA CUVE.

Description

PROCEDE ET APPAREILLAGE POUR RECULER DE FACON

PRECISE LA CADENCE D'INTRODUCTION ET LA TENEUR EN ALUMINE

D'UNE CUVE D'ELECTROLYSE IGNEE, ET APPLICATION A LA PRODUCTION D'ALU1INIUM

La présente invention concerne un procédé et un appareillage pour réguler, de façon précise, la cadence d'introduction et la teneur en

alumine d'une cuve d'électrolyse ignée, et leur application à la pro-

duction d'aluminium selon le procédé Hall-Héroult.

Au cours des dernières années, on a progressivement automatisé le fonc-

tionnement des cuves de production d'aluminium, tant pour en améliorer le bilan énergétique et la régularité de marche, que pour limiter les

interventions humaines et améliorer le rendement de captage des ef-

fluents fluorés.

Un des facteurs essentiels, pour assurer la régularité de marche d'une cuve de production d'aluminium par électrolyse d'alumine dissoute dans la cryolithe fondue, est la cadence d'introduction de l'alumine dans le bain. Un défaut d'alumine provoque l'apparition de "l'effet anodique",

ou "emballage" qui se traduit par une 'augmentation brutale de la ten-

sion aux bornes de la cuve, qui peut passer de 4 à 30 ou 40 volts, et

qui se répercute sur l'ensemble de la série.

Un excès d'alumine crée un risque de salissure du fond de la cuve par des dépôts d'alumine pouvant se transformer en plaques dures isolant électriquement une partie de la cathode. Ceci induit dans le métal des

cuves la création de courants horizontaux très forts qui, par interac-

tion avec les champs magnétiques brassent la nappe de métal et provo-

quent une instabilité de l'interface bain-métal.

Ce défaut est particulièrement gênant lorsqu'on cherche à abaisser la température de fonctionnement de la cuve - ce qui est très favorable au rendement Faraday - en adoptant des bains très "acides" (à teneur

élevée en AlF3) ou comportant des additifs divers, tels que des chlo-

rures, des sels de lithium ou de magnésium. Mais, ces bains ont une

capacité et une vitesse de dissolution de l'alumine sensiblement ré-

duites, et leur utilisation inplique que l'on régule de façon très précise la teneur en alumine, à des concentrations relativement basses

et entre deux limites extrêmes relativement proches.

Bien qu'il soit possible de mesurer directement la teneur en alumine des bains par analyse d'échantillons d'électrolyte, on a choisi, depuis

de nombreuses années, de procéder à une évaluation indirecte des te-

neurs en alumine en suivant un paramètre électrique reflétant la con-

centration en alumine dudit électrolyte. Ce paramètre est généralement la variation de la résistance interne, ou, plus exactement, de la pseudorésistance interne qui est égale à R = e e étant une image de la force contre-électromotrice de la cuve dont on admet généralement que la valeur est de 1,65 volts, U la tension aux

bornes de la cuve et I l'intensité qui la traverse.

Par étalonnage, on peut tracer une courbe de variation de R en fonction de la teneur en alumine, et par mesure de R à une fréquence déterminée selon des méthodes actuellement bien connues, on peut connaître à tout

moment la concentration symbolisée par [A12031.

On a cherché, depuis de nombreuses années, à introduire l'alumine dans

le bain avec une certaine régularité de façon à maintenir sa concen-

tration relativement stable autour d'une valeur prédéterminée.

Les procédés d'alimentation automatique en alumine, asservis plus ou moins rigoureusement à sa concentration dans le bain, ont été décrits notamment dans les brevets suivants: brevet français 1 457 746 de REYNOLDS, dans lequel la variation de résistance interne de la cuve est utilisée comme paramètre reflétant la concentration en alumine, dont l'introduction dans le bain est effectuée par un distributeur combiné avec un moyen de perçage dans la croûte d'électrolyte figé; brevet français 1 506 463 de V.A.W., qui est basé sur la mesure du

temps qui s'écoule entre l'arrêt de l'alimentation en alumine et l'ap-

parition de l'effet anodique; brevet américain US 3 400 062 d'ALCOA, qui met en oeuvre une "anode pilote" pour obtenir une détection précoce de la tendance à l'emballement et régler la cadence d'introduction de

l'alumine, qui est distribuée à partir d'une trémie munie d'un dispo-

sitif de perçage de la croûâte d'électrolyte figé.

Le moyen d'alimentation en alumine est décrit de façon plus complète

dans le brevet US 3 681 229 de la nême société.

