CA2439321C - Procede de regulation d'une cellule d'electrolyse - Google Patents
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- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
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Abstract
L'invention concerne un procédé de régulation d'une cellule d'électrolyse pour la production d'aluminium par réduction d'alumine dissoute dans un bain de cryolithe fondue, dans lequel on forme talus (15) de bain solidifié sur les parois internes de la cuve (2), on détermine d'une quantité B, dite "indicateur d'évolution du talus", qui est sensible à l'évolution dudit talus de bain solidifié, et on modifie au moins un des moyens de réglage de la cuve (tels que la distance anode-métal (H)) et/ou au moins une opération de pilotage (telle que l'ajout d'AlF3) en fonction de la valeur obtenue pour ledit indicateur. L'indicateur peut être déterminé à partir de mesures électriques sur la cuve et/ou à partir de mesures de la superficie de métal liquide. Le procédé selon l'invention permet de réguler efficacement une cellule d'électrolyse à des intensités pouvant atteindre 500 kA avec un bain d'électrolyte ayant une teneur en AlF3 supérieure à 11 % et de réduire sensiblement le nombre de mesures de la teneur en AlF3 du bain.
Description
PROCEDE DE REGULATION D'UNE CELLULE D'ELECTROLYSE
Domaine de l'invention L'invention concerne un procédé de régulation d'une cellule de production d'aluminium par électrolyse d'alumine dissoute dans un électrolyte à base de cryolithe fondue, notamment selon le procédé Hall-Héroult.
Etat de la technique L'aluminium métal est produit industriellement par électrolyse ignée, à savoir par électrolyse de l'alumine en solution dans un bain de cryolithe fondue, appelé
bain d'électrolyte, notamment selon le procédé bien connu de Hall-Héroult. Le bain d'électrolyte est contenu dans des cuves, dites cuves d'électrolyse , comprenant un caisson en acier, qui est revêtu intérieurement de matériaux réfractaires et/ou isolants, et un ensemble cathodique situé au fond de la cuve. Des anodes en matériau carboné sont partiellement immergées dans le bain d'électrolyte. L'ensemble formé
par une cuve d'électrolyse, sa ou ses anodes et le bain d'électrolyte est appelé une cellule d'électrolyse.
Le courant d'électrolyse, qui circule dans le bain d'électrolyte et la nappe d'aluminium liquides par l'intermédiaire des anodes et des éléments cathodiques, opère les réactions de réduction de l'aluminium et permet également de maintenir le bain d'électrolyte à une température de l'ordre de 950 C par effet Joule. La cellule d'électrolyse est régulièrement alimentée en alumine de manière à compenser la consommation en alumine produite par les réactions d'électrolyse.
La productivité et le rendement Faraday d'une cellule d'électrolyse sont influencés par plusieurs facteurs, tels que l'intensité et la répartition du courant d'électrolyse, la température du bain, la teneur en alumine dissoute et l'acidité du bain d'électrolyte, etc, qui interagissent les uns avec les autres. Par exemple, la température de fusion d'un bain de cryolithe décroît avec l'excès de trifluorure d'aluminium (A1F3) par
Domaine de l'invention L'invention concerne un procédé de régulation d'une cellule de production d'aluminium par électrolyse d'alumine dissoute dans un électrolyte à base de cryolithe fondue, notamment selon le procédé Hall-Héroult.
Etat de la technique L'aluminium métal est produit industriellement par électrolyse ignée, à savoir par électrolyse de l'alumine en solution dans un bain de cryolithe fondue, appelé
bain d'électrolyte, notamment selon le procédé bien connu de Hall-Héroult. Le bain d'électrolyte est contenu dans des cuves, dites cuves d'électrolyse , comprenant un caisson en acier, qui est revêtu intérieurement de matériaux réfractaires et/ou isolants, et un ensemble cathodique situé au fond de la cuve. Des anodes en matériau carboné sont partiellement immergées dans le bain d'électrolyte. L'ensemble formé
par une cuve d'électrolyse, sa ou ses anodes et le bain d'électrolyte est appelé une cellule d'électrolyse.
Le courant d'électrolyse, qui circule dans le bain d'électrolyte et la nappe d'aluminium liquides par l'intermédiaire des anodes et des éléments cathodiques, opère les réactions de réduction de l'aluminium et permet également de maintenir le bain d'électrolyte à une température de l'ordre de 950 C par effet Joule. La cellule d'électrolyse est régulièrement alimentée en alumine de manière à compenser la consommation en alumine produite par les réactions d'électrolyse.
