Brevet FR2035029A1 — publié le 19701218

L'invention concerne un oxyde d'aluminium contenant des composés du lithium, prévu pour le chargement de bains d'électrolyse ignée en vue de la production de l'aluminium. En particulier, l'invention concerne un oxyde d'aluminium dans lequel 5 le composé du litnium est très finement dispersé et l'oxyde de lithium est contenu dans un oxyde d'aluminium qui est précipité à partir d'une lessive d*aluminate.purifiée et contenant des ions litnium et qui est calcinée. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'oxyde d'aluminium calciné 10 peut aussi contenir, en mélange intime et en fine dispersion, de l'oxyde'de lithium> de l'hydroxyde de lithium, du carbonate de lithium et, en outre, dù fluorure de lithium, litre ou lié sous forme complexe. Dans la production de l'aluminium par électrolyse d'oxyde 15 d'aluminium dans un bain de fusion cryolithique, on connaît le procédé consistant à ajouter dés composés du lithium à 1'électrolyte fondu. De la sorte, on abaisse le point de fusion du bain d*électrolyse, la densité de la fusion, la résistance électrique et la viscosité de la fusion. Dans ces conditions, 20 on parvient, de façon tout à fait rentable, à des économies non négligeables en courant électrique, à un abaissement de la consommation d'électrodes et de fondant et à une réduction de l'émission de fluor. Si l'on renonce, tout au moins en partie à ces avantages, 25 on peut également obtenir des accroissements du débit de production pouvant atteindre 15 Mais on doit considérer comme un inconvénient, lié à l'addition de lithium au bain de fusion, le fait que la solubilité de l'oxyde d'aluminium dans les électrolytes fondus s'en trouve réduite. Il peut en résulter 30 la formation d'incrustations de corindon dans le four, qui peuvent donner lieu à des difficultés notables d'exploitation, les difficultés de ce genre sont directement en rapport avec le mode d'incorporation des composés du lithium, par exemple le carbonate de lithium ou le fluorure de lithium, dans les 35 baes d'électrolyse. On s'est donc efforcé de perturber aussi peu que possible.la stabilité de concentration dans le bain de fusion. Il a déjà été proposé de répartir les quantités nécessaires de lithium en plusieurs portions et de les charger aussi uniformément que possible à la surface du bain, à inter-40 valles de temps égaux. On connaît également le procédé 7009155 2 - 2035029 consistant à introduire, à titre de composants du bain dans 1'électrolyse de l'aluminium,, des fluorures complexes tels que la cryolithe-lithium ou l'aluminate de fluor-lithium-sodium à la place du,fluorure de lithium pur. L'introduction du lithium 5 dans les électrolytes fondus, à titre de composant du mélange de sels en fusion, ne représente toutefois qu'une dilution relativement peu importante et même très peu uniforme. Par • ailleurs, on connaît le procédé consistant aussi à charger le lithium en même temps que l'oxyde d'aluminium dans les électrolytes 10 en fusion. Dans ce sens, par exemple "selon le Brev„et des Etats- Unis n° 1 566 694, on charge un mélange d'oxyde d'aluminium et de sulfure de lithium ou de chlorure de lithium dans un bain de fusion composé de cryolithe-lithium et de fluorure de calcium. Selon un autre procédé connu (Brevet 15 britannique n° 303 755), on utilise dans 1'électrolyse ignée pour la production d'aluminium un oxyde d'aluminium qui a été obtenu à partir d'une matière contenant de l'oxyde d'aluminium, telle que la bauxite, qui a été attaquée avec les oxyde, hydroxydes ou carbonates d'au moins deux métaux alcalins tels que le sodium 20 ou le lithium et qui est précipitée à partir de la lessive de dissolution de l'aluminate double. Cet hydrate d'oxyde d'aluminium est calcinée de façon connue en soi. . L'invention a pour but de fournir un oxyde d'aluminium qui contienne une proportion de lithiuin en dispersion homogène 25 et très fine et*qui soit préparé de façon économique. A cette fin, l'invention prévoit, en vue du chargement et de l'utilisation dans des' bains d' électrolyse ignée pour la production d'aluminium, un oxyde d'aluminium contenant des composés du lithium, consistant en un oxyde d'aluminium qui contient de faibles quantités d'oxyde de 30 lithium et qui a été précipité à partir d'une lessive d'aluminate purifiée, débarrassée en particulier des boues rouges et additionnée d'ions lithium et qui a été calcinée, ou .en un oxyde d'alu-"minium calciné, contenant en mélange intime de faibles quantités d'oxyde de lithium, d'hydroxyde de lithium, de carbonate de lithium 35 ou de fluorure de lithium, libre ou lié sous forme complexe. -La proportion du composé du lithium, calculée sous la forme de lithium métallique dans l'oxyde d'aluminium calciné, s'élève à 0,01-0,5 7°. Pour la .préparation de l'oxyde d'aluminium contenant du lithium selon l'invention par précipitation 7009155 3 2035029 commune d'hydroxyde de lithium et d'hydroxyde d'aluminium, le sel de lithium est opportunément introduit dans une lessive aqueuse-alcâline de décomposition de la bauxite, après filtra-tion des boues rouges et avant le traitement par agitation. Il 5 est avantageux de partir d'une solution aqueuse de carbonate de lithium ou d'hydroxyde de lithium. On peut également utiliser des résidus d'évaporation ou de fusion contenant du chlorure de lithium, éventuellement contaminé. Au cours de la précipitation commune, il se forme un dépôt qui, outre 10 AlCOlOj.xHgO, contient du lithium sous forme de LiHCAlOg^^EgO dispersé très finement dans l'hydroxyde d'aluminium". lors de la calcination, ce produit se transforme en un produit de formule M2O02AI2O2 qui est ensuite contenu dans l'oxyde d'aluminium en dispersion extrêmement fine et uniforme. 