Plus récemment, des procédés de régulation basés sur le contrôle de la teneur en alumine ont été décrits en particulier dans la demande de brevet japonais 52-28417/77 de SHOWA DENKO, et dans le brevet des

Etats-Unis 4 126 525 de MITSUBISHI.

Dans le premier de ces brevets, la concentration en alumine est fixée dans l'intervalle de 2 à 8 %. On mesure la variation AI, en fonction du temps t, de la tension aux bornes de chaque cuve, on la compare avec une valeur prédéterminée et on modifie la cadence d'alimentation en alumine pour ramener le AV/T à la valeur standard. L'inconvénient de ce procédé est que sa sensibilité varie avec la teneur en alumine, qui est précisément minimale dans l'intervalle utilisé, de 3 à 5 %

d'A1203 (tableau page 84).

Dans le second de ces brevets, on fixe également la teneur en alumine dans la gamme de 2 à 8 % et, de préférence, 4 à 6 Z. On alimente la

cuve pendant un temps t1 prédéterminé avec une quantité d'alumine supé-

rieure à sa consommation théorique, jusqu'à l'obtention d'une concen-

tration en alumine prédéterminée (par exemple jusqu'à 7 %), puis on

commute l'alimentation sur une cadence égale à la consommation théori-

que pendant un temps t2 prédéterminé, puis on cesse l'alimentation jusqu'à apparition des premiers syptSmes d'effet d'anode ("emballage"),

et on reprend le cycle d'alimentation en cadence supérieure à la con-

sommation théorique.

Dans ce procédé, la concentration en alumine varie, au cours du cycle,

de 4,9 à 8 % (exemple 1) ou de 4,0 à 7 % (exemple 2).

Ces différents procédés manquent de précision et ne résolvent pas le problèneposé, qui est la régulation de la teneur en alumine entre des

limites étroites.

L'objet de l'invention est un procédé de régulation précise de la ca-

dence d'introduction et de la teneur en alumine d'une cuve destinée à la production d'aluminium par électrolyse d'alumine dans un bain à base de cryolithe fondue, dont la partie supérieure forme une croûâte figée,

procédé qui assure le maintien de la teneur en alumine dans un interval-

le étroit choisi entre 1 et 3,5 % et qui consiste à introduire l'alumine directement dans le bain de cryolithe fondue, en doses successives, de poids sensiblement constant et à des intervalles de temps variables, par au moins un orifice maintenu ouvert en permanence dans la croûte figée et à moduler la cadence d'introduction de l'alumine en fonction des variations de la pseudo-résistance interne de la cuve dans des intervalles de temps prédéterminés, en alternant des phases de sous - alimentation et de suralimentation en alumine par rapport à la cadence

correspondant à la consommation de la cuve.

Un autre objet de la même invention est un appareillage pour la mise en oeuvre du procédé de régulation précise de la teneur en alumine, comportant un moyen pour délivrer à chaque orifice des doses successives d'alumine de poids sensiblement constant, un moyen de mesure de la pseudorésistance interne, un moyen de calcul de la vitesse de variation de la résistance interne, des moyens pour faire varier la cadence d'introduction des doses d'alumine en fonction des variations de la

résistance interne et des moyens pour faire varier la distance anode-

cathode de la cuve.

Un autre objet de la même invention est l'application du procédé et de l'appareillage ci-dessus à la production d'aluminium par le procédé HallHéroult soit avec un électrolyte normal ou légèrement acide à base

de cryolithe pouvant contenir, en outre, de 5 à 13 % d'AlF3, et fonction-

nant aux environs de 955 à 9700 C, soit avec un électrolyte très acide, pouvant contenir de 13 à20 % d'AlF3 et fonctionnant auc environs de 930 à 9550 C, et pouvant également contenir du Lithium, sous forme de LiF, et fonctionnant à des températures pouvant descendre jusqu'à 910 C. La figure 1 représente la variation de la pseudo-résistance interne d'une cuve d'électrolyse en fonction de sa teneur en alumine, avec, en

paramètre, la distance anode-cathode "DAML".

La figure 2 représente la variation de la pseudo-résistance interne

d'une cuve d'électrolyse en fonction du temps et de la cadence d'intro-

duction d'alumine selon l'invention.

La figure 3 représente la variation de la pseudo-résistance interne

d'une cuve d'électrolyse en fonction du temps et de la cadence d'intro-

duction de l'alumine selon une variante de mise en oeuvre de l'invention.

