Brevet FR2518124A1 — publié le 19830617

-1 - EL Fi NTS CATHODIQUES FLOTTANTS, A BASE DE REFRACTAIRE ELECTROCONDUCTEUR, POUR LA PRODUCTION D'ALUMINIUM PAR ELECúROLYSE La présente invention concerne des éléments cathodiques flottants, en réfractaire électroconducteur, tel que le diborure de titane, desti- nés à la production d'aluminium par électrolyse, selon le procédé Hall- Héroult. Dans les cellules Hall-Héroult, la cathode est constituée universelle- ment ipar des blocs de carbone juxtaposés, dans lesquels sont scellées des barres métalliques elles-mêmes reliées à des conducteurs assurant la connexion électrique avec la cuve suivante de la série En fonc- tionnement, la cathode est recouverte en permanence d'une couche d'aluminium liquide d'une vingtaine de centimètres d'épaisseur. Dans les cuves modernes, qui fonctionnent sous des intensités attei- gnant ou dépassant 200 000 Ampères, on doit conserver une distance in- terpolaire d'au moins 40 millimètres entre les anodes et la surface de la couche d'aluminium liquide pour éviter que les vagues se produi- sant à l'interface entre le métal produit et le bain d'électrolyse ne réentraînent de l'aluminium ou du sodium, métalliques ou partiellement réduits, vers l'anode o ils se réoxyderaient Cela provoque une chu- te de tension supplémentaire importante, dépassant 1,5 volts, c'est- à-dire plus du tiers de la chute de tension totale aux bornes d'une cuve. Parmi les différents procédés que l'on a imaginés pour augmenter la mouillabilité de la cathode par l'aluminium liquide et réduire le ré- entra nement de cet aluminium liquide par les mouvements conjugués du métal et du bain d'électrolyse, l'utilisation de composés réfrac- taires électroconducteurs tient une large place et, en particulier, les borures de titane et de zirconium. De façon générale, les réfractaires électroconducteurs appartiennent à la classe formée par les borures, carbures et nitrures des métaux des groupes 4 A, SA et 6 A mais, jusqu'à présent, les recherches se sont essentiellement axées sur les diborures de titane Ti B 2 et de 251 i 8 12 -2- zirconiumn Zr B 2. Ces réfractaires électroconducteurs, pris séparément, ou en combinai- son, peuvent être mis en oeuvre dans les cuves d'électrolyse du type HallHéroult, dans la mesure o ils possèdent simultanément les trois propriétés suivantes: Résistivité électrique inférieure à 1 000 pgcm et, de préférence, à j 2 cm à 950-970 C. Bonne mouillabilité par l'aluminium liquide. Inertie chimique et physique vis-à-vis de i'alluniniuim liquide et du bain d'électrolyse. A 1 000 C, le borure de titane a une résistivité de 60 pgcm et le borure de zirconium de 74 p Scm soit respectivement 2 et 2,5 fois celle de l'aluminium liquide, mais plus de 5 000 fois inférieure à celle du bain d'électrolyse qui est de l'ordre de 450 000 p 2 cm Ils sont parfaitement mouillés par l'aluminium liquide et suffisamment inertes vis-à-vis de la cryolithe fondue. Cependant, le prix très élevé des borures de titane et de zirconium, et la sensibilité de ces produits, à l'état massif, aux chocs thermi- ques, se sont opposés jusqu'à présent à ce que l'on réalise des blocs cathodiques massifs en ces deux matériaux, et, dans la pratique in- dustrielle, on tend à utiliser soit des recouvrements d'épaisseur ré- duite obtenus par différents procédés, tels que dépôt en phase vapeur ou diffusion à l'état solide, soit des éléments massifs scellés dans la cathode carbonée et émergeant de la nappe d'aluminium liquide pro- duit, dont on trouve une description complète dans deux articles de la revue allemande "Aluminium" pages 642-648 (Octobre 1980) et 713- 718 (Novembre 1980) de K BILLEHAUG et H A OYE, sous le titre "Inert cathodes for alumninium electrolysis in Hall-Heroult cells". Ces revêtements de faible épaisseur, ou de faibles dimensions, en bo- rure de titane ou de zirconium, résolvent de façon relativement