Brevet FR2774701A1 — publié le 19990813

La présente invention concerne un procédé pour réguler la teneur en AIF3 de masses fondues de cryolithe pour la production de l'aluminium dans lequel on mesure la température de la masse fondue. Un procédé de ce type est connu par le brevet US-A4 668 350 selon lequel on utilise une relation connue entre la température du bain et la composition du bain (NaF:AIF3). A l'aide de cette relation, on calcule une température de consigne du bain en fonction d'une composition de consigne (NaF:AIF3). On mesure la température du bain et on ajoute CALF3 quand la température du bain est supérieure à la température de consigne. Toutefois, la température du bain est influencée aussi par différents autres facteurs. La présente invention a pour but de proposer un procédé très précis permettant de produire de l'aluminium à une température la plus basse possible, c'est-à-dire en économisant le plus d'énergie possible. Ce but est atteint selon l'invention par le fait que l'on mesure la température du liquidus de la masse fondue de cryolithe, que l'on compare la température du liquidus mesurée avec une première valeur de consigne, que l'on ajoute AIF3 au bain quand la température du liquidus mesurée est supérieure à la première valeur de consigne, que l'on compare la température du liquidus mesurée avec une seconde valeur de consigne qui est inférieure à la première valeur de consigne quand la température du liquidus mesurée est inférieure à la première valeur de consigne et que l'on ajoute NaF ou Na2CO3 au bain quand la température de liquidus mesurée est inférieure à la seconde valeur de consigne. Du fait que la température du liquidus d'une masse fondue permet de déduire très précisément les proportions des différents constituants de la masse fondue, le procédé selon l'invention permet de produire de l'aluminium en réalisant le plus d'économies d'énergie possibles et donc de la manière la plus rentable possible. L'invention comprend également la comparaison inverse entre une valeur de consigne et la valeur mesurée de la température du liquidus, c'est-à-dire que l'on compare tout d'abord la température du liquidus mesurée avec la seconde valeur de consigne, que l'on ajoute NaF ou Na2CO3 au bain quand la température du liquidus mesurée est inférieure à cette seconde valeur de consigne, que l'on compare la température du liquidus mesurée avec la première valeur de consigne qui est supérieure à la seconde valeur de consigne quand la température du liquidus mesurée est supérieure à la seconde valeur de consigne et que l'on ajoute CALF3 au bain quand la température du liquidus mesurée est supérieure à cette première valeur de consigne. Ainsi, par exemple, quand la température du liquidus mesurée est inférieure à la seconde valeur de consigne, une comparaison avec la première valeur de consigne qui est plus élevée est bien entendu superflue. Quand la température du liquidus mesurée est située entre les deux valeurs de consigne, on n'ajoute aucun composant influençant la température du liquidus. Deux valeurs de consigne différentes sont nécessaires pour créer une zone tampon et pour éviter des surréactions qui peuvent se produire du fait d'additions compensatrices constantes. La différence de température entres les deux valeurs de consigne dépend entre autre de la stabilité du processus de production d'aluminium. Si le processus est stable, on peut choisir une plus petite différence de température. La température du liquidus du bain dépend de tous les constituants, en particulier de A1203 et de A1F3. C'est pourquoi, la différence entre les deux valeurs de consigne dépend aussi de la quantité de AIF3 (ou d'autres composants comme Al2O3) ajoutée, de la manière dont cette addition est réalisée et de sa précision. Par exemple, la différence peut être d'autant plus petite que la quantité ajoutée dans chaque cas est faible. Dans le cas d'une addition ponctuelle (en anglais "point feeder"), la quantité ajoutée est plus faible et plus précise que dans le cas d'une conduite centrale (en anglais "centre bar breaker") ou d'une conduite latérale (en anglais "sideworked cell"). La différence entre la première et la seconde valeur de consigne dépend entre autre également de l'expérience de l'opérateur qui surveille la masse fondue, cette différence pouvant généralement diminuer quand l'expérience de l'opérateur augmente. En principe, il est possible d'abaisser la température du liquidus de la masse fondue en ajoutant AIF3 et d'augmenter cette température en ajoutant NaF. Toutefois, pour augmenter la température, il est possible aussi d'ajouter Na2CO3 car Na2CO3 contribue à la formation de NaF dans la masse fondue et donc à une augmentation de la proportion de NaF et à une diminution de la proportion