Brevet FR2002506A1 — publié le 19691017

' 200250è 69 04507 On extrait l'aluminium métallique de composés contenant de 1'aluminium, tels que l'alumine ( Al^O^) par des procédés d'électrolyse . Dans la production d'aluminium par le procédé d'électrolyse classique, connu sous le nom de procédé Hall-Hé-5 rouit, la cellule d'électrolyse comprend, en général, une coquille d'acier dans laquelle est disposé un garnissage de carbone. Le fond de ce garnissage constitue, conjointement avec une couche d'aluminium en fusion qui s'y accumule pendant le fonctionnement, la cathode de la cellule d'électrolyse. Une ou plusieurs élec-10 trodes de carbone consumables sont disposées au-dessus de la cellule de façon que leur extrémité inférieure trempe dans l'électro-lyte en fusion contenu dans la cellule . En fonctionnement, l'é-lectrolyte ou le bain qui est un mélange d'alumine et de cryoilite, est contenu dans la cellule et on fait passer un courant électxû-15 que à travers celle-ci, de l'anode à la cathode, à travers la couche d'électrolyte en fusion . Ce courant dissocie l'alumine, de sorte que de l'aluminium métallique se dépose sur la cathode d'aluminium liquide,.tandis que de l'oxygène est libéré aux anodes de carbone, et se combine pour former du monoxyde ou du bio-20 xyde de carbone. Une croûte solide d'électrolyte et d'alumine se forme à la surface du bain et on couvre généralement cette croûte avec de l'alumine fraîche . Dans le procédé d'électrolyte classique, on utilise deux sortes de cellules, notamment, la cellule dite " à pré-cuisson" 25 et celle couramment appelée " cellule Soderberg ". Quel que soit le type de la cellule utilisée, le processus de réduction fait intervenir exactement les mêmes réactions chimiques. La principale différence est une différence de structure . En effet, dans la cellule à pré-cuisson, les anodes de carbone ont subi nrs "pré-50 cuisson " avant d'être montées, tandis que dans la cellule Soderberg, ou cellule à cuisson anodique automatique, la cuisson des anodes s'effectue sur place, c'est-à-dire, pendant la fonctionnement de la cellule, utilisant ainsi une partie de la chaleur dégagée par le processus de réduction. La présente inven-35 tion s'applique à ces deux types de cellules. Le bain d'électrolyse généralement utilisé dans les installations industrielles de fabrication de l'aluminium peut avoir la composition suivante : 69 04507 -2- 2002506 1 à 10% d1 alumine, 0 à 10% de trifluorure d'alumine 5 à 12% de fluorure de calcium; et 80 à 90% de cryolite. 5 Pendant 1'électrolyse, la quantité d'alumine consom mée est directement proportionnelle à la quantité de métal produite . Quand la concentration de l'alumine diminue dans l1électrolyte, on atteint un point où se produit un phénomène gênant connu sous le nom de " effet d'anode " ou d' effet anodique " . Pendant 10 l'effet anodique, la chute de tension aux bornes de la cellule peut augmenter, par exemple peut s'élever d'environ 4 volts jusqu'à 40 volts et plus . Ce phénomène est généralement attribué à line trop faible concentration d'alumine dans le bain d'électrolyse . La concentration réelle d'alumine à laquelle ce phénomène 15 se produit semble liée à la température, à la composition de 1'électrolyte, à l'espacement entre l'anode et la cathode et à la densité du courant anodique . L'apparition de l'effet anodique est un signal indiquant qu'il convient d'ajouter de l'alumine. Pour ce faire, le surveillant casse la croûte solide qui s'est 20 formée à la surface du bain après l'avoir couverte auparavant d'une couche d'alumine . L'addition de l'alumine, jointe à un brassage vigoureux de 1'électrolyte, font disparaître l'effet anodique, après quoi 1*électrolyse se poursuit normalement jusqu'à ce qu'apparaisse l'effet anodique suivant . 25 L'effet anodique présente plusieurs inconvénients, de sorte que la réduction ou l'élimination de cet effet est très souhaitable .En effet, pendant l'effet anodique, la température de la cellule devient rapidement excessive et ce surchauffement se traduit par une consommation très rapide de l'anode et par 30 une consommation excessive de 1'électrolyte par volatilisation, avec pour résultat une diminution de rendement . Un autre très grave inconvénient de l'effet anodique est une grande consommation inutile d'énergie . Une importante approche à la solution du problème de 35 la détection de la naissance de l'effet anodique est exposée dans un article de ivicMahon T.K. et Dirth, O.P. intitulé "Computer Control of Aluminium Séduction Cells " paru dans le Journal of Metals, vol.18, N° 3 pages 317-319, mars 1966 . La solution décri 69 04507 -3- 20Ô250è te dans cet article consiste à mesurer la chute de tension totale aux bornes de la cellule, entre la barre collectrice d'une première cellule et celle de la suivante, et à noter l'instant où cette tension commence à s'élever rapidement . Ceci indique le 5 commencement d'un effet anodique et permet de déclencher la procédure nécessaire pour interrompre celui-ci et, éventuellement, pour l'empêcher d'apparaître. Théoriquement, cette procédure est utile pour éviter les effets anodiques, mais du fait que la résistance totale de la 10 cellule, telle qu'elle ressort de la mesure de la chute de tension totale à ses bornes, ne change que très peu jusqu'à la survenue de l'effet anodique, la concentration exacte d'alumine dans 1»électrolyte, ne peut pas être déterminée à tout instant, par ce procédé . On considère qu'il est souhaitable de maintenir une 15 concentration d'alumine constante dans la cellule pour obtenir un fonctionnement constant de celle-ci . Pour maintenir une concentration d'alumine sensiblement