Brevet FR2786206A1 — publié le 20000526

ANODE POUR PRODUCTION D'ALUMINIUM, PROCEDE DE FABRICATION D'UNE TELLE ANODE, PROCEDE DE FABRICATION D'ALUMINIUM UTILISANT UNE TELLE ANODE La présent demande se rapporte à des améliorations obtenues lors de l'étude et de la vérification relatives au produit pour la fabrication des anodes utilisé dans les procédés de fabrication électrolytique d'aluminium de base (ou de première fusion). Comme indiqué dans la demande de brevet FR-A- 9807579, il s'agit d'un nouveau type d'anode, dont la composition comprend des mélasses de sucre de canne en tant qu'agent de liaison et qui est utilisée dans les pots ou creusets pour la 1 0 réduction électrolytique de l'alumine en aluminium primaire. Plus particulièrement, la technologie présentée dans la demande de brevet FR-A- 9807579 se rapporte au remplacement de la poix électrolytique souvent utilisée dans les procédés classiques de fabrication des anodes dans l'industrie de l'aluminium primaire, par des mélasses de sucre de canne, pures ou comprenant un additif. En vue d'améliorer et de diversifier la configuration de construction qui a été revendiquée dans la demande de brevet FR-A- 9807579, des améliorations de l'anode, destinée au procédé de fabrication et de production de l'aluminium, consistent en la possibilité de remplacer les poix électrolytiques utilisées dans les procédés classiques de fabrication des anodes de l'industrie de l'aluminium de base également par du sucre naturel (roux, complet, brun dur, Candy, cristallisé) ou du sucre raffiné, notamment du sucre roux, de la cassonade, du sucre VHP, du sucre à très haute pureté, du sucre cristallisé, du sucre raffiné et du sucre Candy ou similaire. Donc, la technique d'utilisation de sucre roux, de cassonade, de sucre VHP, du sucre raffiné et du sucre Candy en tant que liant dans la fabrication de la pâte et des anodes crues, objet de la présente demande, est identique à la technique des procédés classiques de fabrication d'anode, basée sur la poix électrolytique, qui sont largement répandus dans l'industrie de l'aluminium. De même, la teneur en sucre roux, cassonade, sucre VIIP, sucre cristallisé, sucre raffiné et sucre Candy est aussi en coke et en abouts ("butts") ainsi que les conditions opératoires telles que la température du mélange, la température de cuisson et la durée, représentent des paramètres qui peuvent varier selon les types de coke, de sucre roux, de cassonade, de sucre VHP, de sucre cristallisé, de sucre raffiné et de sucre Candy et les additifs et/ou des propriétés exigées et de l'anode finale. Par conséquent, la composition d'anode, selon la présente amélioration, comprend environ 50 % à 70 % de coke de pétrole, 15 % à 30 % en poids d'abouts ("butts") et 10 à 25 % de sucre roux, cassonade, sucre VHP, sucre cristallisé, sucre raffiné ou sucre Candy, exprimée par rapport au poids total de la composition. De préférence, le pourcentage de sucre roux, de cassonade, de sucre VHP, de sucre cristallisé, de sucre raffiné ou de sucre Candy utilisé dans la composition d'anode selon la présente amélioration est d'environ 16 % en poids. Les additifs, substances à base de lithium, de fluor, d'aluminium, d'alumine, de bore et de soufre ainsi que leurs mélanges, selon la présente invention, peuvent éventuellement présents à raison de 0 à environ 10 % en poids. L'anode selon la présente invention, présente par exemple une teneur maximale en impuretés telles que le fer, le silicium, le nickel, le vanadium, le sodium et le calcium, d'environ 400 ppm. L'anode