Brevet FR2617199A1 — publié le 19881230

L'électrolyse de l'aluminium s'effectue à 9400, au moyen d'un bain de fluorures, dans une cuve dont la cathode est un bain d'aluminium liquide. Le fond de la cuve est formé de carbone amorphe, où le courant arrive par des barres d'acier scellées dans le carbone au moyen de fonte. Cette disposition présente deux inconvénients : d'une part la chute ohmique dans ce disposif atteint 250 à 300 millivolts, ce qui engendre une consommation de 1000 KWH par tonne d'aluminium produit, soit environ 1% du prix de revient de l'aluminium. D'autre part certains fluorures du bain, notamment le fluorure de sodium, diffusent à travers l'aluminium, puis le carbone de la cathode, et sont finalement arrêtés par les réfractaires qui constituent laapartie le plus basse de la cuve d'électrolyse. Ils s'accumulent au fil des années, et forment des sortes de coussins de plus en plus épais, qui soulèvent la couche de carbone amorphe, la déforme, et finissent par la fracturer. Il faut alors réparer la cuve. Cette opération s'appelle le rebrasquage, et induit des frais qui se montent à 2% du coût final de l'amuminium. La présente invention vise à remédier à ces deux inconvénients. La liaison électrique constitue un pont thermique qui refroidit le bain. Il faut éviter que ce refroidissement ne soit excessif. La meilleure liaison à cet égard est celle faite avec un matériau qui offre le moins de conduction thermique pour le plus de conduction électrique. L'indice de qualité qui quantifie l'aptitude d'un matériau en cette matière est le produit de la conductibilité thermique par la résistivité électrique. Pour tous les métaux, ce produit est quasi le même , et croit proportionnellement à la température absolue. Il est compris entre 6 et 7 watts /cm/ OC X microohm/cm. Pour le carbone amorphe, le chiffre est 100 fois moins favorable à la température ambiante, et 25 fois moins à 9400. Selon la présente invention, le courant passe dans le bain d'aluminium liquide qui constitue la cathode au moyen de tubes représentés figure 1. Lvaluminium est en 1, la paroi de la cuve en 2. Les tubes sont, dans la partie chaude, 3, en une céramique qui résiste à l'aluminium liquide, tel que, à titre indicatif, le diborure de titane ou l'oxyde de zirconium. Dans la partie 4 il sont en un matériau bon conducteur de la chaleur et suffisamment résistant, tel l'acier inoxydable ou le carbure de silicium. L'extrémité tournée vers l'extérieur de cette partie 4 porte des ailettes 5, placées dans une enceinte 6 dans laquelle circule de l'huile de refroidissement qui entre en 7 et sort en 8.L'huile peut éventuellement être remplacée par un autre fluide. La transition entre les parties 3 et 4 est placée en un point où la température est inférieure au point de fusion de l'aluminium, de façon que l'aluminium contenu dans le tube 3 et 4 ne puisse fuir. Le courant est introduit par le téton d'aluminium qui dépasse en 9 du tube 4. Le fond de la cuve d'électrolyse est couvert d'un garnissage 10 qui résiste à l'aluminium liquide. Ce peut être une céramique spéciale ou un fluorure à haut point de fusion, tels, à titre indicatif, ceux de magnésium, de calcium ou de baryum. La chute ohmique d'un tel passage de courant dépend uniquement de la fraction de chaleur qui transite par le canal d'entrée du courant : plus le courant entre facilement, plus aussi la chaleur sort facilement. Si l'on veut une chute ohmique très faible, il faut accepter une sortie de chaleur importante. Pour que le bain d'électrolyse ne se trouve pas refroidi de façon excessive, il est opportun de limiter les autres pertes de chaleur, notamment en isolant thermiquement la cuve. Si le bilan thermique est organisé de façon à ce que 25% du flux thermique passe par le dispositif d'entrée de courant ici décrit, la chute ohmique est de 25 millivolts. A titre indicatif, les tubes 3 et 4 peuvent avoir les dimensions suivantes 120 mm de diamètre intérieur, 140 mm de diamètre extérieur, 250 mm de longueur pour la partie 3, 350 mm de longueur pour la partie 4. Ce tube permet le passage de 7000 ampères, avec une fuite thermique de 4kw. REVENDICATIONS 1) Passage de courant pour l'électrolyse ignée, caractérisé en ce qu'il est constitué d'un tube contenant du métal, une extrémité du tube étant en contact avec les parties chaudes qui, à l'intérieur de la cuve, doivent recevoir du courant, l'autre extrémité du tube étant refroidie et reliée à la source de courant qui alimente la cuve. 2) Passage de courant selon la revendication 1, caractérisée en ce que la partie chaude qui recoit le courant est une cathode d'aluminium fondu, et en ce que le métal est de l'aluminium. 3) Fond de cuve associé au passage de courant selon revendication 1 et 2, caractérisé en ce qu'il est constitué de fluorure à haut point de fusion, tels ceux de calcium, de magnésium ou de baryum.