constante, il convient de mesurer, par un moyen quelconque, la concentration de l'alumine dans le bain ou dans l1 électrolyte, 20 afin de régler le débit d'alimentation en conséquence . La technique antérieure décrit de nombreux procédés qui ont été utilisés dans le passé pour déterminer la concentration d'alumine dans l'é-lectrolyte ou dans le bain . Ces procédés impliquent une analyse chimique de la concentration de l'alumine, soit par des techniques 25 de pyrotitration, soit par des procédés de lixiviàtion avec des bases fortes, peur des procédés d'analyse gravimétrique, par des procédés d'analyse volumétrique ou par des mesures de conductibilité électrique . L'examen des propriétés physiques de 1'électrolyte a également été utilisé dans une certaine mesure . L'aspect 30 de 1'électrolyte, soit en fusion , soit en phase"solide, a été comparé avec des échantillons connus; les phases cristallines ont été examinées au microscope et par diffraction aux rayons X, ainsi que par d'autres moyens . Toutefois, aucun de ces procédés antérieurs n'est entièrement satisfaisant . En effet, les procédés 35 très précis et fiables demandent trop de temps pour obtenir l'information recherchée, tandis que les techniques fournissant une réponse plus rapide tendent à être imprécises . La présente invention a été développée à partir de cet état de la technique connue. 69 04507 -4- 2002506 La présente invention se rapporte à un procédé et à ua appareil pour contrôler ou régler l'alimentation en alumine d'nrs cellule de réduction . Cette alimentation est contrôlée à ôj&mc fins • La première vise à éviter les effets anodiques et la ss= 5 conde à maintenir une concentration d'alumine sensiblement constante dans la cellule, en vue d'améliorer le rendement énergétique du procédé . L'invention prévoit de produire des variatioaa dans le courant d'alimentation des cellules . Ceci peut être réalisé de diverses manières . Une solution consiste à program-10 mer un effet anodique dans une cellule ou dans des cellules alternes du système . Ceci provoque des variations dans le courant d'alimentation des cellules . Une autre possibilité pour produire les variations de courant consiste à utiliser un transformateur pas à pas . Une troisième possibilité est d'utiliser uns 15 réactance saturable en série dans l'alimentation des cellules Âu moins une mesure de la tension et du courant de la cellule est obtenue pour une première valeur du courant • Au moins une seconde mesure de la tension du courant de la. cellule est obtenue pour une valeur différente du courant - Une indi. c • • 20 tion de la concentration d'alumine de la cellule est alors déduite de ces deux mesures de courant et de tension . L'indication peut être développée en déterminant la force eontre-éle&tx-o-motrice dans la cellule ou en déterminant la résistance du bairi de celle-ci à partir des mesures de courant et de tension .. Lora-25 qu'on utilise la force contre-é1ectroaotriee, on détermine celle-ci à partir des mesures selon la relation suivante : V = A + BI (I) dans laquelle V est la tension de la cellule en volts, I est le courant d'alimentation de la cellule en ampères, B est la résis-30 tance du bain ou la variation de la tension en fonction du c c virant, telle qu'elle a été déterminée par la première et la seooa-de mesures de courant et de tension, et A est la force contre-électromotrice . Lorsqu'on utilise la résistance du bain de la cellule, 35 celle-ci est déterminée à partir des mesures selon la relation suivante : B . A v / Ai ( II ) dans laquelle Av / Ai est la variation de tension en fonction 69 04507 -5- 2002506 du courant telle qu'elle découle de la première et de la seconde mesures de courant et de tension, et B est la résistance du bain de la cellule . La cellule pourrait être connectée à plusieurs autres 5 cellules de réduction, toutes en série, de sorte qu'une indication de la concentration d'alumine dans chaque cellule peut être déduite pendant mie seule variation du courant d'alimentation. On a trouvé que la concentration d'alumine correspondant au rendement optimal des cellules de réduction, mesurée par l'efEL-10 cacité du courant des cellules, semblait être relativement voisine du niveau auquel l'effet anodique se produit . Quand l'effet anodique se produit, la réaction de la cellule semble changer et passer d'une décomposition de l'alumine et à une décomposition du fluorure d'aluminium contenu dans le bain . En conséquence, la 15 concentration d'alumine doit être maintenue par ce procédé et par cet appareil au-dessus de la valeur à laquelle est atteinte la «tension de décomposition du fluorure d'aluminium, mais en même temps, inférieure à environ 4% en poids . La valeur exacte à laquelle la tension de décomposition du fluorure d'aluminium est at-20 teinte varie légèrement d'une cellule à une autre, mais la concentration d.'alumine doit toujours être inférieure à environ 4% en poids . La concentration d'alumine doit, avantageusement, être maintenue au-dessous d'environ 3% en poids . Plus précisément, dans une cellule de réduction américaine normale, la concentration 25 d'alumine doit être maintenue entre environ 2% et environ 3% en poids . Une fonction importante du procédé et de l'appareil de la présente invention est de maintenir une alimentation sensiblement continue en alumine de la cellule, afin de diminuer les va-30 riations de concentration de l'alumine et d'augmenter l'efficacité énergétique de l'opération ( même si la consommation de fluorure augmente légèrement). Dans le cas où une variation de l'espacement anode-cathode serait nécessaire, celle-ci doit être effectuée avant de 35 produire la