Brevet FR2483964A1 — publié le 19811211

PROCEDE ET APPAREILLAGE D'ALIIENrATION PONCTUELLE EN ALW4NE DE CUVES D'ELECTROLYSE POUR LA PRODUCTION D'ALUMINIUM La présente invention concerne un procédé et un appareillage d'alimentation ponctuelle en alumine de cuves produisant de l'aluminium par électrolyse ignée d'alumine dissoute dans de la cryolithe fondue selon le procédé Hall-Héroult. Jusqu'à une époque récente, l'alimentation en alumine était effectuée en déposant 1 'alumine. sur la croûte d'électrolyte figée recouvrant la cuve, et en brisant périodiquement cette croûte, au moyen de piqueurs, ce qui entraînait la chute de l'alumine dans le bain en quantités importantes et mal contrôlées. De tels procédés ont été décrits, par exemple, dans les brevets français 1 245 598, 1 526 766, 2 036 896 au nom de PECHINEY (correspondant respectivement aux brevets américains US. 3 216 918, 3 372 106, 3 679 557). On tend maintenant à effectuer l'alimentation en alumine de façon contrôlée et régulière, de façon à maintenir, en permanence, la concentration en alumine de l'électrolyte dans une fourchette prédéterminée, en vue d'obtenir le meilleur rendement possible. De tels systèmes ont été décrits, en particulier, dans les brevets fran çais 2 099 434 (ALCOA), 2 264 098 (NIPPON LIGHT METALS) et dans les brevers américains US. 3 400 062 (ALCOA) et US. 3 689 229 (ALCOA). Ils sont généralement constitués par un moyen de stockage centralisé d'alumine, et par un moyen de distribution de l'alumine sur les cuves, en un ou plusieurs points, le moyen de dosage de l'alumine étant le plus souvent combiné avec le moyen de perçage de la croûte d'électrolyte figé. De tels dispositifs d'alimentation imposent de placer la trémie d'alimentation à un niveau suffisaFmment haut par rapport à la cellule pour assurer l'écoulement de l'alumine par gravité, En plus, la trémie doit être placée à proximité de la cellule pour la même raison. Ces dispositifs ne sont pas bien adaptés à la réduction de l'encombre- ment des installations et à la transformation en alimentation automati que des cellules existantes alimentées, de façon classique, par enfoncement de la croûte. En outre, ils comportent des dispositifs mécaniques sujets à de fréquents dérangements et à une usure rapide en raison de l'effet abrasif de l'alumine. L'objet de l'invention est un procédé d'alimentation en alumine d'une cellule de production d'aluminium par électrolyte d'alumine dissoute dans de la cryolithe fondue, consistant à prélever de l'alumine dans une trémie et à l'envoyer par doses successives, dans au moins un orifice d'introduction pratiqué dans la croûte d'électrolyte figé, procédé selon lequel l'alumine, prélevée dans la trémie, est fluidisée puis transférée à l'état fluide dans un doseur ayant une capacité en alumine prédéterminée, puis éjectée du doseur sous l'action d'un jet d'air comprimé qui la chasse dans un tube d'alimentation débouchant à proximité immédiate de l'ori- fice d' introduction. Lors de l'éjection de l'alumine, le doseur est soumis à une pression d'air comprimé sensiblement égale à la pression du jet d'air assurant l'éjection, au moyen d'une buse qui empêche l'échappement d'air par la dérivation servant au dégazage, et assure une mise en pression du doseur qui facilite sa vidange. L'alumine contenue dans le doseur est maintenue à l'état fluidisé, de façon connue, par injection d'air comprimé sous une pression sensiblement égale à la pression du jet d'air assurant l'éjection. Un autre objet de la même invention est un appareillage pour la mise en oeuvre du procédé d'alimentation en alumine, comportant une trémie de stockage de l'alumine, des moyens de fluidisation de l'alumine, un moyen de dosage de l'alumine et un moyen de transfert de 1' alumine entre le moyen de dosage et au moins un orifice d'alimentation pratiqué dans la croûte d'électrolyte figé, caractérisé en ce que le moyen de dosage comporte, à sa base, un éjecteur relié à une source d'air comprimé, et, disposé de façon sensiblement coaxiale audit éjecteur, un tube de sortie d'alumine, connecté au moyen de transfert de l'alumine vers l'orifice d'alimentation.Ce transfert est effectué pneumatiquement, et non à l'état fluidisé, ce qui permet d'installer la trémie et les moyens de mesure à la distance et au niveau souhaités, par rapport à la cellule. Celd permet également d'alimenter plusieurs cellules à partir de la même trémie. Le doseur comporte, en outre, un moyen de mise en pression par air comprimé, sous une pression sensiblement égale à la pression d'éjection, et il peut comporter également, un moyen de fluidisation de l'alumine par air comprimé sous une pression sensiblement égale à la pression d'éjection. Cette égalité de pression : à l'éjecteur, à la mise en pression et à la fluidisation, peut être réalisée par tout régulateur-détendeur de type connu. L'ensemble de l'appareillage est relié à une source d'air comprimé régulée en pression et en