15 Selon un autre mode d'exécution de l'invention, le composé du lithium peut être également présent en mélange avec l'oxyde d'aluminium calciné. Dans ce cas, le composant lithium est constitué par l'oxyde de lithium, l'hydroxyde de lithium ou le carbonate de lithium et, en outre, le fluorure de lithium ou 20 des fluorures de lithium complexes, tels que la cryolithe- lithium. La préparation de mélanges de ce genre s'effectue selon la technique usuelle de mélange. Dans ce cas également, le composant lithium 'est présent sous forme très finement dispersée et il est introduit en dilution homogène dans le bain de 25 fusion. La proportion du composé de lithium mélangé à l'oxyde d'aluminium calciné est comprise entre 0,01 et 0,5 f»» cette teneur étant calculée sous forme de lithium métallique. Avec l'utilisation de l'oxyde d'aluminium contenant du lithium selon l'invention, d'une part on retrouve tous les 30 avantages qui sont liés à l'emploi de bains d'électrolyse de l'aluminium contenant du lithium, à savoir l'abaissement de la température du bain et, par suite, la diminution de l'émission de fluor, la réduction des chiffres de consommation d'énergie ou l'élévation de la capacité de production. Mais 35 en outre, on élimine tous les inconvénients qui sont attribua-bles à une concentration non uniforme des ions lithium dans les bains de fusion et qui, en général, rendent très difficile l'exploitation en électrolyse de fours chargés d'électrolytes fondus contenant du lithium. Par suite de la solubilité rédui-40 te de l'alumine du fait de l'addition de lithium, les fours 7009155 + 2035029 de ce genre ont très facilement tendance à se charger de morceaux de corindon. Etant donné que la solubilité de l'alumine dans le mélange de sels fondus dépend très étroitement de la concentration en ions lithium, la marche du four est sensible-5 ment perturbée, dans les procédés antérieurement connus, par une addition non uniforme de lithium. Avec l'oxyde d'aluminium selon l'invention, l'addition de lithium s'effectue en continu en fonction de la consommation, avec l'introduction de l'oxyde d'aluminium contenant du lithium dans le bain de fusion et 10 les différences locales de concentration et, par suite, de solubilité sont complètement exclues. En même temps, ce mode d'exploitation évite la pénétration d'ions étrangers indésirables, comme tel est le cas avec l'addition de chlorure de lithium ou de sulfure de lithium. 15 Un avantage complémentaire de l'invention consiste enfin en ce que l'oxyde d'aluminium précipité à partir de la lessive d'aluminate contient la proportion de lithium introduite en totalité dans, l'oxyde d'aluminium et qu'il ne se produit aucune perte. 20 Exemple pour la préparation d'un oxyde d'aluminium ayant une teneur de 0,65 kg LigO par tonne d'oxyde d'aluminium, 1,6 kg de carbonate de lithium sont dissous dans 160 litres d'eau. Cette solution est alors chargée dans 4 de lessive de 25 décomposition filtrée, contenant 125 g de A'^Oj par litre et 130 g de îîagO par litre. Le produit de la précipitation obtenu lors de l'agitation se transforme, à la suite de la calcination, en une alumine à teneur en Li?0 de 0,065 L'analyse mèt en évidence l'absorption complète du carbonate de lithium addi-30 tienne par l'alumine» A la place de la solution de carbonate de lithium, on peut également utiliser une solution de 1,82 kg LiOH.ÏÏgO ou de 2,38 kg Li,jS0^ dans 9 1 d'eau au moins, ou une solution de 1 ,82 kg LiGl dans 2?5 1 d5eau au moins. 55 Comme il va de soi ®t comme il résiilte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se- limite nulxement à ceux de ses modes d'application, non plus qu'à eauz des modes de réa-li satioa de ses diverses parties ayant été plus spécialement indiqués; elle en embrasse, au contraire, "coûtes les variantes. 7009155 5 a REVENDICATIONS 2035029 1Oxyde d1 aluminium contenant des composés du lithium pour la charge de bains d1électrolyse ignée en vue de la production de l'aluminium, consistant en un oxyde d'aluminium qui contient de faibles quantités d'oxyde de lithium, obtenu par précipitation à 5 partir d'une lessive d'aluminate purifiée, débarrassée en particulier des boues rouges et additionnée d'ions lithium et par calcination, ou en un oxyde d'aluminium calciné, contenant en mélange intime de faibles quantités d'oxyde de lithium, d'hydroxyde de lithium, de carbonate de lithium ou de fluorure de lithium, libre ou lié sôus 10 forme complexe. 2.- Oxyde d'aluminium contenant des composés du.lithium selon la revendication 1, caractérisé par une teneur de 0,01 % & 0,5 % de lithium (teneur calculée sous forme de métal).