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La figure 4 représente l'ensemble d'un doseur, de sa trémie d'alimen-

tation et d'un dispositif destiné à maintenir ouvert, en permanence,

l'orifice d'introduction de l'alumine.

La figure 5 représente le doseur permettant de délivrer des doses

d'alumine successives de poids sensiblement constant.

La figure 1 montre que la pseudo-résistance interne d'une cuve passe par un minimum quelque peu flou aux environs de 3,5-4 % et augmente rapidement du côté des faibles teneurs en alumine et beaucoup plus lentement du c8té des teneurs élevées. Pour avoir une bonne sensibilité, il y a donc intérêt à se placer du côté des faibles teneurs en alumine, sans toutefois descendre en-dessous de 1 %, valeur autour de laquelle la pseudo-résistance interne augmente très rapidement quand la teneur en alumine diminue, ce qui correspond à l'effet d'anode ou "emballage". Dans la suite, nous parlerons, pour simplifier, de résistance interne désignée par Ri pour désigner la

pseudo-résistance interne.

L'invention est basée sr l'utilisation de la partie de la courbe Ri = f [A1203I comprise entre des teneurs en alumine de 1 à 3,5 % environ, et sur la possibilité d'évaluer, à tout moment - et de

corriger - la teneur en alumine du bain de cryolithe et de la mainte-

nir entre des limites très étroites. Il en résulte, outre une très grande régularité de marche, la possibilité d'utiliser des bains d'électrolyse ayant une plus faible capacité d'absorption de l'alumine mais, en contrepartie, conduisant à une température de fonctionnement sensiblement abaissée et à un rendement de courant dit rendement

Faraday sensiblement augmenté.

Le procédé, objet de l'invention, qui consiste à moduler la cadence d'alimentation en fonction des variations de la résistance interne, comporte les stades successifs suivants (les stades identiques, dans

les différentes variantes, seront désignés par les nêmes lettres).

A - on fixe une valeur de consigne Ro pour la résistance interne Ri qui est, par exemple, de 13,9 pO pour une cuve moderne de

000 ampères à anodes précuites, et deux valeurs limites hau-

tes et basses entre lesquelles la résistance interne sera autorisée

à varier, Ro + r et Ro - r, par exemple 13,9 0,1 pn.

B - on commence un cycle de régulation au moment o Ri est comprise entre 13,8 et 14,0 pR. C - on alimente la cuve à une cadence dite lente (qui sera notée CL) inférieure de 15 à 50 % à la consommation normale correspondant au processus d'électrolyse, qui sera notée CN (sur une longue période de temps, CN est environ de l'ordre de 100 kg/h pour une cuve de 000 ampères). CL est déduit de CN par l'équation CL = C.CN o

a est un paramètre ajustable. La cuve va donc progressivement s'ap-

pauvrir en alumine, le point figuratif va remonter dans le sens de

la flèche CL, figure 1, et Ri va croître (figure 2).

D - on mesure les valeurs successives que prend la résistance interne à des intervalles de temps égaux tl, t2, t3, etc... par exemple toutes les 3 à 6 minutes. En pratique, on effectue un grand nombre de mesures dont on prend la moyenne de façon à écarter le risque

de valeurs aberrantes.

E - on détermine la pente pl de la courbe - en pratique assimilable à une droite - de variation de résistance interne en fonction du temps au cours du stade D. Si la pente pI est inférieure à une

2-5 valeur de consigne p'1, on donne un ordre de "serrage", c'est-à-

dire de diminution de la distance anode-cathode ou, plus exactement, de la distance anodes-métal (DAM) par descente du système anodique d'une valeur prédéterminée. Lorsque la résistance interne dépasse la valeur limite haute Ro + r (à t8 par exemple), on donne l'ordre

au dispositif d'alimentation de passer en cadence rapide (CR), su-

périeure de 20 à 100 % à la consommation normale CN, pendant-un -

temps T prédéterminé et qui peut être de l'ordre de 1/2 heure à 1 heure. CR est déduit de CN par l'équation CR = e.CN, o e est un

paramètre ajustable.

F - du fait de l'alimentation à cadence rapide, la teneur en alumine de la cuve va augmenter progressivement puisqu'on lui en fournit plus que l'électrolyse n'en consomme, le point figuratif va redescendre

dans le sens de la flèche CR, figure 1 et Ri va décroître. On me-

sure les valeurs successives que prend la résistance interne, à des intervalles de temps égaux, tg et t16, par exemple, toutes les

trois à six minutes.

G - à la fin du temps T, on arrgte l'alimentation en cadence rapide.