variation d'intensité du courant d'alimentation,afin que la courbe de résistance de la cellule puisse se stabiliser après le réglage de l'espacement anode-cathode et avant que soit produite la variation du courant d'alimentation . Il en découle 69 04507 -6- 2002506 que l'espacement anode-cathode doit être maintenu constant pendant qu'est produite la variation d'intensité du courant d'alimentation . L'appareil pour régler l'alimentation en alumine de la 5 cellule de réduction comprend des moyens pour produire une variation d'intensité du courant d'alimentation . Divers moyens appropriés à cette fin ont été exposés ci-dessus . Des moyens de mesure de tension et de courant sont reliés à la cellule . Les moyens de mesure de tension et les moyens de mesure de courant 10 sont liés de façon à pouvoir obtenir une mesure de tension et une mesure de courant de la cellule pour une première valeur du courant et, aussi , pour une seconde valeur de celui-ci . Des moyens appropriés sont prévus pour développer une indication de la concentration d'alumine du bain de la cellule à partir de la 15 première et de la seconde mesures de courant et de tension. Ces moyens pourraient être simplement constitués par un tableau, un abaque ou un nomogramme établissant une relation entre la concentration d'alumine et soit la force électromotrice, soit la résistance du bain de la cellule, ou encore, avantageusement, par une 20 calculatrice servant à exécuter les calculs nécessaires. Enfin» des moyens d'alimentation d'anode répondant à l'indication de la concentration d'alumine dans le bain de la cellule sont prévus pour incorporer une certaine quantité d'alumine dans celui-ci et pour rétablir la concentration optimale d'alumine désirée . 25 La Fig.1 est un graphique typique montrant la relation entre le pourcentage d'alumine contenue dans le bain ou dans l1électrolyte de la cellule et la résistance de ce bain, la force contre-électromotrice et la résistance totale de la cellule (mesurée entre la barre collectrice d'une première cellule et celle 30 de la cellule suivante ). La Fig.2 est un graphique typique montrant les variations apparaissant dans les mesures de tension et de courant effectuées aux bornes d'une cellule pour différentes valeurs du courant d'alimentation de la cellule . 35 La Eig.3 est une représentation schématique d'une ins- • tallation contrôlée par une calculatrice. L'article précité de McMahon et Dirth expose un schéma de contrôle qui est basé sur la mesure de la résistance totale .69 04507 -7- 2002506 aux bornes de la cellule . Les auteurs pensent que cette résistance comprend trois variables à court terme, à savoir : la distance anode-cathode, la résistivité spécifique du bain et la résistance de la pellicule gazeuse entourant l'anode . Les auteurs 5 se sont aperçus que la résistance du bain et celle de la pellicule gazeuse sont influencées par la concentration d'alumine.Toutefois, en réalité, en supposant que la distance anode-cathode est constante, la résistance de la cellule est déterminée par deux fae'teurs, dont l'un est la résistance du bain ou de l'élec-10 trolyte et dont l'autre peut être qualifié de force contre-élec-tromotrice . La force contre-électromotrice n'est pas, à proprement parler, une résistance pure, en ce qu'elle fait intervenir le potentiel de décomposition de la réaction de l'alumine, la polarisais tion de la pellicule gazeuse cathodique et celle de la pellicule gazeuse anodique . L'article de McMahon suppose que le potentiel de décomposition est constant . Or, en réalité, il ne l'est pas. En effet, on a découvert que la force contre-électromotrice s'élève constamment à mesure que la concentration d'alumine de l'élec-20 trolyte décroît . Ceci est important, car McMahon et Dirth ŒDisat que celle-ci augmente rapidement à l'amorce de l'effet anodique, quand la polarisation de la pellicule de gaz s'élève rapidement. En réalité, comme le montrent les courbes (B), (A) de la Fig.1, les variations de la résistance du bain et de la fojrce contre-. 25 électromotrice sont, en gros inversement proportionnelles entre elles . La force contre-électromotrice s'élève quand la concentration d'alumine décroît jusqu'à ce que la tension atteigne la valeur correspondant à la réaction du tétrafluorure de carbone ( c'est-à-dire, la valeur à laquelle se produit la décomposition 30 du fluorure d'aluminium qui réagit avec le carbone pour former du tétrafluorure de carbone ), au lieu de la réaction de l'alumine. A ce point, la résistance de la pellicule s'élève rapidement, comme le montre McMahon . Pour cette raison, la mesure de la résistance totale de la cellule est utile comme avertissement 35 de l'effet anodique . Toutefois, la courbe de résistance totale ( courbe R, fig.1), est relativement plate jusqu'à l'instant qui précède immédiatement l'effet anodique , où la polarisation de la pellicule de gaz provoque une augmentation rapide de la résis- 69 04507 -8- 2002506 tance . De plus, des " bruits " électriques ou des perturbations dans le circuit peuvent masquer cette variation de la résistance totale jusqu'à ce que le point final de la courbe soit atteint, la présente invention est fondée sur l'idée que si la 5 force contre-électromotrice et la résistance du bain ou de l'é-lectrolyte de la cellule pouvaient être déterminées séparément, la concentration d'alumine du bain d'électrolyse pourrait être déterminée à partir de la valeur de l'une ou de l'autre de ces variables et, partant, pourrait être connue à tout moment. Connsis-10 sant la concentration d1 alumine, on connaît l'instant où de l'alumine doit être ajoutée dans la cellule pour éviter l'apparition de