selon l'invention, est caractérisée par exemple en ce que le coke de pétrole présente une teneur maximale en impuretés telles que le fer, le silicium, le nickel, le vanadium, le sodium et le calcium, d'environ 500 ppm, et une teneur en soufre d'environ 3,0 %. Le procédé de fabrication des anodes selon la présente invention comprend la préparation d'un mélange contenant du coke de pétrole, des déchets d'anode issus d'une opération électrolytique appelée "butts" (ou "abouts") et du sucre roux, de la cassonade, du sucre V11P, du sucre cristallisé, du sucre raffiné ou du sucre Candy. Le coke de pétrole et des déchets d'anodes sont broyés, tamisés et classés en fractions de taille appropriée. Ensuite, ces fractions sont chauffées et mélangées avec le sucre roux, la cassonade, le sucre VHP, le sucre cristallisé, le sucre raffiné ou le sucre Candy, dans des malaxeurs, en continu ou en discontinu, à des températures comprises entre 150 C et 250 C. De préférence, la température convenable est de l'ordre de 190 C, et la durée du malaxage dépend de la nature et de la capacité de l'équipement de malaxage utilisé dans le procédé. La pâte résultant de ce malaxage peut être utilisée directement dans des pots ou creusets de réduction électrolytique ou être comprimée ou tassée ou vibrotassée dans des presses convenables ou dans des machines à comprimer, avec ou sans vide, pour former des anodes crues. On peut cuire ces anodes crues dans des fours spéciaux à des températures comprises entre 800 C et 1 300 C pendant une durée comprise entre 70 et 200 heures. De préférence, la température de cuisson est de l'ordre de I 1 00 C. On peut utiliser directement la pâte ci-dessus dans le procédé Soderberg, tandis que les anodes crues, après avoir été cuites, peuvent servir dans le procédé à "précuisson". Ces procédés Soderberg et de précuisson sont utilisés pour la fabrica- tion d'aluminium de base. Selon l'invention, la composition typique du sucre roux, de la cassonade, du sucre VHP, du sucre cristallisé, du sucre raffiné ou du sucre Candy utilisable dans la composition d'anode présente les caractéristiques énumérées dans le tableau 1, qu'on peut rencontrer seules ou simultanément. TABLEAU I PARAMETRE FOURCHETTE UNITE Brix Réfractométrique 75-83 % Pol* 37-63 % Pureté* 50-75 % Sucres réducteurs* 3-10 Cendres conductrices* 6-10 Polarisation* * 99-99,8 lhumidité** IMPURETES Fer 200 max 1ppm Silicium 250 max ppmi Nickel traces Vanadium 150 max pp Calciuml 200 max plpm Sodium 200 max liplp *: À Composition dc base des mélasses ** 'Composition de base de sucre ppmi partie par million max: mlaximumll pol/polarisation: teneur en saccharose Selon la présentc amélioration, la composition typiquc du coke de pétrolec utili- sable dans la composition d'anodc présente de préférence les caractéristiques données dans le tableau ci-dessus, qui peuvent se rencontrer seules ou simultanément. 1 -- TABLEAU II PARAMETRE FOURCHETTE UNITE Densité apparente 0,8-0,9 g/cm3 Densité vraie 1,9-2,1 g/cm3 Volati Is 0,1-0,5 % Cendres 0,1-0,6 % Humidité 0-0,3 % IMPURETES Fer 400 max ppn Silicium 300 max ppm Nickel 300 max ppm Vanadium 400 max ppm Sodium 200 max ppm Calcium 300 max ppm Soufre 3,0 max % ppm = parties par million max = maximumii L'invention va maintenant être décrite en relation avec le même exemple qui figure dans la demande de brevet FR-A9807579, et de même, cet exemple ne doit pas être considéré comme limitatif de la portée et des conditions de la présente demande. O On a effectué des essais comparatifs au laboratoire en faisant