Puis, on calcule la pente P2 de la variation de résistance interne

en fonction du temps pendant le stade F et on effectue les opéra-

tions suivantes a) on compare pl et P2* Ils doivent être dans le rapport p- CN - CR pL CN - CL Si ce n'est pas le cas, on en déduit que CN est

mal centrée et on recalcule une nouvelle valeur CN1 selon l'é-

quation: CNI =P2 Pi (p est en JIQ/mn et CL, par exemple P2 P I en kg/mn)

CL CR

Ce calcul est normalement assuré par l'automate qui pilote la cuve et le recalage de CN est automatique, ces opérations étant effectuées par des appareillages connus de l'homme de l'art et qui ne font pas partie de l'invention b) si Ri est devenue inférieure à Ro - r ou si P2 est supérieure à une valeur de consigne P02, on donne un ordre de desserage, c'est-à-dire d'augmentation de la distance anode-cathode, d'une valeur prédéterminée

c) on passe l'alimentation en cadence lente, éventuellement modi-

fiée en fonction de la nouvelle valeur de CN1 de la cadence nor-

male, et on reprend ainsi un nouveau cycle, au stade C. Dans le procédé, le temps T (d'alimentation en cadence rapide) et la

cadence rapide CR sont ajustés de façon que la concentration de l'élec-

trolyte en alumine augmente de 0,5 à 1 % (en valeur absolue) et, de

préférence, de 0,5 à 0,6 %. On s'est donc déplacé sur une portion ré-

duite de la courbe Ri = f [A1203o que l'on peut, de ce fait, et sans

erreur appréciable, considérer conme linéaire dans l'intervalle.

Ce procédé assure donc une très grande précision de la teneur en alu-

mine et, par conséquent, une très grande régularité de marche de la cuve. Il peut être appliqué sous deux variantes, d'une mise en oeuvre plus

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simple; première variante: on effectue les stades de A à D, puis E1: lorsque la résistance interne Ri a franchi la valeur limite haute Ro + r, on donne à la cuve un ordre de "serrage" d'une valeur prédéterminée et on passe en cadence d'alimentation rapide CR pour un temps prédéterminé T. F: du fait de l'alimentation à cadence rapide, la teneur en alumine de la cuve va augmenter progressivement, puisqu'on lui en fournit

plus que l'électrolyse n'en consomme, le point figuratif va re-

descendre dais le sens de la flèche CR, figure 1 et Ri va dé-

croître.

On mesure les valeurs successives que prend la résistance interne, à des intervalles de temps égaux, t9 à t16, par exemple toutes les

trois à six minutes.

Gi: lorsque le temps T est écoulé, on repasse en cadence lente. Si à

la fin du temps T, on a Ri < Ro - r, on donne un ordre de desser-

rage proportionnel à la différence (Ro - r) - Ri, de façon à reca-

ler le départ du cycle avec Ri sensiblement égal à Ro - r.

Dans cette variante, on ne calcule plus les pentes pl et P2, et on ne dispose plus, de ce fait, de l'information "cadence normale corrigée

CN11'.

Une deuxième variante consiste à effectuer les stades A et E tels qu'on vient de les décrire, et à continuer de la façon suivante: E2 lorsque la résistance interne Ri a franchi la vàleur limite haute Ro + r, on donne à la cuve un ordre de "serrage" d'une valeur

prédéterminée. Si ce serrage amène la valeur suivante de Ri en-

dessous de Ro + r, on continue à alimenter en cadence lente jus-

qu'à ce que Ri repasse au-dessus de Ro + r. On donne alors un nou-

vel ordre de "serrage". Si le premier ordre de serrage n'a pas permis à la valeur suivante Ri de repasser en-dessous de Ro + r,

on donne un deuxième, et éventuellement, d'autres ordres de ser-

rage, mais on a fixé, a priori, et introduit dans l'automatisme, le nombre maximal N d'ordres successifs au-delà duquel on repasse en cadence d'alimentation rapide. Ce nombre N peut être 1, 2, 3, 4 ou 5. (Si N est égal à 0, on est ramené au cas précédent, stade

El). On passe alors en cadence rapide CR pendant un temps T pré-

déterminé. F du fait de l'alimentation en cadence rapide, la teneur en alumine de la cuve va augmenter progressivement, puisqu'on lui en fournit

plus que l'électrolyse n'en consomme, le point figuratif va redes-

cendre dans le sens de la flèche CR, figure 1, et Ri va décroître.