l'effet anodique ou pour maintenir la concentration optimale désirée d'alumine dans 1'électrolyte. D'autres procédés sont également connus pour mesurer la 15 concentration d'alumine dans 1'électrolyte . Toutefois, ces procédés sont soit trop imprécis, soit trop lents pour le mode de réglage ou de contrôle envisagé ici . C'est ainsi, par exemple, qu'une analyse chimique par voie humide exige environ 30 minutes. Or, la connaissance de ce qu'était la concentration d'alumine du 20 bain il y a 30 minutes ne sert pas à grand chose pour un réglage précis de la concentration ou pour éviter un effet anodique quand on désire faire fonctionner la cellule à une concentration d'alimentation voisine du niveau auquel l'effet anodique se produit. De plus, l'échantillon prélevé peut ne pas représenter fidèlement 25 la concentration de l'alumine dans le bain . Ceci peut, par exemple, être le cas lorsque l'échantillon est prélevé dans une zone relativement calme de la cellule . Les techniques d'analyse plus rapides que l'analyse chimique par voie humide sacrifient généralement la précision à la vitesse . Ce dont on a besoin 30 c'est d'une technique d'analyse précise allant de concert avec le processus, et ne demandant que quelques secondes, c'est-à-dire d'une analyse en temps réel . La présente invention résout ce problème et permet de connaître réellement, à tout instant,la concentration de 1'alumi-35 ne dans la cellule pendant le fonctionnement. La chute de tension aux bornes de la cellule peut être exprimée par l'équation suivante : V = A + BI (I) 69 04507 -9- 2002506 dans laquelle B est la résistance du bain, A est la force contre-électromotrice et Y est la tension de la cellule, en volts, mesurée entre la barre collectrice d'une première cellule et celle de la cellule suivante, en série . Des courbes typiques de la force 5 contre-électromotrice et^Le la résistance de la cellule pour un espacement constant donné entre l'anode et la cathode, et par rapport au pourcentage d'alumine contenue dans 1'électrolyte, sont représentées sur la Fig.1. Aux fins de comparaison, on a également tracé la courbe de résistance totale ( S totale ). 10 On détermine les valeurs de la force contre-électromo- trice et de la résistance du bain de la cellule en produisant des variations dans le courant d'alimentation des cellules . Divers procédés pour produire ces variations ont été indiqués plus haut . Il a également été mentionné ci-dessus que l'espacement 15 anode-cathode est maintenu constant pendant que l'on produit ces variations et l'on attend jusqu'à ce que la courbe de résistance de la cellule se soit stabilisée après le réglage de la distance entre l'anode et la cathode avant de produire les variations du courant d'alimentation . On mesure la tension et le courant de 20 la cellule pour différentes valeurs de l'intensité de courant. Ces valeurs peuvent être reportées sur un graphique tel que celui de la Fig.2. La pente de la courbe est égale à B. En d'autres termes, on a : B = Av/ Ai ( II ) 25 dans laquelle Av/ Ai est la variation de tension en fonction du courant, déterminée par ces mesures . Connaissant la résistance du bain de la cellule, on peut calculer la force contre-électromotrice en utilisant la relation ci-dessous : V = A + BI ( I ) 30 Une relation directe peut ensuite être établie entre ces grandeurs et le pourcentage d'alumine contenue dans 1'électrolyte, puis la concentration d'alumine peut être'réglée comme il convient. Comme il a été indiqué ci-dessus, ceci peut s'effectuer manuellement, mais ce procédé s'adapte particulièrement bien à 35 l'automatisation . Il existe de nombreuses calculatrices de commande de processus pouvant être utilisées à cette fin . L'une d'entre elles est la calculatrice connue dans le commerce sous la référence GE/ PAC 4050 I. Cette calculatrice est spécialement 69 04507 -10- 2002506 conçue pour la commande de processus industriels en temps réel et comporte une mémoire d'une capacité de 12 000 mots binaires de 24 bits . 211e a un cycle de mémoire de 5 /u • La calculatrice comprend trois groupes de 20 entrées numériques, 10 groupes de 5 16 entrées analogiques, un lecteur de bande perforée capable de lire 100 caractères/seconde, et une console d'opérateur. Les sorties de la calculatrice comprennent huit groupes de 16 sorties numériques, une perforatrice de bande capable de perforer 120 caractères/seconde et deux consoles de téléimprimante. 10 Cette calculatrice possède un programme de direction en temps réel comprenant plusieurs programmes fonctionnels, dont certains contrôlent le processus et dont d'autres sont des programmes de service et d'enregistrement. Une description de ces programmes auxiliaires n'est pas nécessaire pour comprendre la 15 présente invention . En utilisant la calculatrice, les deux variables mentionnées ci-dessus peuvent être déterminées simultanément, au lieu de déterminer d'abord la résistance du bain de la cellule . Dans la pratique, on constate que la courbe de résistance du bain de la 20 cellule semble être déterminée par la pellicule de gaz couvrant la surface inférieure de l'anode . L'importance du rôle de celle-ci semble dépendre de la topographie de la surface inférieure de l'anode . Lorsque cette dépendance a été déterminée et que la courbe de résistance du bain de la cellule a été tracée, il est 25 possible d'établir une relation entre cette courbe et le pourcentage d'alumine . Toutefois, on constate que la courbe de la force contre-électromotrice ne varie que peu d'une cellule à l'autre lorsque la distance entre l'anode et la cathode reste la même, ■^a forme de la courbe ne change pas avec l'espacement entre