débit, par l'intermédiaire d'électrovannes à commande séquentielle. Les figures qui suivent explicitent la mise en oeuvre de l'invention. La figure 1 représente, en coupe, une cellule d'électrolyse munie du dispositif d'alimentation, objet de l'invention. La figure 2 représente les moyens de stockage, de dosage et dtintroduc- tion de l'alumine. La cellule d'électrolyse, qui est conforme à l'état actuel de la technique et qui est du type à "anode précuite", comprend un revêtement réfractaire (1), un revêtement en carbone servant de cathode (2), un bain d'aluminium fondu (3), un électrode fondu à base de cryolithe dans lequel l'alumine est dissoute et des anodes en carbone (4) plongées dans l'élec- trolyte à une distance réglable de la surface du bain d'aluminium. Des barres collectrices, non représentées, relient les anodes et la cathode à une source de courant continu. A chaque point d'alimentation, un plongeur (5) muni d'une pointerolle (6) brise périodiquement la croûte (7) qui se forme par solidification de l'électrolyte en surface L'alumine arrive au point d'alimentation à l'aide d'un tuyau (8) connecté à la sortie du moyen de dosage et de transfert de 1' alumine (9), représenté, très schématiquement sur la partie gauche de la figure 1. Le dispositif, objet de l'invention, est schématisé sur la figure 2. Il comporte une trémie (10), qui sert au stockage de l'alumine et que l'on réalimente périodiquement à partir d'un stockage central. Elle est reliée à un pot de remplissage (11) dans lequel est effectuée la fluidisation. Le pot est séparé horizontalement en deux compartiments par une toile ou grille ou plaque perforée (12). Le compartiment supérieur (13) contient de l'alumine descendant de la trémie, tandis que le compartiment inférieur (14) est soumis à une faible pression d'air, dont l'arrivée est contrôlée par l'électrovanne (15). L'alumine contenue dans le compartiment (13) est alors fluidisée et se comporte connue un liquide, ce qui permet, par effet de "vases communicants", d'assurer le remplissage du doseur (16) par la canalisation (17).Le doseur (16) est constitué par un cylindre dont les dimensions fixent la capacité. Il comporte, à sa partie supérieure, un tube de dégazage (18) qui permet l'évacuation de l'air de fluidisation et, à sa partie inférieure, un dispositif de fluidisation (19) - grille, toile ou plaque perforée - et une alimentation (20) en air comprimé à pression et débit régulés de façon connue, munie, de préférence, d'un clapet antiretour (21). En outre, le doseur comporte un dispositif de mise en pression, lors du transfert de l'alumine vers la cellule d'électrolyse, comportant un tube (22) relié à la partie supérieure du doseur et muni, de préférence, d'un clapet antiretour (23), et débouchant dans le doseur au moyen d'une buse (24) située sensiblement au niveau de la dérivation du tube de dégazage (18). Lors de la mise en pression du doseur, cette buse empêche l'échappement d'air par la dérivation de dégazage, ce qui assure la mise en pression et facilite la vidange du doseur, c'est-à-dire l'éjection de l'alumine vers la cellule d'électrolyse. La vidange du doseur et le transfert de l'alumine vers la cellule sont obtenues grâce à un éjecteur (25) précédé, de préférence, d'un clapet antiretour (26). Le départ de l'alumine s'effectue par le tube (27) sensiblement coaxial à l'éjecteur (25) et qui se prolonge par un tube d'alimentation (28). Les trois circuits de mise en pression du doseur, de fluidisation du doseur et d'éjection de l'alumine sont commandés par une électrovanne commune (29). L'équilibrage des pressions des trois branches parallè- les est assurée par des dispositifs diaphragme-clapet antiretour sur chaque branche, qui sont de type classique. L'ensemble est alimenté par une canalisation (30) d'air comprime > . Le fonctionnement du dispositif est le suivant : ilse décompose en deux phases 1) Phase de remplissage : le doseur est vide, ItéIectrovanne du doseur est fermée, les clapets antiretour obturent les trois tubes d'ali mentation en air comprimé du doseur. On ouvre pendant une durée prédéterminée ltélectrovannCe15dle fluidisa- tion du pot de remplissage (11). Pendant ce temps, l'alumine fluidi sée (donc quali-liquide) dans le pot s'écoule dans le doseur par effet de "vase communicant" avec la trémie. Le doseur (16) se rem plit ainsi d'alumine fluidisée. Le dégazage se fait par le piquage supérieur du doseur relié, par le tube flexible (18), à la partie haute de la trémie, ainsi, le peu d'alumine entraîné par ce dégazage retourne dans la trémie. 