G]-: lorsque le temps T est écoulé, on repasse en cadence lente CL. Si, à la fin du temps T, on a Ri < Ro - r, on donne un ordre de des- serrage proportionnel à la différence (Ro - r) - Ri, de façon à

recaler le départ du cycle avec Ri sensiblement égale à Ro - r.

L'appareillage pour la mise en oeuvre de l'invention comporte, tout d'abord, un moyen pour délivrer, à chaque orifice d'introduction ménagé dans la croûte d'électrolyte figé, des doses successives d'alumine de

poids sensiblement constant, combiné à un moyen de stockage de l'aluni-

ne situé, de préférence, à proximité de la cuve et que l'on peut réali-

menter périodiquement à partir d'un stockage central.

Les figures 4 et 5 représentent un dispositif d'alimentation en alumine

selon l'invention.

L'alumine est stockée dans la trémie (1) placée dans la superstructure

de la cuve. Sa capacité peut correspondre, par exemple, à un ou plu-

sieurs jours de marche, et elle est réalimentée elle-m9me à partir d'un stockage centralisé, par tous moyens connus (transports pneumatiques,

fluidisés, etc...).

Le distributeur (2) et l'outil de perçage (3) sont placés à l'intérieur

même de la trémie et fixés sur une plaque (4) qui en constitue le fond.

Le distributeur comporte essentiellement un doseur (5) et un distribu-

teur (6) qui introduit l'alumine dans l'orifice (7) pratiqué et entre-

tenu dans la croûte figée (8) à la surface de l'électrolyte (9).

Le doseur comporte un corps tubulaire (10) dans lequel coulisse une tige (11) actionnée par le vérin (12). Cette tige est munie de deux

obturateurs coniques (13) (13') qui coopèrent avec deux portées coni-

ques (14) (14') sur lesquelles ils peuvent alternativement venir en

appui de façon sensiblement étanche.

Le corps tubulaire (10) et le corps supérieur (15) sont réunies coaxia-

lement par une pluralité de nervures (16), laissant entre elles de lar-

ges espaces entre lesquels l'alumine s'écoule spontanément par gravité lorsque l'obturateur (13) est en position haute, de façon à remplir le

corps tubulaire dont la capacité correspond à une dose unitaire d'alu-

mine. Sous l'action du vérin, la tige centrale (11)amàène l'oburateur (13) en position basse, sur la portée (14) tandis que l'obturateur (13') quitte sa portée (14') et permet ainsi à la dose d'alumine de s'écouler par l'intermédiaire de la goulotte de distribution (6) directement dans

l'orifice (7).

L'outil de perçage (3) est également disposé dans un corps tubulaire (17) placé à l'intérieur de la trémie. Il comporte un vérin (18) dont

la tige (19) est munie, à son extrémité, d'une pointerolle (20) facile-

ment interchangeable, d'un moyen de raclage (21) qui permet d'éliminer, lors de la remontée de la pointerolle, les croûtes d'électrolyte qui

auraient pu y adhérer.

- Les commandes des vérins (12) et (18), non représentées, sont reportées

à l'extérieur de la trémie de façon connue.

Pour éviter que la pointerolle (20) ne plonge inutilement dans le bain, on peut la munir d'un moyen de détection du niveau de l'électrolyte,

tel qu'un contact électrique, qui donne au vérin (18) l'ordre de remon-

ter dès que la croiûte a été brisée et que l'extrémité de la pointerolle

est venue au contact de l'électrolyte fondu.

La capacité du doseur est fixée en fonction de la puissance de la cuve et du nombre de points d'alimentation. Une cuve donnée peut comporter un ou plusieurs ensembles doseurs-distributeurs-piqueurs, répartis par

exemple entre les deux lignes d'anodes.

Bien entendu, ce type de doseur n'est donné qu'à titre d'exemple, et tout autre moyen équivalent pour introduire l'alumine directement dans l'électrolyte liquide, par un orifice maintenu ouvert, entre dans le

champ de l'invention.

On peut également prévoir, à proximité immédiate de l'orifice pratiqué et entretenu dans la croûite, un moyen de captage des effluents gazeux

qui s'en dégagent.

La'mesure de la pseudo-résistance interne peut s'effectuer par diffg-

rents moyens connus de l'homme de l'art. La plus simple consiste à mesure l'intensité I, la tension U aux bornes de la cuve et à effectuer l'opération:

U - 1,65

Les informations recueillies et traitées sont finalement utilisées pour

assurer le cadencement des doses successives d'alumine.