varier les conditions de composition de l'anode et de son procédé de fabrication, pour obtenir les paramètres les meilleurs possibles qui peuvent servir de référence pour le procédé industriel de fabrication d'anode précuite dans l'industrie de l'aluminium de base. Donc, on a effectué les expériences dans un équipement à l'échelle de labora- l 5 toire fournies par R.D.C., permettant d'obtenir 5 kg de pâte à chaque essai, ce qui est équivalent à la fabrication de 14 anodes de 340 g chacune. La composition des sucres utilisée dans les expériences est montrée dans le tableau III. TABLEAU III PARAMETRE SUCRE ROUX SUCRE CANDY SUCRE CRISTALLISE Polarisation ( S) 83,3 63,2 99,8 Cendres 2,16 1,31 0,04 conductrices (%) Calciumi (ppm) 1280 1400 100 Sodium (ppm) 100 300 donnés dans le tableau IV. TABLEAU IV MELASSES SUCRE ROUX SUCRE CANDY SUCRE CONVEN- CRISTALLISE TIONNEL AVEC POIX PROPRIETES 18% 18% 20% 15% 20% 15% 20% 16% 18% 14,5% DE st= st= st= st= st= st= st= st= st= st= L'ANODE 4h 20h 20h 20h 20h 30h 30h 30h 30h 20h DENSITE 1,583 1,607 1,610 1,584 1,522 1,591 1,582 1,627 1,630 1,577 APPARENTE (GA); g/cm3 DENSITE 1.442 1,446 1,471 1,440 1,348 1,460 1,463 1,476 1,447 1,530 APPARENTE (BA); g/cm-' --,4 CD o O'} TABLEAU IV (suite) DENSITE VRAIE g/cm3 2, 093 2.089 2.090 2.089 2,092 2,091 2,093 2,085 2,079 2,125 RESISTANCE A 318 224 209 235 205 181 201 260 209 263 L'ECRASEMENT:kg/cm2 RESISTIBILITE 8583 8738 7541 7815 7819 1054 9640 8987 8181 7995 ELECTRIQUE;!tOhm.cm. 5 PERMEABILITE DE 1.563 1.582 1,401 1,292 0.562 1,196 0,584 0,796 1,050 1,982 L'AIR: nPmrn CONDUCTIVITE 2,12 2,16 2,10 2,48 1,84 2.40 2, 51 1,88 2,04 2,1 THERMIQUE, w/m k REACTIVITE A L'AIR 55,7 69,5 68,9 66,0 64.9 64,4 73,6 60,1 61,6 71,6 RESIDUELLE % ___ _ REACTIVITE AU 58,2 57,5 65,4 70,6 69,8 81,8 80,1 67,9 71,6 81,5 CO RESIDUELLE %. ST = Temps d'imprégnation à la température de cuisson en heures GA = Anode crue BA = Anode cuite OD o 0' Pli CD Selon les indications du tableau IV ci-dessus, on peut constater que les propriétés des anodes à l'échelle du laboratoire fabriquées selon la présente amélioration, sont équivalentes aux anodes classiques contenant de la poix. Cependant, l'invention permet d'éviter tous les problèmes de santé publique et5 d'environnement des locaux précédemment rencontrés relatifs à l'utilisation des poix. m rs REVENDICATIONS 1.- Une anode à utiliser dans la production d'aluimliniuim de première fusion, caractérisée en ce que l'anode comprend du sucre naturel (roux, sucre complet, sucre brun dur, cristallisé) ou du sucre raffiné, en tant qu'agent de liaison des composants qui constituent cet anode. 2.- Une anode selon la revendication 1, dans laquelle le sucre est choisi parnmi sucre roux, sucre cassonade, sucre VHP, sucre cristallisé, sucre Candy et sucre I (0 raffiné. 3.- Une anode selon la revendication I ou 2, caractérisée en ce qu'elle comprend une composition constituée d'environ 50 à 70 % en poids de coke de pétrole, de 15 à 30 % en poids d'abouts, et de 10 à 25 % en poids de sucre. 4.- Une anode selon la revendication 3, caractérisée en ce qu'elle comprend de préférence environ 16 %O en poids de sucre. 5.- Une anode selon l'une quelconque des revendications précédentes, 0 caractérisée en ce qu'elle comprend des additifs à base de lithium, fluor, aluminium, alumine, bore, soufre ou leurs mélanges. 6.- Une anode selon la revendication 5, caractérisée en ce que la proportion d'additif est d'environ 0 à 10 % en poids. 7.