La productivité et le rendement Faraday d'une cellule d'électrolyse sont influencés par plusieurs facteurs, tels que l'intensité et la répartition du courant d'électrolyse, la température du bain, la teneur en alumine dissoute et l'acidité du bain d'électrolyte, etc, qui interagissent les uns avec les autres. Par exemple, la température de fusion d'un bain de cryolithe décroît avec l'excès de trifluorure d'aluminium (A1F3) par
2 rapport à la composition nominale (3 NaF . AIF3). Dans les usines modernes, les paramètres de fonctionnement sont ajustés de manière à viser des rendements Faraday supérieurs à 90 %.
Le rendement Faraday effectif d'une cellule est toutefois fortement influencé
par les variations des paramètres de celle-ci. Par exemple, une augmentation de la température de l'électrolyte d'une dizaine de degrés Celsius peut faire baisser le rendement Faraday d'environ 2 % et une diminution de la température de l'électrolyte d'une dizaine de degrés Celsius peut réduire la solubilité déjà
faible de l'alumine dans l'électrolyte et favoriser " l'effet d'anode ", c'est-à-dire la polarisation d'anode, avec montée brutale de la tension aux bornes de la cellule et dégagement en quantité importante de produits fluorés et fluoro-carbonés, et/ou de produits isolants sur la surface de la cathode.
La conduite d'une cellule d'électrolyse nécessite donc de contrôler précisément ses paramètres de fonctionnement, tels que sa température, la teneur en alumine, l'acidité, etc, de manière à les maintenir à des valeurs de consigne déterminées.
Plusieurs procédés de régulation ont été développés afin d'atteindre cet objectif. Ces procédés portent généralement soit sur la régulation de la teneur en alumine du bain d'électrolyte, soit sur la régulation de sa température, soit sur la régulation de son acidité, c'est-à-dire l'excès d'A1F3.
Problème posé
Les producteurs d'aluminium, dans leur recherche continue en vue d'augmenter simultanément la production et la productivité des usines d'électrolyse, visent à
repousser ces limites.
En particulier, dans le but d'augmenter la productivité des usines, on cherche à
atteindre des rendements Faraday supérieurs à 95 % en fonctionnant avec des excès d'AIF3 supérieur à 11 %, et pouvant atteindre 13 à 14 %, ce qui permet de diminuer la température de fonctionnement des cellules (la température du liquidus chute en effet
Le rendement Faraday effectif d'une cellule est toutefois fortement influencé
par les variations des paramètres de celle-ci. Par exemple, une augmentation de la température de l'électrolyte d'une dizaine de degrés Celsius peut faire baisser le rendement Faraday d'environ 2 % et une diminution de la température de l'électrolyte d'une dizaine de degrés Celsius peut réduire la solubilité déjà
faible de l'alumine dans l'électrolyte et favoriser " l'effet d'anode ", c'est-à-dire la polarisation d'anode, avec montée brutale de la tension aux bornes de la cellule et dégagement en quantité importante de produits fluorés et fluoro-carbonés, et/ou de produits isolants sur la surface de la cathode.
La conduite d'une cellule d'électrolyse nécessite donc de contrôler précisément ses paramètres de fonctionnement, tels que sa température, la teneur en alumine, l'acidité, etc, de manière à les maintenir à des valeurs de consigne déterminées.
Plusieurs procédés de régulation ont été développés afin d'atteindre cet objectif. Ces procédés portent généralement soit sur la régulation de la teneur en alumine du bain d'électrolyte, soit sur la régulation de sa température, soit sur la régulation de son acidité, c'est-à-dire l'excès d'A1F3.
Problème posé
Les producteurs d'aluminium, dans leur recherche continue en vue d'augmenter simultanément la production et la productivité des usines d'électrolyse, visent à
repousser ces limites.
En particulier, dans le but d'augmenter la productivité des usines, on cherche à
atteindre des rendements Faraday supérieurs à 95 % en fonctionnant avec des excès d'AIF3 supérieur à 11 %, et pouvant atteindre 13 à 14 %, ce qui permet de diminuer la température de fonctionnement des cellules (la température du liquidus chute en effet
3 de 5 C / %AIF3 environ) et, par conséquent, de réduire la consommation énergétique de celles-ci. Or, dans cette zone de composition chimique, la solubilité de l'alumine est fortement réduite, ce qui accroît considérablement les risques d'effets d'anode et de dépôts isolants sur la cathode.