l'ano-30 de et la cathode, seule varie la valeur numérique d'un point donné de la courbe. Lorsque l'espacement anode-cathode a été établi, il est possible de fixer la position du point de fonctionnement sur la courbe . En conséquence, il peut être plus pratique, dans certaines applications, d'opérer avec la valeur de la force 35 contre-électromotrice, plutôt qu'avec la valeur de la résistance du bain de la cellule . Gomme le montre la fig.1, la concentration d'alumine du bain ne peut pas être déterminée très facilement à partir des mesures de la résistance totale ( courbe E totale ) avant d'avoir 69 04507 -H- 2002506 avancé assez loin dans la situation d'avertissement de l'effet anodique . On a trouvé récemment, que la plus grande efficacité énergétique semble être obtenue dans une cellule qui opère avec ce que l'on peut appeler une " alimentation maigre Une alimen-5 tation maigre peut être définie comme celle maintenant dans le bain juste la quantité d'alumine nécessaire pour empêcher l'effet anodique de se produire dans la cellule. Bien que les paramètres de fonctionnement de la cellule, tels que la température, la hauteur de 1*électrolyte, l'espacement anode-cathode, etc., puissent 10 influencer cette valeur, elle peut cependant être exprimée en termes de potentiels de décomposition . Une quantité d'alumine suffisante est maintenue dans la cellule pour empêcher la force contre-électromotrice de s'élever jusqu'à ce que la tension atteigne la valeur nécessaire pour que le fluorure d'aluminium se 15 décompose en formant du tétrafluorure de carbone . Ainsi, donc la concentration d'alumine doit être maintenue au-dessus de la valeur à laquelle la tension de décomposition du fluorure d'aluminium est atteinte, tout en restant voisine de celle-ci . Une limite supérieure convenable de la concentration semble être envi-20 ron 4% en poids . Une limite supérieure préférée serait d'environ 3% en poids et la concentration optimale devrait être d'environ 2% à environ 3% en poids . On voit facilement sur la Fig.1, qu'il n'est pas possible de maintenir un contrôle très fin de la concentration 25 d'alumine si l'on cherche à utiliser la courbe de résistance totale . En effet , cette courbe n'est pas suffisamment sensible aux variations de la concentration d'alumine avant d'arriver tout près de l'effet anodique . Par contre, la force contre-électromotrice et la résistance du bain de la cellule varient sensible-30 ment avec la concentration d'alumine de sorte que cette dernière peut, à tout instant, être déterminée avec précision à partir de ces grandeurs . En conséquence, le procédé et l'appareil de la présente invention permettent, pour la première fois, d'opérer de façon satisfaisante avec une alimentation maigre. 35 En se référant maintenant à la Fig.3, qui montre le schéma d'une installation commandée par une calculatrice, on voit que la cellule comprend une coquille métallique 10,généralement en acier, dans laquelle est disposée, de la manière &abi- -69 04507 2002506 tuelle, une couche isolante 12 qui peut être en line matière convenable quelconque, par exemple, en alumine, en bauxite, en argile, en brique de silicate d'aluminium, etc. Dans la couche isolante 12 est disposé un garnissage 14 qui peut être en une 5 matière convenable quelconque, telle que le carbone, l'alumine, l&lumine fondue, le carbure de silicium, le nitrate de silicium, le carbure de silicium aggloméré, etc. Le plus souvent, le garnissage se compose d'un certain nombre de blocs de carbone ou est constitué par un mélange de carbone damé ou par une combinai-10 son d'un mélange de carbone damé pour le fond du garnissage avec des parois latérales et d'extrémité en carbone. En variante,les parois latérales et d'extrémité pourraient être faites de blocs de carbure de silicium ou d'une autre matière réfractaire appropriée. Le garnissage 14 délimite une chambre qui contient un 15 bain d'aluminium en fusion 16 et une masse ou un bain d'électrolyte en fusion 18, comme décrit . Au-dessus du bain d'électrolyte sont suspendues, de façon à y plonger partiellement, des anodes classiques de carbone 20, représentées ici comme étant du type pré-cuit. Le bain d'électro-20 lyte en fusion 18 est couvert-par une croûte 22 qui se compose essentiellement de composants solidifiés et d'alumine d'appoint. >Quand l'alumine de 1*électrolyte 18 est consommée, on brise cett® croûte au moyen d'un dispositif approprié, non représenté, et on introduit de l'alumine fraîche dans 1 'électrolyte, en ouvrant 25 la vanne d'alimentation 24 qui permet à l'alumine contenue dans - la trémie d'alimentation 26 de s'écouler . Les anodes sont reliéflS par une barre omnibus 28 au pôle positif de la source électrique fournissant le courant d'électrolyse . Pour compléter le circuit électrique, on utilise des barres collectrices 30. Les barres 30 collectrices 30 s'étendent à travers des ouvertures ménagées dans la coquille métallique et dans la couche isolante de façon que leurs extrémités intérieures s'avancent dans le garnissage de la cellule . Les extrémités extérieures des barres 30 sont connectées, par des moyens appropriés, à l'autre pôle de la source d'a-35 limentation . Comme le montre la Fig.3, les cellules sont reliées en série, à travers un dispositif de surtension 32 et un ampèremètre 34 à une source électrique d'alimentation appropriée,l'une 69 04507 -13- 2002506 des bornes de cette source aboutissant aux anodes de la première cellule, tandis que la cathode de cette première cellule est connectée à l'anode de la seconde cellule,etc. , la cathode de la dernière cellule étant reliée à l'autre borne de la source 5 d'alimentation. Les