satis- faisante le problème de la conductivité électrique des blocs cathodi- ques et leur mouilliabilité par l'aluminium liquide, mais ils sont mal- heureusement sujets à une usure relativement rapide par dissolution -3- progressive dans l'aluminium liquide avec lequel ils sont en contact. On estime que la consommation de Ti B 2 peut atteindre 200 Grammes par tonne d'aluminium produit et le Ti B 2 coûte plusieurs centaines de francs le kilo à l'heure actuelle En outre, le remplacement des élé- ments cathodiques usés implique l'arrêt total et le démontage partiel de la cuve d'électrolyse, ce qui est inacceptable dans la pratique industrielle. Des éléments cathodiques en borure de titane pour la production d'alu- minium par le procédé Hall-Héroult ont été décrits initialement dans les brevets français: FR 1 195 505 1 203 015 1 205 857 1 227 951 1 229 537 - 1 148 068 1 149 468 de BRITISH ALUMINIUM COMPANY Ltd et 1 165 136 de KAISER ALUMINIUM et, plus récemment, dans les brevets FR 2 337 210 d'ALCOA 2 430 464 d'ALUSUISSE, US 4 177 128 de PPG INDUSTRIES US 4 Q 93 524 de KAISER ALUINIUM, mais, il ne semble pas qu'ils aient donné lieu à des réalisations à l'échelle industrielle. De même, le brevet FR 2 471 425 (ALUSUISSE) décrit des éléments ca- thodiques en diborure de titane sous forme de matériau grenu ou en morceaux, déversé en vrac sur le fond de la cuve, et recouverts d'une épaisseur d'aluminium liquide au moins égale à 2 m'. Dans notre demande de brevet français N O 81 04059 d'ALUMINIUM PECHINEY, on a décrit et revendiqué notamment, d'une part, un procédé de produc- tion d'aluminium selon la technique Hall-Héroult consistant à électro- lyser de l'alumine dissoute dans un bain à base de cryolithe fondue, à une température de l'ordre de 930 à 9600 C, entre un système cathodique comportant un substrat carboné recouvert en permanence par une couche d'aluminium liquide et un système anodique comportant au moins une anode carbonée, caractérisé en ce que l'on dispose sur le substrat ca- thodique carboné une pluralité d'éléments en diborure de titane, non liés audit substrat et non liés entre eux, formant sur ledit substrat un lit d'épaisseur régulière, en ce que l'on règle l'épaisseur de la couche d'aluminium liquide à une valeur au plus égale à l'épaisseur du lit d'éléments en diborure de titane et en ce que l'on fixe la dis- 2518 124 -4- tance entre le plan du système anodique et le plan supérieur du lit d'éléments en borure de titane à une valeur-comprise entre 30 et 10 millimètres et, d'autre part, une cathode pour la mise en oeuvre de ce procédé, caractérisée en ce qu'elle comporte un substrat carboné recouvert d'une pluralité d'éléments en diborure de titane, non liés au substrat et non liés entre eux, formant sur ledit substrat un lit d'épaisseur régulière. -Selon le brevet principal, cette cathode peut comporter un support carboné intermédiaire placé sur le substrat carboné de base, et sup- portant le lit de particules en diborure de titane. Enfin, dans le certificat d'addition à ce même brevet (n O 81 12909) également au nom d'ALUMINIUMI PECHINEY, on a décrit et revendiqué des éléments cathodiques amovibles comportant un support intermédiaire inerte et des éléments actifs en réfractaire électroconducteur, tel que Ti B 2, solidaires mais séparables dudit support, l'ensemble formé par le support intermédiaire inerte et les éléments actifs ayant une densité supérieure à la densité de l'aluminium liquide à la températu- re de l'électrolyse. Cependant, la mise en oeuvre des éléments cathodiques en réfractaire électroconducteur mouillables par l'aluminium liquide, objet des de- mandes de brevet N O 81 04059 et de certificat d'addition 81 12909 peut dans certains cas, présenter quelques inconvénients: - l'épaisseur de la couche de métal liquide-dans laquelle baigne le lit d'éléments mouillables est faible et peut localement devenir le siège