- Une anode selon l'une quelconque des revendications I à 6. caractérisée en ce que le sucre présente un indice Brix réfractométrique d'environ 75 à 83 %, un indice Pol d'environ 37 à 63 /O, une pureté d'environ 50 à 75 %, une teneur en sucres réducteurs- d'environ 3 à 10 %/, et unec teneur en cendres conductrices d'environ 6 à 0 10%. 8.- Une anode selon l'une quelconque des revendications I à 7. caractérisée en ce que la mélasse de canne à sucre présente une teneur maximale en impuretés telles que le fer, le silicium, le nickel, le vanadium, le sodium et le calcium, d'environ 400 ippm. 9.- Une anode selon l'une queleonque des revendications 2 à S. caractérisée en ce que le coke de pétrole a une masse volumique apparente d'environ 0,8 à 0,9 g/cm3, une masse volumique réelle d'environ 1,9 à 2,1 g/cm3, une teneur en T i r- matières volatiles d'environ 0,1 à 0,5 %, une teneur en cendres d'environ 0,1 à 0,6 %, et une teneur en humidité d'environ O à 0,3 %. 10.- JUne anode selon l'une quelconque des revendications 2 à 8, caractérisée en ce que le coke de pétrole présente une teneur maximale en impuretés telles que le fer, le silicium, le nickel, le vanadium, le sodium et le calcium, d'environ 500 ppim, et une teneur en soufre d'environ 3,0 % I 1. - Un procédé pour la fabrication d'une anode selon l'une quelconque des I) revendications I à I 0, caractérisé en ce que ce procédé comprend la préparation d'un mélange contenant du coke de pétrole. des anodes de réduction résiduelles ou abouLts, et du sucre; le broyage. le tamisage et le tri du coke de pétrole et des abouts; le chauffage de lfractions triées dans un mélange avec du sucre à une température située dans la plage allant de 150 C à 250 C, le sucre étant choisi parmi sucre roux, sucre cassonade, sucre VIIP, sucre cristallisé, sucre Candy et sucre raffiné. 12.- Un procédé pour la fabrication d'une anode selon la revendication 1I1, 0() caractérisé en ce que la température de chauffage du mélange est d'environ 190 C. 13.- Un procédé pour la fabrication d'une anode selon la revendication I I ou 1 2, caractérisé en ce que le produit dudit mélange chauffé est une bhoue qui peut être directement utilisée dans des cuves de réduction électrolytique ou qui peut être ]5 compriméle ou compactée ou vibrocoimpactée dans des presses ou compacteurs appropriés, avec ou sans vide, afin de produire des anodes crues. 14.- I n procédé pour la fabrication d'une anode selon la revendication 13, caractérisé cn ce que lesdites anodes crues sont soumises à une cuisson dans des () fours spéciaux à une température située dans la plage allant de 800 C à 1 300 C. 15.- UJn procédé pour la fabrication d'une anode selon la revendication 13 ou 14, caractérisé en ce que lesdites anodes crues sont cuites pendant un laps de temps allant de 70 à 20()0 heures. )5 16.- Uln procédé pour la fabrication d'une anode selon la revendication 13, caractérisé en ce que la température de cuisson des anodes crues est d'environ 1 1 00 C. ii w F l l 17.- Un procédé pour la fabrication d'aluminium, caractérisé en ce qu'une anode telle que définie dans l'une des revendications I à I10 est utilisée dans des cuves de réduction électrolytique. D5 18.- Un procédé potur la production d'alumlinium, caractérisé en ce qu'une anode fabriquée selon lc procédé défini dans l'une des revendications I1 à 16 est utilisée en tant qu'anode dans des cuves de réduction électrolytique. 19.- Un procédé pour la fabrication d'aluminium selon la revendication 17 ou I () 18, caractérisé en ce que l'anode est sous la forme d'une boue ou bien est comprimée ou compactée ou vibrocompactée sous la forme d'anodes crues.