cellules comportent également des dispositifs appropriés pour lever et abaisser les anodes 20, par exemple, un moteur pneumatique ou une soupape électromagnétique 36, un dispositif approprié, non-représenté, pour casser la croûte de chaque cellule, et le dispositif d'alimentation d'alumine mentionné ci-10 dessus, dont les vannes sont actionnées de manière convenable,par exemple par de l'air traversant des soupapes électromagnétiques. Un voltmètre 38 est branché entre l'anode et la cathode de chaque cellule pour fournir une indication de la chute de tension aux bornes de celle-ci . Une calculatrice 40 est connectée à l'ins-15 tallation, comme le montre la figure . La calculatrice est reliée par.un dispositif intermédiaire 4-2, au dispositif de surtension 32. A la calculatrice 40 sont également reliés des panneaux d'opérateur 44, une perforatrice de bande 46, un lecteur de bande 48 et des imprimantes 50. 20 Le programme d'analyse du processus peut être décrit comme un programme comportant un certain nombre de sous-programmes servant à la commande et au contrôle de l'installation. Dans ce programme d'analyse, dont un mode de réalisation est conçu pour se dérouler à des intervalles de temps prédéterminés, la calculatrice 25 soit provoque une surtension au moyen du dispositif 32, à travers le dispositif intermédiaire 42, ou bien programme un effet anodique , (soit en affamant une c'ellule sélectionnée, différentes cellules étant sélectionnées à cette fin pendant des lectures différentes), cependant que des moyens sont prévus pour détecter l'ef-30 fet d'anode, de sorte que la calculatrice peut passer au programme d'analyse, ou bien quand un effet d'anode se produit naturellement et pendant la surtension, la calculatrice examine sélectivement la tension de chacune des cellules, telle qu'elle est fournie par les volt-mètres 38 branchés aux bornes de celles-ci . En même 35 temps, la calculatrice lit l'intensité mesurée par l'ampèremètre 34 qui est connecté à l'un des côtés de la source électrique.La calculatrice détermine ensuite la force contre-électromotrice selon les formules indiquées ci-dessus et conserve le résultat en 69 04507 -14- 2002506 mémoire. Lorsque, au cours de son analyse, elle détecte que la force contre-électromotrice approche d'un seuil prédéterminé (en se rappelant que la courbe de la force contre-électromotrice est inversement proportionnelle à la courbe d'alumine et que le 5 pourcentage d'alumine est, de préférence, maintenu aussi bas que possible, par exemple, entre environ 2-/o et environ 3% en poids), un sous-programme spécial entre immédiatement en action et exerce sur la cellule particulière qui a été détectée comme approchant de ce seuil, une commande par des signaux appliqués au dis-10 positif d'actionnement du casse-croûte afin de rompre la croûte, et par des signaux appliqués à la vanne d'alimentation 24 de cette même cellule afin d'augmenter la concentration de l'alumine dans le bain en fusion de celle-ci . L'électrolyse de la cellule se poursuit ensuite, de façon normale, jusqu'à ce que l'on détec-15 te à nouveau que celle-ci approche du seuil en question. Comme il a été indiqué précédemment, la force contre-électromotrice de chaque cellule est essentiellement déterminée en produisant une variation du courant d'alimentation des cellules en mesurant la tension et le courant dans la cellule pour 20 différentes valeurs de ce courant et en calculant la force contre-électromotrice sur la base de ces informations, puis en réglant l'alimentation d'alumine en conséquence . Cette variation de courant peut être produite de diverses manières . Un premier moyen consiste à programmer la calculatrice pour commander le disposi-25 tif de surtension représenté sur le dessin ( par exemple, un transformateur pas à pas, une réactance saturable en série avec la ligne d'alimentation, etc., de façon à produire une augmentation brusque du courant d'alimentation ). Pendant la lecture,des indications de tension et d'intensité de chaque cellule sont en-30 voyées dans la calculatrice à des intervalles successifs . Dans d'autres installations, un appareil consommant beaucoup de courant, tel qu'un laminoir à froid, peut être conneo-té à la mime source électrique et les variations de courant de la ligne peuvent être détectées par des moyens appropriés et en-35 voyées à la calculatrice . Après cela, la calculatrice déclenche immédiatement le programme d'analyse pour obtenir les lectures désirées . Un autre moyen consiste à produire un effet d'anode 69 04507 _15_ 2002506 dans une ou plusieurs cellules de l'installation. Autrement dit, la calculatrice peut sélectionner une cellule pour y produire un effet anodique et dans ce cas, diminue simplement l'alimentation en alumine de cette cellule jusqu'au moment où la concentra-5 tion d'alumine s'abaisse au point où l'effet anodique se produit. Il en résulte une variation de courant dans la ligne et en lisant la tension et l'intensité de chacune des cellules pendant cette variation, la calculatrice peut, déterminer la force contre-électromotrice de chacune des cellules. Quand on utilise ce procédé, 10 une cellule différente est, de préférence, sélectionnée à chaque lecture successive . Un effet anodique se produisant spontanément peut aussi être utilisé à cette fin. Des essais ont été effectués avec une cellule classique, comme celle représentée plus ou moins schématiquement sur la 15 Fig.