d'intenses courants électriques horizontaux, qui risquent d'induire des forces électromagnétiques tendant à mettre ce métal en mouvement et à entrainer les éléments conducteurs mouillables, modifiant ainsi l'uniformité du lit formé par ces éléments; en cas d'effet d'anode, il est impossible de mettre l'anode, par abaissement de sa position, au contact de la nappe d'aluminium li- quide et de dépolariser ainsi la plan anodique; pour pouvoir prélever périodiquement le volume de métal produit, il est nécessaire de prévoir dans la cathode un puits ou un chenal for- mant réservoir qui draine le métal s'écoulant du lit cathodique. 18124 -5- L'importance du volume de ce réservoir et divers problèmes d'iso- lement électrique peuvent compliquer la conception du fond de la cuve et augmenter ce coût; en cas d'embourbement du fond de la cuve par des boues d'alumine et d'électrolyte non dissous, le lit, qui est de faible épaisseur, va se trouver rapidement masqué par ces boues, et le fonctionnement de la cellule en sera perturbé; il existe un risque d'endommager, ou même de détruire des éléments du support intermédiaire inerte et des éléments en Ti B 2 en cas de 0 cilute ou de descente incontrôlée d'tme anode. La présente invention a pour but de supprimer ces inconvénients Elle est basée sur des éléments en réfractaires électroconducteurs mouil- lables par l'al uainium liquide et, en particulier, à base de diborure de titane, non directement liés au substrat cathodique, guidés et disposant d'un degré de liberté limitée dans le sens vertical, et que l'on maintient flottants à l'interface entre le bain d'électro- lyse et l'aluminium produit, quelles que soient les fluctuations de cette interface pendant le processus d'électrolyse, en les faisant supporter par un support intermédiaire inerte de densité inférieure à celle de l'aluminium liquide. Fn outre, ces éléments sont amovibles de façon à être mis en place et remplacés sans interrompre l'électrolyse, avec passage intemédiai- re éventuel dans une enceinte de préchauffage ou de refroidissement contrôlé, à atmosphère contrôlée ou non. Dans tout ce qui suit, nous conviendrons de désigner par: élément cathodique flottant: l'ensemble formé par un support inter- médiaire inerte et au moins tm élément cathodique actif, amovible, caractérisé en ce que sa densité moyenne est inférieure à la densité de l'aluminium liquide dans les conditions normales d'utilisation des cuves Hall-lléroult; moyen d'ancrage: une structure de densité supérieure à celle de l'aluminium liquide dans les conditions normales d'utilisation des cuves Hal-Héroult, confectionnée soit en matériau réfractaire ou céramique, soit en métal recouvert d'une couche protectrice, et ca- ractérisé en ce qu'elle comporte au moins une buteée ou un disposi- tif limitant, vers le haut, la course verticale d-un ou plusieurs éléments cathodiques flottants; moyen de guidage: un système mécanique dont l'objectif est de li- miter le débattement latéral d'un ou plusieurs éléments cathodiques flottants, tout en lui laissant une liberté de mouvement dans le sens vertical, cette liberté étant éventuellement limitée par le moyen d'ancrage Le moyen de guidage et le moyen d'ancrage peuvent être partiellement ou totalement confondus; interface: l'interface entre la nappe d'aluminium liquide produit par l'électrolyse, et l'électrolyte (cryolithe fondue). Le diborure de titane ayant une densité très supérieure à celle de l'aluminium liquide à la température (env 960 C) de l'électrolyse (environ 4,5 contre 2,3 k 2,1-2,2 pour l'électrolyte), son utilisa- tion pour constituer des éléments cathodiques flottants, peut s'effec- tuer selon l'une des trois variantes suivantes: 1 On dispose les éléments sur un substrat inerte de densité sensi- blement inférieure à celle de l'aluminium liquide, et on règle la proportion: masse du substrat inerte/masse de Ti B 2 de façon que l'ensemble ait une densité inférieure à celle de l'Al liquide ( 2,3) et supérieure à celle de l'électrolyte (l'expression subs- trat inerte signigie que ce substrat n'a pas pour fonction princi- pale de servir, en lui-même, de cathode pour le dépôt électrochi- mique d'aluminium métal). 