Brevet FR2399490A1 — publié le 19790302

La présente invention concerne une anode pour cellules électrolytiques. Dans les cellules électrolytiques connues propres à l'extraction de métaux de leurs solutions tels que, en particulier, de zinc, les anodes sont constituées par des plaques pleines ou trouées en un alliage Pb-Ag (0,7-1,0% Ag). Compte tenu du coût élevé de l'argent, une installation électro- lytique industrielle, qui comporte des milliers ou des dizaines de milliers d'anodes, exige des dépenses d'investissement très élevées et en outre, en raison de la durée de vie moyenne des anodes, qui est relativement brève, des coûts de fonctionnement très élevés Le principal objet de la pressente invention est de réaliser des anodes pour cellules électrolytiques qui, pour une qualité égale, requièrent une quantité moindre d'alliage Pb~Ag et, par conséquent, permettent de réduire les dépenses d'investissement et de fonctionnement de l'installation. Un autre objet de l'invention est de réaliser des anodes susceptibles de permettre une meilleure circulation de l'électrolyte à l'intérieur de la cellule. Un objet de l'invention est également de réaliser des anodes plus rigides par rapport aux anodes traditionnelles et qui permettent de réduire le nombre des courts-circuits dus à leur déformation. Enfin, un objet de l'invention est de réaliser des anodes qui permettent un entretien plus aisé en ce qui concerne le dotachement périodique des boues anodiques. A cet égardt une anode pour cellules électrolytiques conforme à l'invention est caractérisée en ce qu'elle comprend une barre pour l'adduction du courant et une pluralité d'éléments filiformes qui se rattachent à ladite barre et comprennent une ffime-support rigide revêtue d'une couche d'alliage Pbg. Avantageusement, 1 'âme de chaque élément filiforme peut autre formée par une barre ronde ou par un tube métallique revêtu par extrusion d'une couche d'alliage Pb-Ag. Toujours selon l'invention, chaque paire d'éléments filiformes adjacents peut autre constituée par un seul élément filiforme doublé en U et fixé à la barre par ses extrémités. Avantageusement, les éléments filiformes de chaque anode peuvent autre maintenus à une distance égale au moyen d'éléments tubulaires en matériau isolant propre à raidir l'anode et à la maintenir distante des cathodes adjacentes. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaitront plus clairement à la lecture do la description qui suit dune forme préférée de réalisation et à l'examen des dessins annexés correspondants, dans lesquels - la Fig. I est une vue en perspective d'une anode selon l'invention ; - la Fig. 2 est une vue détaillée en perspective, partiellement sectionnée et à plus grande échelle, d'un élément filiforme de l'anode ; et - la Fig. 3 est une coupe longitudinale à plus grande celle de l'extré- mité d'un élément filiforme selon une variante de réalisation. Comme on le voit sur les figures, l'anode comprend, conformément à l'invention, une barre 1 d'adduction du courant, réalisée d'une manière traditionnelle, avec une âme en cuivre 2 revêtue d'une couche de plomb métallique 3. A la barre 1 se rattache une pluralité d'élément 4, essentiellement constitués chacun par une barre ronde 5 en aluminium revêtue, de préférence par extrusion, d'une couche d'alliage Pb-Ag Les divers éléments 4 ou, plus précisément, les deux bras des divers éléments 4, sont tenus ensemble au moyen de tubes horizontaux en plastique 7 qui présentent des trous diamétraux espacés à des intervalles adéquats, lesdits éléments 4 étant enfilés dans ces trous. Ces tubes 7 contribuent à raidir l'anode et à assurer la répartition régulière des déments 4 et, en mdme temps, à maintenir les anodes distantes des cathodes adjacentes de la cellule électrolytique. En raison de la forme particulière de réalisation, l'anode selon l'invention offre, par rapport aux anodes traditionuelles à plaques, de nombreux avantages parmi lesquels - une remarquable réduction du poids de l'alliage Pb-Ag pour des qualités égales et, par suite, une diminution considérable des dépenses d'investissement et d'entretien - une meilleure circulation de l'électrolyte à l'intérieur de la cellule ; - une plus grande rigidité de l'anode et, par conséquent, un prolan gomment do sa durée de vie moyenne, compte tenu de la réduction du nombre des courts-circuits normalement cansés par les déformations des anodes ; et - une plus grande facilité dans le détachement des boues anodiques et donc un entretien périodique plus aisé des cellules. Selon la forme de réalisation illustrée à la Fig. 3, les éléments filiformes, au lieu d'être doublés en U, sont constitués par une barre cylindrique 4' soudée à son extrémité supérieure à la couche do plomb de la barre 1 et pourvue à son extrémité intérieure d'un bouchon 8 en plastique ou en un autre matériau isolant qui empêche le contact de l'âme interne en aluminium 5' avec la solution électrolytique. Cette forme de réalisation est particulièrement avantageuse lorsque l'âme St est réalisée en tube, et non en barre rondes ou do toute autre forme présentant un diamètre inadéquat pour le repliage en U de l'élément filiforme. Exemple N 1 On a construit une cellule électrolytique avec 21 anodes et 20 cathodes. La distance entre les anodes est 90 m@@. Chaque anode est constituée par 10 éléments doublés en Ü, avec des bras de 1 n de longueur, distants de 2 cm l'un de l'autre, formés par une barre ronde en aluminium de 3 mM de diamètre et recouverte par extru- sion d'une couche épaisse de 3 m@ en alliage Pb-Ag (à 0,8 % en Ag). Par conséquent, la longueur totale de l'anode est égale à 1 a et sa largeur totale est de 56 cm. Puisque, lors du fonctionnement, la longueur totale do la portion immergée des éléments en U est égale à 88 cm, l'encombrement de l'anode immergée est sensiblement égal à celui d'une anode traditionnelle (88 ci par 57 cm). Dans le tableau 1 ci-après, on a reproduit certains paramètres caractéristiques (surface active, poids de l'alliage Pb-Ag, coût de chaque anode) pour deux anodes présentant le même encombrement dont l'une (anode A) est de type traditionnel et li deuxième (anode B) est réalisée selon l'invention. TABLEAU 1 - Caractéristiques et coûts d'une anode traditionnelle (A) et d'une anode réalisée selon l'invention (B) qui pré- sentent un encombrement égal. Anode A Anode B Surface active (a2) I 0)5 Peide de l'alliage Pb-Ag (Kg) 58,174 12,80 Coût du Pb (500 LIT/Kg) 28.850 6.354 Coût de l'Ag (130.000 LIT/Kg) 60.450 13.310 Coût de l'Al (1450 LIT/Kg) -- 545 Coût de l'extrusion (1.080 LIT/Kg 14.230 Coût total (LIT) 89.300 34.435 A l'examen du tableau 1, il apparat que, pour des dimensions externes égales, une anode selon l'invention permet d'effectuer une économie de 60 % par rapport à une anode traditionnelle.De ce même tableau, on peut en outre observer que - les coûts de soudure à la barre t des plaques d'une anode tradi- tionnelle et ceux des éléments filifornes 4 selon l'invention n'ont pas été indiqués, car ils ont une incidence limitée qui, de toute manière, ne diffère pas dans les deux cas; par conséquent, le rapport des deux coûts n'en est pas appréciablement modifié - les coûts de lamination des plaques de Pb-Ag n'ont pas été indi qués; par conséquent, le rapport réel des coûts résultants est encore plus favorable à l'anode selon l'invention - les -dépenses pour l'extrusion des éléments filiformes 4 correspon- dent à celles que lton a effectivement chargées pour le nombre réduit d'éléments réalisés; il est évident que, si ce nombre devait augmenter, le coût unitaire de l'opération diminuerait d'une manière appréciable; par conséquent, à cet égard, le rapport des coûts réels résultants est encore plus favorables à l'anode selon l'invention. Dans le tableau 2 qui suit, on a assemblé les données -relabLves à des mesures effectuées périodiquement au cours de quelquas mois d'observation, dans une cellule (N 3) équipée avec des anodes selon l'invention, comparées avec les données relatives à des mesures effectuées dans des cellules identiques (N t et 2) équipées avec des anodes traditionnelles. TABLEAU 2 - Comparaison entre des mesures effectuées dans une cellule (N 3) équipée avec des anodes selon l'invention et dans des cellules (N 1 et 2) équipées avec des anodes traditionnelles Rendement ampèrien Rendement ampèrien Contenu en Pb en gr Zn/1000 Ah % gr/t dans les cathodes Cellules Cellules Cellules t 2 3 1 2 3 1 2 3 1126 1103 1072 92,4 90,5 88,0 1162 1162 1157 95,3 95,3 94,9 26 1169 1159 1129 95,9 95,1 92,6 19 1111 1157 10Q7 9t,1 94,9 82,7 9 35 1072 1138 1091 88,0 93,4 89,6 6 6 16 1134 1061 1091 93,1 87,0 89,6 5 6 16 1034 1038 1088 84,8 85,2 89,3 5 4 9 1053 1142 1057 86,4 93,7 86,7 9 8 20 1122 1076 1134 92,1 88,3 93,0 12 19 20 1036 1069 1017 85,0 87,7 83,4 7 11 16 1099 1154 1045 90,2 