Brevet FR2080572A1 — publié le 19711119

La presente invention a comme objet un procédé d'ali- tentation en alumine d'un électrolyte fluoré utilisé dans la production de l'aluminium par électrolyse ignée. Dans la production de l'aluminium par électrolyse de ltoxyde d'aluminium (A12o5, alumine) dissous dans un électrolyte fluoré, le bain liquide se trouve dans une cuve dont l'intérieur est reveAtu d'un matériau carboné et qui est pourvue, entre ltenve- loppe extérieure en acier et le revzetement en matière carbonée, dgune couche de matière thermiquement isolante. Dans le fond du revêtement sont incorporés des conducteurs de courant en fer (barres cathodiques). Sur le fond se rassemble l'aluminium qui se dépose à la cathode par électrolyse. Au-dessus se trouve l'électrolyte fluoré fondu, dans lequel est dissous ltoxyde d'aluminium.Dans le bain plongeant, par le haut, les anodes en carbone amorphe. Le bain fondu3 lui-mme, est recouvert d'une croûte d'électrolyte solidifié, sur laquelle repose une couche d'alumine. Cette alumine se réchauffe sur cette croûte; elle est ainsi prête, sur la cuve, à être introduite dans le bain. La hauteur de la couche de couverture d'alumine, sur le bainet, le cas échéant, sur les anodes, à une influence aussi sur les échanges thermiques concernant cette partie de la cuve; les pertes de chaleur peuvent astre relativement bien tenues sous contrôle en variant la hauteur de cette couche d'alumine. La production de chaleur, d'autre part, dépend grandement de la distance anode/cathode (la cathode dans le cas présent est constituée par l'aluminium liquide rassemblé sur le fond de la cuve). Cette distance, appelée aussi distance interpolaire, mesure en pratique entre 4 et 6 cm. Pour éviter de trop grandes fluctuations dans le dégagement d'énergie thermique dans le creuset de la cuve, il est recommandé d'opérer avec une distance entre l'anode et la cathode ne variant que dans des limites très restreintes. La concentration en A1203 dans la cryolithe fondue varie habituellement entre 1 et 10%e Au cours de l'électrolyse, l'alumine est consommée par le processus électrochimique et doit être périodiquement additionnée. Ceci a lieu lors du piquage de la crotte solide qui recouvre l'électrolyte fondu et de l1intro- auction dans le bain de l'alumine qui est étalée au-dessus de cette croûte. Si la concentration en Al O baisse au-dessous d'une 25 valeur critique (2,5 - 1%) il se produit l'effet dit anodique; la tension de la cuve montebrusquement- de ),7 - 4,5 volts à des valeurs de l'ordre de 20 - 50 volts. L'effet anodique est "éteint" également par piquage de la crotte et addition d'-alumine au bain fondu. Habituellement il faut en outre agiter le bain par brassage, par barbotage de gaz ou par tout autre procede semblable. Mais la tension des cuves augmente déjà , bien que lentement, lorsque la concentration en Al2O3 diminue; par rapport 25 au moment où cette concentration est la plus élevée, liaugmenta- tion de tension est de l'ordre de 0,1 à 0,3 volt. Si l'on ajoute de alumine w bain, la tension retombe au'point de départ. Si l'addition n'a pas lieu en temps voulu, l'effet anodique se déclénche. L'augmentation de la tension est imputée à une moins bonne "mouillabilité" des anodes de la part de l'-électrolyte liquide, lorsque sa teneur en Al2O3 dissous diminue. En tout cas, 1 P augment at ion de tension prend origine au niveau de-la surface de séparation électrolyte/anode, car la conductibilité électrique de l'électrolyte, elle, ne diminue pas avec la diminution de la teneur en Al2O3 dissous mais, au contraire, augmente. L'augmentation de la tension de la cuve provoque une augmentation de l'apport d'énergie à ladite cuve. Cela est un inconvénient, car la température de l'électrolyte doit être mainte--nue autant que-possible constante entre 940 et 96500. Si la température est trop basse, il y a ségrégation partielle de la cryolithe