2 On procède, comme dans la première variante, mais en plus, on re- tient les éléments à l'interface par un ancrage sur le substrat cathodique qui leur laisse un degré de liberté dans le sens verti- cal. 3 On adjoint aux éléments en Ti B 2 un flotteur en graphite (densité 1,6 à 2 à 960 C) de façon telle que l'ensemble élément + flotteur ait une densité inférieure à celle de l'électrolyte (comprise en- tre 2,1 et 2,2 dans l'intervalle 930-960 C) Les ensembles flot- tent au-dessus de l'interface bain-métal La conduction électri- que vers la cathode est alors assurée par des queues conductrices plongeant dans la nappe de métal. 7- Les figures 1 àl S illustrent les différents modes de mise en oeuvre de l'invention. La figure 1 représente un élément cathodique flottant muni d'une plu- ralité d'éléments actifs amovibles en Ti B 2. Les figures 2 et 3 représentent deux formes possibles d'éléments ac- tifs en Ti B 2. Les figures 4 et 5 représentent deux éléments cathodiques flottants, munis d'éléments actifs en Ti B 2 de forme tubulaire fendue, et de moyens d'ancrage sur le substrat. La figure 6 représente un élément cathodique flottant ancré dans un bloc de béton réfractaire dense. La figure 7 représente un moyen de guidage latéral d'un élément ca- thodique flottant. La figure 8 représente un autre type d'élément cathodique flottant, avec butées hautes et basses intégrées dans le support réfractaire. La figure 9 représente le détail de ces butées. Les figures 10 à 13 représentent diverses variantes de réalisation d'éléments cathodiques flottants individuels, chaque élément actif de Ti B 2 étant muni de son propre flotteur. Les figures 14 et 15 représentent une application des éléments catho- diques flottants à des cuves d'électrolyse à sortie cathodique par le haut, dans lesquelles le courant est collecté dans la nappe d'alumi- nium. Sur la figure 1, l'élément cathodique actif en Ti B 2 ( 1) est formé par une tête plate ou légèrement bombée et une queue ( 2) qui est posi- tionnée dans les orifices ( 3) d'un support intermédiaire inerte ( 4) en graphite La densité moyenne de l'ensemble cathodique ainsi cons- titué est inférieure à celle de l'aluminium liquide Les têtes des plots ( 1) sont, en fonctionnement normal, au voisinage de l'interface nappe d'aluminium-électrolyte. L'élément cathodique ( 1) peut reposer directement sur l'orifice ( 3) ou être muni de bossages ( 5) ou d'ailettes ( 6) qui ménagent un inter- valle favorisant l'écoulement de l'aluminium liquide au fur et à me- sure de sa production (fig 2 et 3). -8- Les figures 4 et 5 montrent un autre mode de réalisation dans lequel l'élément cathodique flottant ( 7) est ancré au substrat cathodique ( 8) par des plots ( 9) La tête ( 10)du plot d'ancrage coopère avec un redent ( 11) du support intermédiaire ( 7) pour assurer une butée qui limite sa course vers le haut Les éléments cathodiques actifs ( 12) sont constitués par des tronçons de tubes fendus ( 13) et enfilés sur un rail ( 14), laissant entre eux un espace libre suffisant pour l'écoule- ment de l'aluminium produit Ces tubes peuvent avoir une section cir- culaire, carrée ou autre. Dans le cas de la figure 5, on a fixé le rapport masse de graphite/ masse de Ti B 2 de façon telle que la densité moyenne de l'ensemble= soit inférieure à la densité de l'électrolyte si bien que l'élément cathodique flottant est, normalement, en butée haute. - Dans l'un et l'autre cas, la course de l'élément flottant, déterminée par la position de la butée et la hauteur du plot d'ancrage, doit être au moins égale aux variations de hauteur de la nappe d'aluminium li- quide