2) Phase de vidange : le doseur est rempli, l'électrovanne (15) du pot de la trémie est fermée. On ouvre l'électrovanne (29) du doseur pen dant une durée prédéterminée. Pendant ce temps, les trois clapets an tiretour sont ouverts et - la fluidisation de l'alumine du doseur (16) se fait ou plutôt se maintient car, après. la phase de remplissage, l'alumine n'a pas eu le temps de se désaérer - l'alumine fluidisée du doseur (16), entraînée par le jet de l'éjec teur, est évacuée du doseur dans le tube d'alimentation (28) direc tement placé devant l'éjecteur - l'entrée d'air par la buse (24) dans le piquage supérieur, empêche l'échappement d'air par la dérivation serpant au dégazage et assure une mise en pression du doseur qui facilite sa vidange. Ainsi, pendant la vidange du doseur, on voit sortir par le tube d'ali- mentation (28) un jet d'alumine et d'air. Lorsque le doseur est vide, en fin de vidange, on ne voit plus qu'un jet d'air contenaxt des tra ces d'alumine. l'ensemble du dispositif est commandé par un système classique d'automatisme programmable qui actionne séquentiellement les électrovannes (15) et (29) à une fréquence et pendant une durée correspondant au débit d'alumine prévu. Plusieurs ensembles pot de remplissage-doseur peuvent être alimentés par la meme trémie pour alimenter une ou plusieurs cuves. A titre d'exemple de réalisation, on a construit une série de dispositifs selon l'invention, pour alimenter des cuves d'électrolyse de 105 KA, dont le doseur avait une capacité de 1 kg d'alumine : la durée de remplissage du doseur est d'environ vingt secondes, et la durée d'éjection d'environ quinze secondes. Par rapport aux dispositifs connus et utilisés jusqu'à présent, le nouveau dispositif, objet de l'invention, offre les avantages de ne comporter aucune pièce mécanique en mouvement, sujette à usure ou à fonctionnement incertain, de pouvoir fournir des doses successives d'alumine par faftement reproductibles en poids et en fréquence - d'oint une adaptation parfaite à tout système de régulation automatique des cellules d'électrolyse - de pouvoir être démonté et remplacé rapidement et facilement, ce qui permet d'effectuer l'entretien et les éventuelles réparations en atelier et enfin, de pouvoir être installé à n'importe quel emplacement et à n1 importe quel niveau par rapport aux cellules d'électrolyse, du fait que le transfert de l'alumine dans le tube d'alimentation (28) se fait par transport pneumatique, ce qui ne serait pas le cas pour un transfert à l'état fluidisé. REVENDICATIONS 10/ - Procédé d'alimentation en alumine d'une cellule de production d'aluminium par électrolyte d'alumine dissoute dans de la cryolithe fondue, consistant à prélever de l'alumine dans une trémie et à l'envoyer par doses successives, dans au moins un orifice d'introduction pratiqué dans la croûte d'électrolyte figé, caractérisé en ce que l'alumine, prélevée dans la trémie, est fluidisée puis transférée à l'état fluide dans un doseur ayant une capacité en alumine prédéterminée puis éjectée du doseur sous l'action d'un jet d'air comprimé qui la chasse dans un tube d'alimentation débouchant à proximité immédiate de l'orifice d'introduction. 20/ - Procédé d'alimentation en alumine selon revendication 1 caractérisé en ce que, lors de l'éjection de l'alumine, le doseur est soumis à une pression d'air comprimé sensiblement égale à la pression du jet d'air assurant 1 'éjection. 30/ ' Procédé d'alimentation en alumine selon revendication 2, caractérisé en ce que l'alumine contenue dans le doseur est maintenue à l'état fluidisé, de façon connue, par injection d'air comprimé sous une pression sensiblement égale à la pression du jet d'air assurant l'éjection. 40/ - Appareillage pour la mise en oeuvre du procédé d'alimentation en alumine selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, comportant une trémie de stockage de l'alumine, des moyens de fluidisation de l'alumine, un doseur d'alumine et un moyen de transfert de l'alumine entre le doseur et un orifice d'alimentation pratiqué dans la croûte d'électrolyte figé, caractérisé en ce que le doseur est constitué par un récipient de capacité prédéterminée comportant à sa base un éjecteur relié à une source d'air comprimé et, disposé de façon sensiblement coaxiale audit éjecteur, un tube de sortie d'alumine connecté au moyen de transfert de l'alumine vers l'orifice d'alimentation. 50/ - Appareillage selon la revendication 4, caractérisé en ce que le doseur comporte, en outre, un moyen de mise en pression par air comprimé sous une pression sensiblement égale à la pression d'éjection. 60/ - Appareillage selon revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que le doseur comporte > en outre, un moyen de fluidisation de l'alumine par air comprimé sous une pression sensiblement égale à la pression d'éjection. 70/ - Appareillage selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que le doseur comporte un moyen pour rendre sensiblement égales les pressions d'air comprimé à l'éjecteur, à la mise en pression et à la fluidisation. 80/ - Appareillage selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que les moyens de fluidisation, le doseur et le moyen de transfert de l'alumine sont reliés à une source d'air comprimé régulée en débit et en pression, par l'intermédiaire d'électrovannes à commande séquentielle.