fondue car la température de travail dans l'électrolyse de l'alu- -minium n'est que peu au--dessus dexla température du liquidus. D'autre part, si la température de l'électrolyte est trop élevée, les pertes de métal dues à la réoxydation augmentent; une partie de l'aluminium déposé-par électrolyse, passe en solution dans le bain, arrive au contact- des gaz se4e'gageant-àl'anode, constitués essentiellement de CO et G02 et est réoxydée. Ces- pertes dues à la réoxydation, qui oscillent en pratique entre 8 et 20, augmentent fortement lorsque la température de l'électrolyte dépasse 970 C. De ce fait, il est particulièrement avantageux de maintenir autant que possible constante là température du bain. Afin de compenser le supplément de chaleur produit par l'abaissement de la concentration en Al20D, on réduit habituellement la distance interpolaire. Ceci se fait, le plus souvent, par un réglage à la main. Les installations modernes sont toutefois équipées de dispositifs automatiques de régulation de la tension des cuves; ceux-ci sont réglés sur une valeur de tension préfixée et, lorsqu 'il y a divergence entre cette valeur préfixée et la valeur effective, ils agissent dans le sens d'une modification de la distance anode/cathode afin de rétablir la valeur de tension préfixée. Le principe de cette intervention est en soi juste. Dès que la tension de la cuve augmente, du fait d'un moins bon "mouillage" des anodes de la part de I'électrolyte, on réduit la distance interpolaire et ramène ainsi la tension à son point de départ. Grâce à cette manoeuvre, l'apport d'énergie électrique à la cuve reste constant et la température de l'électrolyte est stabilisée. Cette façon de conduire les cuves présente néanmoins des inconvénients. Si la tension de la cuve augmente, cela signifie que la concentration en Al2O3 a diminué. Si le réglage à la main ou automatique est alors mis. en oeuvre et si la distance interpolaire est réduite, les pertes de métal augmenteront à la suite de cette manoeuvre. Car en effet, ces pertes sont fonction aussi bien de la température de l'électrolyte que de la distance interpolaire et de la concentration en Au205 dissous. Plus cette concentration est faible, plus il y aura de métal en solution. Plus la distance anode/cathode est faible, plus grande sera la quantité de métal réoxydé. Plus les pertes de métal par unité de temps augmentent, plus grande sera la consommation d'énergie spécifique (kWh/kgAl). Cette consommation varie entre 12 et 16 kWh/kgAl et dépend beaucoup de la façon de conduire les cuves et du type de celles-ci. Les inconvénients mentionnés peuvent être surmontés grâce au procédé de l'invention. Celui-ci concerne l'alimentation en Ai20) de l'électrolyte fluoré fondu, utilisé dans la production de l'aluminium par voie électrolytique et est caractérisé en-ce que l'alimentation en Au 203 a lieu, en maintenant constante la distance interpola ire, lorsque la tension de la cuve tend à dépasser une valeur limite fixée à l'avance. Cette valeur limite est prédeterminee en fonction du type de la cuve et des conditions de travail, par exeMple au niveau de 4,5 + 0,1 à- 0,15 volts. En d'autres termes, on fixe la valeur limite de la tension de la cuve entre 4,60 et 4,65 volts. L'alimentation en alumine a lieu dès que cette valeur limite est dépassée et ce par-piquage de la croûte qui recouvre le bain et introduction de l'oxyde d'aluminium. On n'attend donc pas, comme cela est souvent le cas, qu' un laps de temps déterminé se soit écoulé pour effectuer le service de la cuve, c' est-à-dire le piquage de la croûte, mais on procède à l'alimentation en alumine dès qu'une tension limite prédéterminée de la cuve a été atteinte, tout en maintenant constante la distance interpolaire. L'augmentation de la tension peut être surveillée par différents instruments. On-peut > par exemple, utiliser des voltmètres à contact qui émettent un signal dès qu'unie