^, comportant huit anodes précuites. Les dimensions des anodes étaient 57 x 57 x 58 cm. Pendant la période d'essai, la cellule était parcourue par un courant de 25.000 A. Dans un premier essai, on fait fonctionner la cellule avec une chute de tension de 5,1 volts . On maintient un espace-20 ment moyen de 5 cm entre les anodes et la cathode pendant l'essai. La cellule contient en moyenne 17,8 cm d'électrolyte et 12 cm de métal au fond . La température du bain de la cellule varie entre environ 980 et 1000°C. On effectue les mesures en produisant une variation du courant d'alimentation des cellules. On effec-■ 25 tue les mesures de tension et d'intensité respectivement avec un voltmètre et un ampèremètre. On procède à des mesures de la tension et de l'intensité des cellules pour différentes valeurs du courant et on calcule la force contre-électromotrice et la résistance du bain en procédant comme indiqué ci-dessus . En même 30 temps, on prélève des échantillons représentatifs de 1'électrolyte et on analyse leur concentration en alumine par une analyse chimique classique par voie humide . Le tableau I ci-après indique les résultats de ces essais . Le tableau montre les variations de la force contre-élec-35 tromotrice en fonction de la concentration de l'alumine et montre aussi la valeur de la résistance du bain de la cellule pour différentes concentrations d'alumine . 69 04507 -16- . 2002506 TABLEAU I % Al 0 Force contre^ fiésistance du bain électromotrice cellule 1 5,05 1,48 145 5 2 4,51 1,47 145 3 3,64 1,48 143 4 3,4-3 1,50 142 5 2,97 1,52 142 6 2,53 1,55 141 10 7 1,68 1,55 142 8 1,58 1,57 142 9 1,38 1,61 141 10 1,09 1,66 140 11 2,29 1,60 145 15 ( on ajoute de l'alumine entre les mesures 10 et 11 Le tableau II montre les résultats d'une autre série d'essais effectués sur la même cellule, mais avec des anodes différentes ayant les mêmes dimensions . Dans ce cas, on fait fonctionner la cellule avec une chute de tension normale de 5,08 volts 20 et avec un espacement moyen anode-cathode de 4,5 cm. Pendant l'essai, la température moyenne de 1'électrolyte est d'environ 990°C. La hauteur du bain de métal en fusion est de 12,5 cm et est en moyenne de 16,5 cm pendant l'essai . Cet essai illustre deux relations significatives, en le comparant avec le tableau I. La 25 première relation est la dépendance entre la force contre-électromotrice et l'espacement anodes-cathode . Cet essai montre aussi que l'allure de la courbe de la force contre-électromotrice est reproductible et que seule sa position change avec la distance -entre les anodes et la cathode . La seconde relation significative 30 montre que les valeurs de la résistance du bain de la cellule sotte sensiblement différentes . Ceci ne s'explique pas uniquementflpar le changement de l'espacement des anodes et de la cathode . Comme il a été mentionné ci-dessus, on présume que ceci est dû à une topographie différente des surfaces inférieures des anodes ayant 35 pour résultat la formation d'une pellicule gazeuse différente .^S-, . cause peut en être une certaine dépendance entre la densité du courant et la topographie des anodes . 69 04507 -17- 2002506 TABLEAU II % Al 0 Force contre-électromotrice Résistance du bain cellule 1 3,74- 1,53 142 2 3,62 1,56 139 3 2,88 1,57 140 4 2,78 1,52 143 5 1,73 1,63 140 6 1,48 1,65 140 7 1,13 1,64 147 8 3,14- 1,56 144 ( on ajoute de l'alumine entre les mesures 7 et 8 ). Ces essais mettent en évidence l'utilité de la présente invention . Comme on le voit, la concentration d'alumine de l'é-lectrolyte peut être déterminée, à tout instant, en suivant la 15 procédure décrite ci-contre . Connaissant la concentration d'alumine, à tout instant donné, il est possible de régler cette concentration suivant le besoin pour maintenir sa valeur constante . La possibilité d'une mesure constante ou de mesures précises très rapides de la concentration d'alumine permettent d'alimenter 20 la cellule en continu avec une petite quantité d'alumine et, ainsi, de maintenir cette concentration encore plus près de la valeur constante désirée . 69 04507 -18- 2002506 - REVENDICATIONS - 1. Un procédé pour contrôler ou régler l'alimentation en alumine d'une cellule de réduction qui consiste à produire une variation du courant d'alimentation des cellules ; à effectuer , au 5 moins, une mesure de la tension et du courant de la cellule pour une première valeur dudit courant d'alimentation ; à obtenir , au moins , une seconde mesure de la tension et du courant de ladite cellule pour une valeur différente dudit courant d'alimentation ; à déterminer la concentration d'alumine du bain de la 10 cellule à partir de ces première et seconde mesures de tension et d'intensité ; et , à a.jouter dans la cellule une quantité d'alumine qui est liée à la valeur déterminée de sa concentra^ tion d'alumine et qui rétablit la concentration d'alumine opé= ratoire désirée . 15 2 . Un procédé selon la revendication 1 dans lequel on détermine la force contre-électromotrice de la cellule à partir de la première et de la seconde mesures de courant et de tension , la valeur de cette force contre-électromotrice étant une indication de la concentration d'alumine du bain de la cellule c 20 3 . Un procédé selon les revendications 1 ou 2 dans lequel on détermine la résistance du bain de la cellule à partir de la première et de la seconde mesures de courant et de tension et où la valeur de la résistance du bain de la cellule est une indication de la concentration d'alumine de ce bain . 25 4 . Un procédé selon la revendication 2 dans lequel la force contreélectromotrice est déterminée à partir des mesures selon la relation suivante : V = A + BI dans laquelle : 30 7 est la tension de la cellule en volts I est la tension d'alimentation de la cellule en ampères B est la résistance du bain de la cellule ou la variation de tension en fonction du courant détermi-35 née par la première et la seconde mesures de cou rant et de tension , et A est la force contre-électromotrice . 