de A1F3. Une température du liquidus trop élevée indique une trop basse concentration de CALF3 tandis qu'une température du liquidus trop basse indique une concentration de AIF3 trop élevée. Lorsqu'on ajoute NaF ou Na2CO3, il se forme de la cryolithe avec CALF3, de sorte que la concentration de A1F3 diminue. Initialement, il est possible de déterminer une valeur de consigne pour une température du liquidus d'après les diagrammes de phases connus en prenant en compte la composition initiale du bain. On fixe la seconde valeur de consigne pour une composition du bain supposée. Les rapports concrets entre la composition du bain et la température du bain sont décrits en détail dans le brevet US-A 1 668 350. Selon la présente invention, il est avantageux de déterminer la courbe de refroidissement d'un échantillon de la masse fondue à l'extérieur du bain de fusion proprement dit et de déterminer ainsi la température du liquidus. Toutefois, il est possible aussi en principe de mesurer la température du liquidus par d'autres procédés appropriés et suffisamment connus de l'homme du métier. On va donner dans la suite un exemple de réalisation non limitatif du procédé selon l'invention. Exemple On peut calculer la première valeur de consigne d'après la composition moyenne ou actuelle du bain. Par exemple, un bain ayant une proportion de 5 % de CaF2, 3 % de Al203 et un excès de 12 % de A1F3 (Halvor Kvande dans Journal of Metallurgy, novembre 1994, p. 22 et suivantes) présente une température du liquidus de 955"C. Dans le cas d'un excès de AIF3 de 11 %, la température du liquidus est de 9600C, et dans le cas d'un excès de A1F3 de 13 %, la température du liquidus est de 950"C. Autrement dit, une variation de l'excès de CALF3 de 2 % a pour effet une modification de la température du liquidus de 10 C. De tels calculs sont décrits par exemple dans Solheim et al., Light Metals 1995, p. 451 et suivantes (The Mineras, Metals & Materials Society 1995). Quand la première valeur de consigne est par exemple de 960"C et que l'on mesure une température du liquidus de 970"C, il convient d'augmenter de 2 % l'excès de A1F3. Dans le cas d'un bain stable, il est possible d'abaisser la température de consigne (valeur de consigne) Ceci a pour effet d'augmenter la concentration de AIF3, ce qui conduit à un plus grand rendement Faraday. Si la cuve contenant le bain devient instable, il convient d'augmenter la température du liquidus (valeur de consigne). Il est possible de surveiller la stabilité de la cuve de la manière habituelle par des contrôles réguliers à l'aide d'un capteur approprié. La seconde valeur de consigne dépend entre autre du type d'addition de A1203 au bain. Dans le cas d'une addition automatique ou d'une addition ponctuelle, la seconde valeur de consigne peut être située à environ 100C audessous de la première valeur de consigne, et dans le cas d'une conduite centrale et sans automatisation de l'addition, la seconde valeur de consigne peut être située à environ 200C au-dessous de la première valeur de consigne. Si la valeur mesurée de la température du liquidus est supérieure à la première valeur de consigne, on ajoute CALF3 en fonction de la composition modèle citée ci-dessus, et si elle est inférieure à la seconde valeur de consigne, on ajoute NaF (ou Na2CO3), une addition de 3 % de NaF (par rapport au bain total) conduisant à une augmentation d'environ 10"C de la température du liquidus. Si la seconde valeur de consigne est de 950"C et si l'on mesure une température du liquidus de 940"C, il est nécessaire d'ajouter 3 % de NaF (ou une quantité correspondante de Na2CO3) par rapport au bain total. On peut faire les mesures par exemple tous les deux jours ou quotidiennement. REVENDICATIONS 1. Procédé pour réguler la teneur en A1F3 de masses fondues de cryolithe pour la production de l'aluminium, dans lequel on mesure la température de la masse fondue, caractérisé en ce que l'on mesure la température du liquidus, en ce que l'on compare la température du liquidus mesurée avec une première valeur de consigne, en ce que l'on ajoute AlF3 au bain quand la température du liquidus mesurée est supérieure à la première valeur de consigne, en ce que l'on compare la température du liquidus mesurée avec une seconde valeur de consigne qui est inférieure à la première valeur de consigne quand la température du liquidus mesurée est inférieure à la première valeur de consigne et en ce que l'on ajoute NaF ou Na2CO3 au bain quand la température du liquidus mesurée est inférieure à la seconde valeur de consigne. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on mesure la courbe de refroidissement d'un échantillon de la masse fondue à l'extérieur du bain de fusion et en ce que l'on détermine alors la température du liquidus.