Brevet FR2083362A1 — publié le 19711217

On décrit dans la demande de brevet français déposée ce meme jour par le demandeur pour "Procédé et dispositif pour supprimer effet anodique au cours de l'électrolyse des sels fondus" un procédé et un dispositif pour supprimer l'effet anodique au cours de l'électrolyse des sels fondus par mise en vibration de l'anode de la cuve d'électrolyse à une fréquence et avec une amplitude adéquates, la fréquence de 50 Hz et l'amplitude de 1 mm étant préférées, au moyen d'un système de vibration mécanique, électrique, électromagnétique ou pneumatique. Parallèlement à ce procédé général applicable dans l'électro- lyse des sels fondus, la présente invention a pour objet un procédé et un dispositif pour supprimer l'effet anodique au cours de la fabrication de l'aluminium par électrolyse de l'alumine fondue dans la cryolithe. L'effet anodique apparaît au cours de l'électrolyse de l'alumine si la concentration de l'alumine en cryolithe descend sous une certaine valeur, 2% par exemple. Dans la technique classique l'apparition de l'effet anodique est signalée par un signal optique ou acoustique provoqué par l'élévation brusque de la tension, tandis que l'effet anodique est supprimé par l'alimentation des cuves d'électrolyse avec de l'alumine. Le fait de supprimer l'effet anodique seulement par l'alimentation avec de l'alumine présente le désavantage que l'alimentation dure un certain temps, de l'ordre de 6 à 10 minutes en moyenne, et que par conséquent les conséquences néfastes de cet effet anodique sur le processus d'électrolyse se manifestent pleinement pendant cette durée. Parmi ces conséquences défavorables, on peut citer 10 L'élévation considérable de la tension d'électrolyse. La tension normale d'électrolyse de l'alumine est de 4V environ. Au moment de l'apparition de l'effet anodique, la tension s'élève brusquement à 30 V ou à des valeurs encore plus élevées. Etant donné que l'alimentation de la cuve, afin de supprimer l'effet anodique, demande un certain temps, l'apparition de l'effet anodique entraine une consommation supplémentaire d'énergie et une surtension d'électrolyse. Dans de bonnes conditions d'électrolyse, avec un seul effet anodique par jour ayant une durée de 6 minutes cette surtension représente 0, 12 V, ce qui entraine une consommation supplémentaire d'énergie de 3%. 20- La surchauffe des cuves d'électrolyse. Le régime thermique des cuves d'électrolyse est réglé, dans les conditions normales d'électrolyse, lorsque la température de l'électrolyte est de 950"C environ. Une multiplication de la tension au cours de l'effet anodique par un facteur de l'ordre de 8 provoque une surchauffe considérable des cuves, la température sous les anodes pouvant atteindre et même dépasser la valeur de 1600 C. Cette surchauffe provoque la volatilisation des composés du fluor, et donc une augmentation considérable de la consommation spécifique de ces composés, qui sont très chers, ainsi que la pollution accentuée de l'atmosphère des halls avec des composés de fluor, qui sont extrêmement toxiques. L'élévation de la température dans les cuves d'électrolyse, élévation qui se prolonge longtemps après la suppression de l'effet anodique, conduit à une réduction du rendement de courant, à une augmentation de la consommation d'énergie électrique et à une augmentation de la consommation spécifique d'anode. A celle-ci contribuent aussi les arcs électriques qui se forment pendant l'effet anodique entre l'anode et l'électrolyte, ce qui peut provoquer la rupture de l'anode. L'élévation de la température dans les cuves favorise aussi la formation d'écume qui a aussi des effets défavorables pour le processus d'électrolyse. Mais l'élévation de la température conduit également à un dérèglement général de l'équilibre thermique dans les cuves, modifiant le volume d'électrolyte fondu, le niveau de l'électrolyte, l'épaisseur de la croûte, etc. 30 L'apparition de l'effet anodique dans une cuve d'électrolyse provoque également des perturbations dans le régime de travail des autres cuves liées en série, la tension ou la puissance de la station de redressement étant habituellement constante. La présente invention élimine ces inconvénients du fait que chaque cuve d'électrolyse est munie d'un mécanisme complexe de vibration qui, au moment de l'apparition de l'effet anodique, met les anodes en mouvement vibratoire avec une fréquence et une amplitude convenables. L'invention a donc pour objet - un procédé pour supprimer l'effet anodique au cours de l'électrolyse de l'alumine, caractérisé par le fait qu'il consiste à mettre en vibration les anodes avec une fréquence comprise entre 1 et 300 Hz et une amplitude comprise entre 0,01 et 50 mm; - un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé et caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens pour mettre en vibration les anodes avec la fréquence et l'amplitude précisées ci-dessus. Ce dispositif peut en outre présenter les caractéristiques supplémentaires suivantes - tout l'ensemble anodique est construit de manière à constituer un système vibratoire ayant une fréquence propre prédéterminée; - ce système vibratoire peut être mis en mouvement vibratoire par une force d'excitation créée mécaniquement, électriquement, électromagnétiquement ou pneumatiquement;~ - la fréquence de la force d'excitation est sensiblement égale à la fréquence propre du système vibratoire; - le système vibratoire se met en mouvement au moment de l'apparition de l'effet anodique par fermeture d'un relais sous l'influence de la surtension d'électrolyse; - le système vibratoire peut être arrêté après l'alimentation de la cuve en alumine et l'abaissement de la tension d'électrolyse qui résulte de cette alimentation. On va maintenant donner un exemple de réalisation du dispositif complexe de vibration des anodes, mettant en oeuvre la présente invention, avec référence à la figure annexée qui représente schématiquement, en section longitudinale, une cuve d'électrolyse de l'alumine. tes anodes 1 sont fixées par l'intermédiaire des tiges anodiques en aluminium 2 et des cames de serrage 3 de la barre anodique en aluminium 4. La barre anodique 4 est fixée à une barre auxiliaire 5 par l'intermédiaire de deux arcs ou ressorts métalliques 6. La barre auxiliaire est solidaire d'un cric 7 et peut ainsi être montée ou descendue simultanément avec l'ensemble du système anodique au moyen d'un ensemble moteur-réducteur 8. Les ressorts 6 ont des dimensions qui assurent au système vibrateur une fréquence propre de 50 Hz pour le poids maximal des anodes (anodes neuves). Le système vibratoire (les anodes, les tiges anodiques et la barre anodique) est mis en mouvement par deux excitateurs ou vibreurs pneumatiques 9 fixés entre la barre anodique 4 et la barre auxiliaire 5. La fréquence des excitateurs est de 50 Hz et leur capacité est choisie de telle sorte que, pour un poids maximal des anodes, l'amplitude de vibration soit de 1 mm, dans le mode de réalisation préféré. Au moment de l'apparition de l'effet anodique, l'élévation de la tension de 4 à 30 V ferme un relais (non représenté) qui, à son tour, commande l'ouverture des soupapes 10 d'admission d'air comprimé actionnant les vibreurs, et le système commence à vibrer. Après la disparition de l'effet anodique, le relais s'ouvre à nouveau, les soupapes d'air comprimé se ferment et la vibration est de ce fait arrêtée. Le dispositif conforme à l'invention présente l'avantage de permettre la suppression de l'effet anodique tout de suite après l'apparition de celui-ci et pendant l'alimentation de la cuve d'électrolyse, éliminant ainsi tous lesrésulits défavorables de cet effet sur le processus d'électrolyse. Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application, non plus qu'à ceux des modes de réalisation, de ses diverses parties, ayant été plus spécialement envisagés; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Procédé pour supprimer l'effet anodique au cours de l'é- lectrolyse de l'alumine, caractérisé par le fait qu'il consiste à mettre en vibration les anodes avec une fréquence comprise entre 1 et 300 Hz et une amplitude comprise entre 0,01 et 50 mm. 2. Procédé selon-la revendication 1, caractérisé par le fait que la fréquence est de l'ordre de 50 Hz. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que l'amplitude est de l'ordre du millimètre. 4. Dispositif pour supprimer l'effet anodique au cours de l'électrolyse de l'alumine, mettant en oeuvre le procédé selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens pour mettre en vibration les anodes avec la fréquence et l'amplitude précisées dans ces revendications respectives. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que tout l'ensemble anodique (anodes, tiges anodiques et barre anodique) forme un système vibratoire ayant une fréquence propre prédéterminée. 6. Dispositif selon la revendication 4 ou 5, caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens mécaniques, électriques, électromagnétiques ou pneumatiques aptes à créer une force vibratoire pour mettre en mouvement vibratoire l'ensemble anodique. 7. Dispositif selon l'ensemble des revendications 5 et 6, caractérisé par le fait que la fréquence de la force vibratoire d'excitation est sensiblement égale à la fréquence propre de 1 'ensemble anodique. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé par le fait que l'ensemble anodique est mis en mouvement vibratoire au moment de l'apparition de l'effet anodique sous la commande d'un relais actionné par la surtension d'électrolyse. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé par le fait que ledit relais est ouvert afin d'arrêter le mouvement vibratoire des anodes après l'alimentation en alumine de la cuve d'électrolyse. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 9, caractérisé par le fait que la barre anodique est fixée à une barre auxiliaire par l'intermédiaire de ressorts métalliques, qui ont des dimensions telles qu'elles assurent la fréquence désirée de vibration.