94,6 85,7 14 13 24 1045 1146 1099 85,7 94,0 90,2 7 7 22 1180 1022 1076 96,8 83,9 88,3 8 12 15 1084 1023 1073 88,9 83,9 88,0 8 12 8 1131 1028 1087 92,8 84,3 89,2 8 8 16 1149 1169 1129 94,3 95,9 92,6 5 5 15 1149 1111 1115 94,3 91,2 91,5 9 13 22 1138 1166 1103 93,4 95,6 90,5 10 14 27 1100 1176 1115 90,2 96,5 91,5 19 17 25 1158 1176 1129 95,0 96,5 92,6 11 17 15 1153 1168 1157 94,6 95,9 94,9 9 20 20 1134 1169 1080 93,0 95,9 88,6 14 17 14 1133 1179 1149 93,0 96,7 9492 6 6 6 Les données contenues dans le tableau 2 permettent de souligner les variations souvent appréciables du rendement ampèrien; toutefois, ces variations ne sont pas à attribuer aux anodes filiformes, étant donné que des variations du m8me prdre de grandeur sont à noter aussi dans le cas des cellules témoins; elles sont plutôt à attri buer & à t d'autres causes qui dépendent de situations exceptionnelles qui se vérifient dans la salle des cellules: des mesures erronées ou décalées dans le temps des poids des cathodes déchirées; des calculs incorrects des ampères débités par heure, des contacts insatisfaisants entre les cathodes et la barre; des courts-circuits. La densité anodique plus élevée des anodes filiformes, due au fait que la surface active est inférieure, produit comme conséqmce une tension aux extrémités de la cellule qui dépasse d'environ 0,35 volts celles des cellules témoins Une telle augmentation de chute de tension est égale à 10 % environ et se traduit en une augmentation du même ordre de la consommation spécifique d'énergie. La densité anodique plus élevée cause en outre une dissolution plus poussée du plomb des anodes, ce qui amène couine conséquence une teneur plus élevée de ce métal dans les cathodes en zinc et une réduction ultérieure de la durée de vie desdites anodes, déjà appréciablement réduite à cause de la quantité limitée de l'alliage Pb-Ag engagé. Naturellement, on peut construire des anodes filiformes présentant une forme différente, avec un nombre plus élevé d'éléments ou avec des éléments possédant un diamètre plus grand jusqu'à obtenir, selon les exigences, des densités anodiques égales ou même moins élevées que celles des anodes traditionnelles. Dans ce cas, la consommation en énergie devient égale ou m8me moins élevée que celle relative des cellules à anodes pleines; la charge de plomb dans les cathodes diminue et prolonge la durée de vie moyenne des anodes. Pour des couches de revbtement d'épaisseur égale* on augmente cependant la quantité d'alliage Pb-Ag nécessaire et les coûts relatifs à l'alliage et à la préparation. Toutefois, la quantité d'alliage Pb-Ag peut astre réduite, en amincissant l'épaisseur de la couche de revêtement au détriment partiel de la durée de vie des anodes. A cet égard on doit noter que la durée de vie moyenne théorique des anodes filiformes (c'est- à-dire la durée due uniquement à la solubilisation naturelle du plomb, an l'absence de ruptures accidentelles ou de courts-circuits) est évidemment plus brève que celle des anodes traditionnelles, dans une certaine mesure en relation avec la quantité d'alliage Pb-Ag moins élevée et requise pour leur préparation. On a cepenim* calculé que la plus forte rigidité que possèdent les anodes selon l'invention, et la remarquable diminution qui s'ensuit dans le nombre de ruptures accidentelles ou de courts-circuits, rend la durée de vie moyenne effective des anodes selon l'invention, sensiblement égale à celle des anodes traditionnelles. Exemple N 2 On a réalisé une cellule dlectrolytique avec 13 anodes et 12 cathodes. La distance entre les anodes est de 90 mm. Chaque anode est constituée par 20 éléments doublés en U, avec des bras de 1,37in de longueur et distribués au long de la barre d'adduction du courant sur un trait de 0,8 m. Chaque élément comprend une barre ronde d'aluminium de 3 mm de diamètre, recouverte par extrusion d'une couche d'alliage Pb-Ag (0,8 % Ag) d'épaisseur de 3 mm. Par conséquent, la longueur totale de l'anode est de 1,37 met sa largeur totale de 80 cm. Et comme, pendant le fonctionnement, on a maintenu la longueur de la portion immergée des éléments en U égale à 125 cm, l'encombrement de l'anode immergée est sensiblement identique à celui d'une anode traditionnelle (125 cm par 80 cm). TABLEAU 3 - Caractéristiques et coûts d'une anode traditionnelle (Anode C) et d'une anode selon l'invention (Anode D). Anode C Anode D Surface active (m2) 2 1,53 Poids de