Si, par exemple, la cadence normale CN est de 100 kg à l'heure, répartis entre quatre orifices d'introduction et que chaque dose d'alumine soit de 1 kg, CN correspond à une dose toutes les 110 secondes et

CL = CN - 30 % à une dose toutes les 205 secondes.

Ces calculs et les déclenchements d'ordres au distributeur-doseur sont assurés, de façon connue, par des automates programmables, équipés de

micro-processeurs.

Il est particulièrement avantageux de munir le dispositif destiné à maintenir ouvert l'orifice d'introduction d'un détecteur de bouchage dudit orifice, de telle sorte que, dans l'attente d'un débouchage manuel

ou automatique, les distributeurs-doseurs alimentant les autres orifi-

ces restés ouverts reçoivent des ordres d'augmentation de cadence pour

que la quantité totale d'alumine introduite dans la cuve reste cons-

tante. Le procédé et l'appareillage qui viennent d'gtre décrits s'appliquent

aux séries de cuves destinées à la production d'aluminium par électro-

lyse d'alumine dissoute dans des bains à base de cryolithe fondue et, tout particulièrement, au cas o le bain comporte:

- soit de 5 à 13 % d'AlF3, avec une température de fonctionnement com-

prise entre 955 et 9700 C.

- soit de 13 à 20 % d'AlF3 (bains dits "très acides") avec une tempéra-

ture de fonctionnement de l'ordre de 930 à 9550 C, ces bains pouvant contenir, en outre, jusqu'à 1 % de lithium sous forme de fluorute de lithium avec, dans ce dernier cas, une température de fonctionnement pouvant descendre jusqu'à 910 C. On-peut également envisager d'autres additifs tels que halogénures de magnésium à une concentration pouvant aller jusqu'à 2 % de magnésium

ou des chlorures alcalins ou alcalino-terreux à une concentration pou-

vant aller jusqu'à l'équivalent de 3 % de Cl.

Ces bains ont unecapacité d'absorption et de dissolution d'alumine relativement faible et ils sont, de ce fait, bien adaptés à la mise en oeuvre du procédé, objet de l'invention, qui assure un apport régulier d'alumine. Ils ont l'avantage d'assurer un rendement Faraday nettement supérieur aux bains classiques fonctionnant à 960-970 C. Exemple d'application

On a fait fonctionner pendant plusieurs mois une série de cuves à ano-

des précuites, alimentées sous 180 000 ampères, en assurant la régula-

tion de la teneur en alumine, selon l'invention, autour d'une valeur centrale de 2,9 % et des variantes extrêmes de 3,5 à 2,1 %. Le bain contenait 13 % d'AlF3 et la température était voisine de 9500 C. On a obtenu un rendement Faraday moyen de 93,5 % (au lieu de 92 % moyens

avec un bain à 8 % d'AlF3 et 6 à 9 Z A1203, à 960 C).

Puis, on a abaissé la teneur en alumine à une valeur centrale de 2,3 % avec des variations extrêmes de 1,6 et 2,9 %. Le bain contenait 14 % d'AlF3 et 2 % de LiF, et la température était voisine de 935 C. On a

obtenu un rendement Faraday moyen de 95 %.

On peut, en outre, tenir pour certain que l'abaissement de la tempéra-

ture, permis par la mise en oeuvre de l'invention, augmentera de façon

sensible la durée de vie des cuves d'électrolyse.

Parmi les autres avantages que procure la mise en oeuvre de l'invention, on peut indiquer la suppression des accumulations de boues sur le fond

des cuves, et la réduction du nombre moyen d'emballage, sur chaque cu-

ve, à moins de un par vingt quatre heures.

Claims (5)

REVENDICATIONS le/ Procédé de régulation précise de la cadence d'introduction et de la teneur en alumine d'une cuve destinée à la production d'aluminium par électrolyse d'alumine dissoute dans un bain à base de cryolithe, dont la partie supérieure forme une croûte figée, et dont la teneur en alumine doit être maintenue dans un intervalle étroit, entre I % et 3,5 %, caractérisé en ce que l'on introduit l'alumine directement dans le bain de cryolithe fondue par au moins un orifice maintenu ouvert dans la croûâte figée et en ce que l'on module la cadence d'introduc- tion de l'alumine en fonction des variations de la résistance interne de la cuve pendant des intervalles de temps prédéterminés, en alternant des cycles d'introduction d'alumine à cadence plus lente et à cadence plus rapide que la cadence correspondant à la consommation de la cuve.
1. 2 / Procédé de régulation selon la revendication 1, caractérisé en ce

   que l'on module la cadence d'introduction de l'alumine en l'introdui-

   sant en doses successives, de poids sensiblement constant, à des inter-

   valles de temps variables.