5 • Un procédé selon 3 dans lequel la résistance du bain de la cellule est déterminée à partir des mesures selon la relation 69 04507 -19- 2002506 suivante : B = ^ v a. i dans laquelle : .A v/Ai est la variation de la tension en fonction d'une 5 variation du courant , telle que déterminée par la première et la seconde mesures de courant et de tension et où B" est la résistance du bain de la cellule . 6 . Un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 dans lequel la cellule est connectée à plusieurs autres cellules, 10 toutes en série , de sorte qu'une indication de la concentration d'alumine de chaque série peut être obtenue par une seule variation du courant d'alimentation . 7 • Un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 dans lequel on maintient la concentration d'alumine au-dessus de 15 la valeur à laquelle la tension de décomposition du fluorure d'aluminium est atteinte et inférieure à environ 4% en poids . 8 . Un procédé selon la revendication 7 » dans lequel on maintient la concentration d'alumine au-dessous d'environ 3% en poids . 20 9 • Le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 dans lequel on règle la distance anode-cathode à la valeur de fonctionnement désirée avant de produire une variation du courant d'alimentation ; et, où l'on maintient la distance anode-cathode constante pendant que l'on produit la variation du courant d'ali-25 mentation . 10 . Un procédé selon lâ revendication 9 dans lequel on attend jusqu'à ce que la courbe de résistance de la cellule se soit stabilisée après le réglage de l'espacement anode-cathode avant de produire la variation du courant d'alimentation . 30 11 . Un procédé selon la revendication 7 dans lequel on maintient la concentration de 1'alumine entre environ 2 % et environ 3 % en poids . 12 . Un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11 dans lequel on alimente la cellule en continu avec de l'alumine. 35 13 • Un appareil pour contrôler ou commander l'alimentation en alumine d'une cellule de réduction qui comprend des moyens pour produire une variation du courant d'alimentation ; des moyens de mesure de tension connectés aux bornes de la cellule pour fournir une première et une seconde valeurs de la tension pour dif 69 04507 -20- 2002506 férentes valeurs du courant d'alimentation ; des moyens de mesure de courant connectés à la cellule pour fournir une première et une seconde valeurs du courant pendant les lectures de tension ; des moyens pour développer une indication de la concen-5 tration d'alumine du bain de la cellule à partir de la première et de la seconde mesures de courant et de tension ; et, des moyens qui, en réponse à l'indication de la concentration d'alumine du "bain de la cellule introduisent dans celui-ci la quantité d'alumine voulue . 10 ■ W ..Un appareil selon la revendication 13 dans lequel la variation du courant d'alimentation est produite en provoquant un effet anodique dans la cellule . 15 . Un appareil selon la revendication 14 dans lequel l'effet anodique est produit successivement dans les cellules montées en. 15 série , de sorte que la solution de continuité de fonctionnement de chaque cellule est réduite à un minimum • 16 . Un appareil selon la revendication 13 qui comporte un transformateur pas à pas pour produire les variations du courant d'alimentation . 20 17 • Un appareil selon la revendication 13 qui comporte une réac-tance saturable montée en série avec l'alimentation de la cellule pour produire la variation du courant d'alimentation de celle-ci» 18 . Un appareil selon la revendication 13 qui comporte des moyens pour détecter tin effet anodique dans la cellule et pour cal- 25 culer la concentration d'alumine du bain de celle-ci à cet instant . 19 .Un appareil selon la revendication 13 dans lequel les moyens pour développer une indication de la concentration d'alumine du bain de la cellule sont constitués par une calculatrice . 30 20 . Un appareil selon la revendication 19 comportant des moyens commandés par la calculatrice pour lever et abaisser les anodes d'une cellule de réduction afin de régler la distance anode-cathode . 21 . Un appareil selon la revendication 19 comportant des moyens 35 commandés par la calculatrice pour casser la croûte de 1'électrolyte . 22 . Un appareil selon la revendication 19 dans lequel les moyens pour produire une variation du courant d'alimentation sont constitués par un dispositif de surtension inséré dans le circuit 40 d'alimentation de la cellule et qui est commandé par la calcula— 69 04507 -21- 2002506 trice. 23• Un appareil selon la revendication 22 dans lequel le dispositif de surtension est une réactance saturable montée en série dans l'alimentation. 5 24. Un appareil selon la revendication 22 dans lequel la dispositif de surtension est un transformateur pas à pas . 25. Un procédé pour déterminer les conditions de fonctionnement d'une cellule d'électrolyse pour la production d'aluminium qui consiste à produire une variation du courant d'ali-10 mentation de la cellule ; à obtenir , au moins , une mesure de la tension et du courant de la cellule pour une première valeur du courant d'alimentation ; à obtenir , au moins , une seconde mesure de la tension et du courant de la cellule pour une valeur différente du courant d'alimentation ; et à détermi 15 ner la force contre-électromotrice et la résistance du bain de la cellule à partir de la première et de la seconde mesures de courant et de tension , lés valeurs ainsi déterminées étant représentatives des conditions de fonctionnement de la cellule.