l'alliage Pb-Ag (Kg) 58,174 12,80 Coût du Pb (500 LIT/Kg) 54.700 17.500 Coût de l'Ag (130.000 LIT/Eg) 114.600 36.800 Coût de l'Al (1.450 Llr/Kg) -- 1.660 Coût de l'extrusion (1.080 LIT/Kg) -- 39.340 Coût total (LIT) 169.300 95.300 Dans le tableau 3 ci-dessus, on a reproduit certaines données caractéristiques (surface active, poids de l'alliage Pb-Ag, coût de chaque anode) pour deux anodes dont l'une de type traditionnel (Anode C) possède une surface anodique de 2 m2 et dont l'autre (Anode D) est réalisée selon l'invention. Dans le tableau 4 qui suit, on a assemble les données relatives à des mesures effectuées périodiquement, au cours de quelques mois d'observation, dans une cellule (N. 4) équipée avec des anodes selon l'invention et dans une cellule identique (N. 5) équipée avec des anodes traditionnelles. TABLEAU 4 - Comparaison entre les mesures effectuées dans une cellule (N. 4) équipe avec des anodes selon l'invention et dans une cellule (N 5) équipée avec des anodes traditionnelles. Rendement ampèrien Rendement ampèrien Contenu en Pb en gr/t gr Zn/1000 Ah % dans les cathodes 4 s 4 5 4 5 1052 1047 86,3 85,9 12 11 1064 1048 87,4 85,9 10 14 1023 1136 83,9 93,2 21 24 1096 1033 89,9 84,8 25 33 1070 1010 87,8 82,9 16 22 1095 1052 89,9 86,3 14 20 1107 1032 90,8 84,7 - 1133 1158 93,0 95,1 7 10 1056 1076 86,6 88,3 - - 1089 1094 89t3 89,8 - - 1069 1067 87t7 87,6 - 1088 1062 89,3 87,1 , , 1110 1137 91,0 93,4 17 9 1007 1114 82,6 91,5 - 1001 1027 82,2 84,2 - 1057 1030 86,4 84,6 - - 1055 1088 86,5 89,3 10 7 1052 1005 86,3 82,4 8 1114 1139 91,4 93,4 - 1042 1129 85,7 93,8 13 25 1023 1039 83,9 85,3 - A l'examen du tableau 3 (à propos duquel on peut considérer les mêmes remarques déjà faites au sujet du tableau 1, par rapport aux coûts), et du tableau 4, on peut observer qu'avec des anodes selon l'invention, réalisées suivant l'exemple dont il s'agit, on atteint une économie supérieure à 40 %, tout en gardant la tension aux extrémités de la cellule à peine plus élevée de 0,05-0,1 volt, par rapport à la tension existante dans l'autre cellule, alors que les teneurs en Pb dans les cathodes des deux cellules sont pratiquement égales. M8me dans ce cas, comme dans le cas qui précède, tout en considérant videmment la durée moyenne théorique des anodes selon l'invention inférieure à la durée moyenne théorique des anodes traditionnelles qui ont un poids plus élevé, la durée moyenne des anodes selon l'invention est en pratique sensitlement égale à celle des anodes traditionnelles, à cause de leur rigidité plus élevée et de la réduction qui s'ensuit relativement au nombre de ruptures accidentelles et de courts-circuits. REVENDICATIONS 1 - Anode pour cellules électrolytiques, caractérisée en ce qu'elle comprend une barre (i) pour l'adduction du courant et une pluralité d'éléments filiformes (4,4') qui se rattachent à ladite barre (1) et comprennent une Sme-support rigide (5,5') revêtue d'une couche (6) d'alliage Pb-Ag. 2 - Anode selon la revendication~1, caractérisée en ce que chaque élément filiforme (4,4t) est constitué par une barre ronde déliée (5,5') revêtue par extrusion de la couche (6) d'alliage Pb-Ag. 3 - Anode selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque élément filiforme (4,4t) est constitué par un tube métallique (5') rev8tu par extrusion d'une couche (6) d'alliage Pb-Ag. 4 - Anode selon la revendication 2 ou 3* caractérisée en ce que la barre ronde déliée intérieure (5,5') de chaque élément filiforme (4,4') est réalisée en aluminium. 5 - Anode selon les revendications 1 à 4, caractérisée en ce que chaque paire d'éléments filiformes (4) adjacents est constituée par un seul élément filiforme doublé en U et fixé à la barre par ses extrémités. 6 - Anode selon les revendications 1 à 4, caractérisée en ce que chaque élément filiforme (4') est pourvu, à son extrémité inférieure, d'un bouchon (8) en matériau isolant. 7 - Anode selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que les éléments filiformes (4,4') sont maintenus à une distance égale les uns des autres au moyen d'éléments tubulaires (7) en matériau isolant propre à raidir l'anode et à la maintenir distante des cathodes adjacentes. 8 - Anode selon la revendication 7, caractérisée en ce que les éléments filiformes (424') sont tenus ensemble an moyen d'éléments tubulaire (7) en matière plastique qui présentent des trous diamétraux pour le passage desdits éléments filiformes.