en cours d'électrolyse et de soutirage du métal. De façon générale, les éléments actifs en Ti B 2 ( 12) doivent dépasser l'interface ( 15) d'au moins 10 millimètres. En outre, on prend soin d'avoir un plateau conducteur ( 7) assez épais pour être toujours assuré que sa base baigne dans le métal quelles que soient les variations de hauteur de celui-ci C'est, en effet, ce plateau et non les plots d'ancrage ( 9) qui transmettront le courant au substrat cathodique carboné ( 8) par l'intermédiaire de la nappe ( 16) de métal produit Il importe de souligner que, dans tous les cas, ce sont les éléments en Ti B 2 qui jouent le râle de cathode et c'est sur eux que s'effectue le dépôt d'aluminium produit par l'électrolyse. La figure 6 montre une autre variante de réalisation dans laquelle l'élément cathodique flottant est constitué par un plateau ( 17) en graphite revêtu de diborure de titane en revêtement mince ( 18) effec- tué par dépôt chimique en phase vapeur ou projection au chalumeau à -.9plasma Le plateau flottant est retenu au fond par un bloc dense ( 19) en béton réfractaire, résistant à l'action de l'aluminium liquide ( 16) reposmant sur le substrat cathodique ( 9) De préférence, le bloc dense ( 19) est muni de canaux ( 20) pour assurer la circulation de l'altmii- nitm et le passage du courant. Dans le cas de la figure 1, ou de structures analogues à celle des fi- gures 6 et 8, la structure flottante peut comporter des moyens de guidage tels que des rouleaux ( 21) qui coopèrent, par exemple, avec les pieds supports ( 22) Ces rouleaux peuvent être constitués, par exemple, en Ti B 2 ou nitrure de silicium ou oxynitrure de silicium et d'aluminium (Sialon) Dans le cas de la figure 8, le support réfrac- taire ( 24) est intégralement noyé dans le métal Le support perforé ( 25), qui maintient les plots ( 1) de Ti B 2, a une densité inférieure à la densité du bain d'électrolyse: c'est par exemple du graphite, éventuellement protégé par un dépôt mince d'un réfractaire tel que le diborure de titane ou le Sialon. L'avantage de cette disposition est que l'ensemble du support perforé 4 + plots Ti B 2 peut s'effacer intégralement dans le support réfractaire dense en cas de poussée vers le bas (cas d'une anode qui serait trop abaissée) Il faut donc avoir e 1 Si la densité moyenne de l'ensemble support perforé + plots de Ti B 2 est inférieure à celle du bain, le support perforé reste en permanence en butée haute Si cette densité moyenne est comprise entre celle du bain et celle du métal, le support perforé suit les variations de ni- veau du métal au cours de l'électrolyse. La figure 9 donne le détail de construction du support réfractaire dense ( 24) de la figure 8 avec des butées hautes ( 25) et basses ( 26). L'une de ses faces peut comporter tune paroi amovible ( 27) La mise en place ou le retrait de telles parois permet de diriger et de contrôler la circulation du métal et du bain sous l'effet des forces électro- magnétiques. Les fig-ures 10 à 13 représentent la troisième variante de mise en -10- oeuvre selon laquelle chaque élément en Ti B 2 est associé à un flot- teur en graphite L'élément actif cathodique en Ti B 2 ( 30) est enchassé dans une bague en graphite ( 31) Un support intermédiaire ( 32) en ma- tériau inerte fait office de butée haute pour la bague en graphite ( 31) Ce support intermédiaire vienten appui sur le substrat cathodi- que par des pieds ou supports non représentés, qui n'appellent aucun commentaire particulier. Sur la figure 11, l'élément en Ti B 2 ( 33) est une plaque fixée par la vis ( 34) sur le flotteur ( 35) en graphite La fixation peut être ef- fectuée par tout autre moyen équivalent. Sur les figures 12 et 13, le flotteur en graphite ( 36) comporte un puits ( 37) fermé en sa partie basse et rempli d'aluminium liquide. Les éléments ( 38) en Ti B 2 s'appuient sur le flotteur en graphite par des ailettes ou nervures ( 39) La forme en "cuvette" de l'élément ( 40) sur la figure 13 favorise le rassemblement de l'aluminium liqui- de produit et son écoulement par les canaux ( 41). Bien entendu, dans toutes les réalisations décrites, le rapport: masse de l'élément en Ti B 2/masse de l'élément de graphite doit être déterminé, compte-tenu de la densité de l'un et de l'autre, pour obte- nir une densité moyenne résultante,soit comprise entre 2,3 et 2,2, soit inférieure à 2,2 et, de préférence, à 2,1, dans l'intervalle de température habituel de 930 à 960 C Ces valeurs de densités seraient à adapter si l'on utilisait un électrolyte ayant une densité quelque peu différente par suite d'une composition modifiée. Par ailleurs, en vue d'alléger les dessins, le système anodique n'a pas été représenté, mais il est bien évident qu'il fait face à la par- tie supérieure des éléments actifs en Ti B 2, et qu'il est conforme à l'état actuel de la technique. AVANTAGES PROCURES PAR L'INVENTION Outre les avantages bien connus procurés par les éléments cathodiques en Ti B 2, très bons conducteurs électriques et mouillables par l'alu- minium liquide, la présente invention offre de nombreux avantages qui -11permettent de transposer au stade industriel une technique qui était jusqu'a présent, restée expérimentale. Les plots en Ti B 2, individuellement, et surtout, groupés en ensembles, peuvent être facilement remplacés et leur caractère flottant les rend moins vulnérables aux chocs mécaniques d'exploitation: dans le cas de la figure 8, par exemple, en cas de choc à la mise en place ou à l'enlèvement d'une anode, les éléments flottants ( 25) peuvent s'effa- cer dans le bloc de béton dense ( 24) assurant l'ancrage La hauteur du métal sous-jacent petit être maintenue à une valeur suffisante pour réduire les courants horizontaux et les perturbations électromagnéti- ques correspondantes à une valeur acceptable, et le prélèvement pério- dique du métal peut être effectué comme dans une cellule d'électroluse classique. Les boues d'alumine, qui risquent de se former, décantent au fond du creuset, sous le métal, épargnant ainsi la surface des éléments flot- tants sur le métal Ce dispositif permet une transformation aisée des cuves classiques, en cuves à éléments en Ti B Mais, en plus, l'invention permet d'envisager une conception nouvelle de cuves d'électrolyse, dans lesquelles l'ensemble du garnissage, y compris le fond, est réalisé en matériau réfractaire, non-conducteur, et le courant cathodique est collecté dans la nappe d'aluminium li- quide par un conducteur situé à la partie supérieure de la cuve d'électrolyse. Sur les figures 14 et 15, on a représenté le schéma d'une telle cuve, avec le caisson métallique externe ( 42), le garnissage thermiquement isolant ( 43), le garnissage réfractaire et électriquement isolant ( 44), la nappe d'aluminium liquide ( 45); l'élément cathodique ( 46), objet de l'invention, est du type décrit sur la figure 7, l'électrolyte ( 47) les anodes ( 48) et les arrivées de courant anodique ( 49) (croisillon). Le courant cathodique est collecté par un élément ( 50) comportant un collecteur vertical ( 51) bon conducteur électrique, éventuellement -12- protégé de la corrosion par un gainage isolant ( 52) et dont l'extré- mité est coiffée par un capuchon ( 53) en Ti B 2. On pourrait craindre que, dans cette disposition, le courant horizon- tal parcourant la nappe de métal n'y induise des mouvements inaccep- tables du métal Mais, en fait, ces mouvements sont fortement atté- nués par les parois des dispositifs d'ancrage et de guidage des élé- ments cathodiques En outre, on constate que les éléments cathodiques flottants agissent comme un véritable diaphragme entre la nappe d'aluminium liquide et les anodes, ce qui exclut toute influence né- faste de ces mouvements de métal sur le rendement Faraday, en s'op- posant au transport par convection, vers l'anode, d'espèces