   / Procédé de régulation selon la revendication 1, caractérisé en ce que la cadence-d'introduction de l'alumine en fonction des variations

   de la résistance interne est déterminée par la succession des opéra-

   tions suivantes, effectuées selon un cycle répétitif: A - on fixe une valeur de consigne Ro pour la résistance Ri et deux valeurs limites haute Ro + r et basse Ro - r entre lesquelles la résistance interne pourra varier; B - on commence un cycle de régulation au moment o Ri est comprise entre Ro - r et Ro + r C - on alimente la cuve à une cadence lente CL inférieure de 15 à 50 % à sa consommation normale CN en alumine; D - on meusre les valeurs successives que prend la résistance interne, qui augmente à des intervalles de temps égaux; E - on détermine la pente pl de variation de Ri au cours du stade D on compare pl à une valeur de consigne pal et, si on trouve

   Pi < p l, on donne un ordre de serrage d'une valeur prédéterminée.

   Dès que la résistance interne Ri dépasse Ro + r, on alimente la

   cuve à une cadence rapide CR supérieure de 20 à 100 % à sa consom-

   mation normale CN, pendant un temps T prédéterminé.

   F - on mesure les valeurs successives que prend la résistance interne qui diminue, à des intervalles de temps égaux; G - à la fin du temps T, on arrête l'alimentation à cadence rapide CR,

   on calcule la pente P2 de variation de la résistance interne pen-

   dant le stade F et on compare pl et P2* Si L2= -CN CR: on ne mo- pi CN CL. onm difie pas les cadences CL et CR; si P2 + CN -: on recalcule une nouvelle cadence normale CN

   PI CN - CL

   selon la formule CN1 P2 - Pl P2 Pl

   CL CR

   et on prend la nouvelle valeur CNI comme base de calcul pour les cadences lente et rapide des cycles suivants, puis on compare Ri et Ro - r et P2 et pl. Si l'on a Ri < Ro - r ou P2 > P02, valeur de consigne prédéterminée, on donne un ordre de desserrage d'une valeur prédéterminée; et, finalement, on passe l'alimentation à

   cadence lente CL, éventuellement modifiée en fonction de la nou-

   velle valeur CN1, de la cadence normale et on commence un nouveau cycle au stade C. 4 / Procédé de régulation selon la revendication 3, caractérisé en ce que au stade E, lorsque la résistance interne Ri de la cuve a dépassé la valeur limite haute Ro + r, on effectue les opérations suivantes: El lorsque la résistance interne Ri a franchi la valeur limite haute

   25. Ro + r, on donne à la cuve un ordre de serrage d'une valeur pré-

   déterminée et on passe en cadence d'alimentation rapide CR pour un temps prédéterminé F on mesure les valeurs successives que prend la résistance interne qui diminue, à des intervalles de temps égaux, G: lorsque le temps T s'est écoulé, on repasse en cadence lente. Si,

   à la fin du temps T on a Ri < Ro - r, on donne un ordre de desser-

   rage proportionnel à (Ro - r) - Ri.

   / Procédé de régulation selon la revendication 3, caractérisé en ce que, au stade E. lorsque la résistance interne de la cuve a dépassé la valeur limite haute Ro + r, on effectue les opérations suivantes E2: on donne un premier ordre de serrage d'une valeur prédéterminée et

   on mesure à nouveau la résistance interne Ri. Si elle est tou-

   jours supérieure à Ro + r, on donne un deuxième ordre de serrage

   et ainsi de suite, jusqu'à ce que la résistance interne soit re-

   descendue en-dessous de Ro + r

   quand le nombre d'ordres de serrage successifs a dépassé une va-

   leur N prédéterminée, généralement comprise entre I et 5, sans que la résistance interne soit descendue en-dessous de Ro + r, on passe en cadence rapide CR pendant un temps T prédéterminé; F: on mesure les valeurs successives que prend la résistance interne qui diminue, à des intervalles de temps égaux; G,: lorsque le temps T est écoulé, on repasse en cadence lente CL. Si,

   à la fin du temps T, on a Ri < Ro - r, on donne un ordre de des-

   serrage proportionnel à la différence (Ro - r) - Ri et on commence un nouveau cycle au stade C. / Procédé de régulation selon l'une à 5, caractérisé en ce que la cadence

   % à la cadence normale CN.