valeur prédéterminée a été dépassée. On peut également avoir recours à des calculateurs opérationnels. Après addition de l'alumine, on mesure à nouveau la tension de la cuve pour vérifier si l'augmentation de tension enregistrée avant l'introduction de l'alumine a disparu après dissolution de l'alumine fratchement ajoutée, ctest-à-dire si la tension de la cuve est de nouveau tombée au-dessous de la valeur limite préfixée. Il est toujours possible, si tel n'était pas le cas, d'ajouter une quantité supplémentaire d'oxyde d'alumine dans l'électrolyte. Si l'on choisit comme valeur-limite non pas celle d'une tension de cuve mais celle de la vitesse de variation de la tension de cuve B U (variation de la tension de la cuve par unité de t t temps), le mode de mise en oeuvre de procédé reste le même. I1 existe des appareils régulateurs de cuve, qui enregistrent non seulement la tension de la cuve mais aussi sa résistance interne, exprimée par le rapport de la tension et de l'intensite du courant. On peut aussi choisir une valeur-de cette résistance interne comme valeur limite pour déclencher l'alimentation en alumine. Enfin, on peut aussi avoir recours, en tant que paramètre de reférence, à la variation de la résistance interne de la cuve par unité de temps. La quantité d'alumine qui est ajoutée au bain ne peut être contrôlée de façon précise car, lors du piquage de la croûte recouvrant l'électrolyte, la quantité d'alumine qui tombe dans le bain n'est pas exactement définie; la quantité effective est sujette aux fluctuations inhérentes au service de la cuve. Une condition pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention est, en tout cas, le maintien de la distance interpo latrie à une valeur constante pendant la marche de la cuve. Les données relatives au contrôle des valeurs limites peuvent d'ailleurs être utilisées, par exemple, par des ordinateurs opérationnels en vue de programmer la prochaine addition d'alumine. En d'autres termes, il-est possible de calculer à l'avance l'intensité et le moment du prochain piquage de la croate de l'électrolyte et de addition de l'alumine. L'intensité du piquage peut être exprimée par le nombre de coups de marteau-piqueur et/ou par la quantité d'alumine ajoutée pendant le service. Le moment peut être choisi de façon qutilt stinsère le mieux possible dans le programme du dispositif de piquage. L'addition régulée d'alumine selon le procédé de l'invention permet d'augmenter la production des cuves de 1 à 3, du fait que les pertes de métal dues à la réoxydation sont réduites. D'autre part, la consommation spécifique d'énergie peut être abaissée de 0,5 kWh/kgAl et mAeme davantage. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art au procédé qui vient d'être décrit uniquement à titre d'exemple non limitatif, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Procédé d'alimentation en alumine de l'électrolyte fluoré utilisé pour la production de l'aluminium, caractérisé en ce que la distance interpolaire étant maintenue constante, l'addition a lieu lorsque Aa valeur Emite préfixée d'une fonction de la tension de la cuve a été dépassée 2. Procédé-selon revendication 1, caractérisé en ce que l'addition a lieu lorsque une valeur limite de la tension de la cuve a eté dépassée. 3. Procédé selon revendication 1, caractérisé en ce que l'addition a lieu lorsque valeur limite de la vitesse de variation de la tension de la cuve a été dépassée. 4. Procédé selon revendication 1, caractérisé en ce que l'addition a lieu lorsqu'-une valeur limite de la résistance interne de la cuve a été dépassée. 5. Procédé selon révendication 1, caractérisé en ce que l'addition a lieu lorsqu'une valeur limite dela variation de la résistance interne de la cuve par unité de temps a été dépassée. 6. Procédé selon revendication 1, caractérisé en ceq;xt de suite après une addition d'alumine, la.prochaine addition d'alu- mine est programmée.