métalli- ques ou partiellement réduites, en particulier d'aluminium et de so- dium. On peut ainsi, dans une disposition telle que celle de la figure 15, gagner une grande partie de la chute de tension dans les blocs ca- thodiques classiques (environ 400 millivolts), et une partie de la chute de tension (environ 100 m V) dans les conducteurs de liaison * de cuve à cuve ( 54) qui sont sensiblement raccourcis, avec une dimi- nution corrélative de l'investissement correspondant à ces conduc- teurs. -13- REVE Ni IC'I Il ONS 1 / Elément cathodique flottant destiné à la production électroly- tique d'aluminitms par le procédé Hlall-Héroult dans une cuve d'élec- trolyse comportant tu bain à base de cryolithe fondue, entre une anode carbonée, une nappe cathodique d'aluminitumn fondu, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un élément cathodique actif, constitué en réfractaire électroconducteur tel que le diborure de titane, sup- porté par un support intermédiaire inerte vis-à-vis de l'aluminium liquide et de l'électrolyte, la densité moyenne de l'ensemble élé- ment cathodique actif-support intermédiaire inerte étant inférieure à la densité de l'aluminium liquide dans les conditions normales d'exploitation de la cuve d'électrolyse. 2 / Elément cathodique flottant, selon la revendication 1, carac- térisé en ce que sa densité moyenne est inférieure à la densité de l'aluminium liquide et à la densité du bain d'électrolyse à base de cryolithe fondue, dans les conditions normales d'utilisation de la cuve d'électrolyse. 3 / Elément cathodique flottant, selon la revendication 1, carac- térisé en ce que sa densité moyenne est comprise entre la densité de l'aluminium liquide et la densité du bain d'électrolyse à base de cryolithe fondue, dans les conditions normales d'utilisation de la cuve d'électrolyse. 4 / Elément cathodique flottant, selon l'untme quelconque des reven- dications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte, en outre, des moyens d'ancrage et de butée qui limitent l'amplitude de ses dépla- cements dans le sens vertical. / Elément cathodique flottant, selon l'untme quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte, en outre, des moyens de guidage limitant l'amplitude de ses déplacements dans des directions autres que la verticale. 6 / Elément cathodique flottant, selon la -re vendication 5, carac- -14- térisé en ce qu'au moins une partie du moyen de guidage est solidai- re du moyen d'ancrage. 7 / Elément cathodique flottant, selon L'une quelconque des revendi- cations 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité d'élé- ments cathodiques actifs, associés à un support intermédiaire inerte. 8 / Elément cathodique flottant, selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 6, caractérisé en ce que chaque élément cathodique ac- tif est associé, individuellement à un support intermédiaire inerte. 9 / Elément cathodique flottant, selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 8, caractérisé en ce que le support intermédiaire iner- te est en graphite. / Application des éléments cathodiques flottants, selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 à la production d'aluminium par électrolyse d'alumine dans la cryolithe fondue, selon le procédé Hall-Héroult, caractérisé en ce que le courant cathodique est préle- vé directement dans la nappe d'aluminium liquide par au moins un collecteur disposé à la partie supérieure de la cuve d'électrolyse. 11 / Application des éléments cathodiques flottants, selon revendi- cation 10, caractérisé en ce que le fond de la cuve d'électrolyse au contact de la nappe d'aluminium liquide est constitué en un matériau peu ou pas conducteur du courant électrique. RÉPUBLIQUE FRAN AISE INSTITUT NATIONAL DE LA PROPRIÉTÉ INDUSTRIELLE PARIS BREVET 2518 125 D'INVENTION CERTIFICAT D'UTILITÉ CERTIFICAT D'ADDITION n'est publié sous ce numéro Aucun titre