   / Procédé de régulation selon l'une à 6, caractérisé en ce que la cadence

   à 100 % à la cadence normale CN.

   quelconque des revendications I

   lente CL est inférieure de 15 à

   quelconque des revendications I

   rapide CR est supérieure de 20
2. 8 / Procédé de régulation selon l'une quelconque des revendications 1

   à 7, caractérisé en ce que l'on maintient ouvert chaque orifice d'in-

   troduction d'alumine au moyen d'un plongeur animé d'un mouvement alter-

   natif, sensiblement vertical, qui est actionné dans l'intervalle de

   temps séparant les introductions de doses d'alumine.
3. 9 / Procédé de régulation selon revendication 8, caractérisé en ce que

   l'on détecte l'obturation éventuelle de l'un des orifices d'introduc-

   tion et que l'on cesse tout apport d'alumine à ce point, et que l'on augmente, proportionnellement, l'apport d'alumine aux autres orifices

   jusqu'au débouchage de l'orifice obturé.

   / Procédé de régulation selon l'une quelconque des revendications I

   à 7, caractérisé en ce que l'on ajoute au bain de cryolithe fondue au moins l'un des additifs suivants: - fluorure d'aluminium de 5 à 20 % sels de lithium en concentration inférieure ou égale à I % exprimée en Li

   - 2487386

   - sels de magnésium en concentration inférieure ou égale à 2 % exprimée en Mg - chlorure alcalin ou alcalino-terreux en concentration inférieure ou égale à 3 % exprimée en CI

   / Procédé de régulation selon l'une quelconque des revendications 1

   à 10, caractérisé en ce que la température de l'électrolyte est réglée entre 910 et 9550 C.
4. 12/ Appareillage pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quel-

   conque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'il comporte un

   moyen pour maintenir ouvert chaque orifice de chargement, un moyen pour délivrer à chaque orifice des doses successives d'alumine de poids sensiblement constant, un moyen de mesure de la pseudo-résistance interne, un moyen de calcul de la vitesse de variation de la résistance intene, des moyens pour faire varier la cadence d'introduction des doses d'alumine en fonction des variations de la résistance interne et

   des moyens pour faire varier la distance anode-cathode de la cuve.
5. 130/ Appareillage selon revendication 12, caractérisé en ce qu'il com-

   porte, en outre, un moyen pour détecter l'obturation éventuelle d'un

   orifice d'introduction, un moyen pour interrompre l'alimentation à l'o-

   rifice obturé et un moyen pour accélérer proportionnellement la cadence d'alimentation aux autres orifices jusqu'au débouchage de l'orifice

   obturé.

   / Appareillage selon revendication 12 ou 13, caractérisé en ce qu'il

   comporte, en outre, un moyen de captage des effluents, situé à proximi-

   té immédiate de chaque orifice.

   / Appareillage selon l'une quelconque des revendications 12 à 14,

   caractérisé en ce que le moyen pour délivrer des doses successives d'alumine de poids sensiblement constant, comporte un corps tubulaire cylindrique d'axe sensiblement vertical, de capacité prédéterminée, une tige disposée selon l'axe du corps portant, à ses extrémités, deux obturateurs coopérant avec deux portées sur les extrémités inférieure

   et supérieure du corps tubulaire, la distance entre les deux obtura-

   teurs étant supérieure à la longueur du corps tubulaire, ladite tige étant reliée à un moyen contrôlé de déplacement axial vers le haut et

   2 4 8 7 3 8 6

   vers le bas qui amène, alternativement, l'obturateur inférieur, puis l'obturateur supérieur en contact avec la portée inférieure et avec la portée supérieure, la partie supérieure du corps tubulaire étant en communication avec un réservoir d'alumine, et la partie supérieure du corps tubulaire étant reliée à un couloir d'écoulement de l'alumine

   vers l'orifice de la croûte d'électrolyse.

   / Application du procédé et de l'appareillage selon l'une quelconque

   des revendications I à 15 à la production d'aluminium par électrolyse

   d'alumine dissoute dans un bain à base de cryolithe fondue, dans lequel la teneur en alumine doit 9tre maintenue dans un intervalle étroit choisi entre I et 3,5 % avec des variations n'excédant pas + 0,5 % par rapport à la valeur centrale, le bain de cryolithe étant additionné

   de 5 à 20 % d'AlF3 et, éventuellement, jusqu'à 1 % de lithium sous for-

   me de LiF, des halogénures de magnésium à une concentration pouvant al-

   ler jusqu'à 2 % de magnésium ou des chlorures alcalins ou alcalino-

   terreux à une concentration pouvant aller jusqu'à l'équivalent de 3 %

   de Cl.