D'autre part, dans le but d'augmenter la production des usines, on cherche à
accroître la capacité unitaire des cellules et, corrélativement, à augmenter l'intensité
du courant d'électrolyse. La tendance actuelle est au développement de cellules d'électrolyse ayant une intensité qui atteint ou dépasse 500 M. L'augmentation de la capacité des cellules d'électrolyse peut être obtenue, en général, soit par une augmentation de l'intensité admissible de cellules de type connu ou de cellules existantes, soit par le développement de cellules de très grande taille. Dans le premier cas, l'augmentation de l'intensité admissible conduit à la diminution de la masse de bain d'électrolyte, ce qui exacerbe l'effet des instabilités. Dans le second cas, l'augmentation de la taille des cellules accroît leur inertie thermique et chimique. Par conséquent, l'augmentation de la capacité des cellules accroît non seulement la rapidité
de consommation de l'alumine mais amplifie également les phénomènes générateurs d'instabilités et de dérive des cellules, ce qui accentue davantage les difficultés de pilotage des cellules d'électrolyse.
La demanderesse a donc recherché un procédé de régulation d'une cellule d'électrolyse, notamment de l'acidité du bain d'électrolyte (c'est-à-dire de sa teneur en A1F3) et de la thermique globale de la cellule, qui permette de piloter, de manière stable et avec un rendement Faraday supérieur à 93 %, voire supérieure à 95 %, sans avoir recours à des mesures fréquentes de la teneur en A1F3, des cellules d'électrolyse dont l'excès d'A1F3 est supérieur à 11 % et dont l'intensité peut atteindre ou dépasser 500 kA.
Description de l'invention L'invention a pour objet un procédé de régulation d'une cellule d'électrolyse destinée à la production d'aluminium par électrolyse ignée, c'est-à-dire par passage de courant
D'autre part, dans le but d'augmenter la production des usines, on cherche à
accroître la capacité unitaire des cellules et, corrélativement, à augmenter l'intensité
du courant d'électrolyse. La tendance actuelle est au développement de cellules d'électrolyse ayant une intensité qui atteint ou dépasse 500 M. L'augmentation de la capacité des cellules d'électrolyse peut être obtenue, en général, soit par une augmentation de l'intensité admissible de cellules de type connu ou de cellules existantes, soit par le développement de cellules de très grande taille. Dans le premier cas, l'augmentation de l'intensité admissible conduit à la diminution de la masse de bain d'électrolyte, ce qui exacerbe l'effet des instabilités. Dans le second cas, l'augmentation de la taille des cellules accroît leur inertie thermique et chimique. Par conséquent, l'augmentation de la capacité des cellules accroît non seulement la rapidité
de consommation de l'alumine mais amplifie également les phénomènes générateurs d'instabilités et de dérive des cellules, ce qui accentue davantage les difficultés de pilotage des cellules d'électrolyse.
La demanderesse a donc recherché un procédé de régulation d'une cellule d'électrolyse, notamment de l'acidité du bain d'électrolyte (c'est-à-dire de sa teneur en A1F3) et de la thermique globale de la cellule, qui permette de piloter, de manière stable et avec un rendement Faraday supérieur à 93 %, voire supérieure à 95 %, sans avoir recours à des mesures fréquentes de la teneur en A1F3, des cellules d'électrolyse dont l'excès d'A1F3 est supérieur à 11 % et dont l'intensité peut atteindre ou dépasser 500 kA.
Description de l'invention L'invention a pour objet un procédé de régulation d'une cellule d'électrolyse destinée à la production d'aluminium par électrolyse ignée, c'est-à-dire par passage de courant
4 dans un bain d'électrolyte à base de cryolite fondue et contenant de l'alumine dissoute, notamment selon le procédé Hall-Héroult.
Le procédé de régulation selon l'invention comprend l'ajout d'alumine dans le bain d'électrolyte d'une cellule d'électrolyse, et est caractérisé en ce qu'il comprend la détermination. d'une quantité B, dite indicateur d'évolution du talus , qui est sensible à l'évolution du talus de bain solidifié formé sur les parois latérales de la cuve, et la modification d'au moins un des moyens de réglage de la cuve et/ou au moins une opération de pilotage en fonction de la valeur obtenue pour ledit indicateur.
La demanderesse a noté que, de façon surprenante, la prise en compte de l'évolution de la masse de bain solidifié dans la régulation d'une cuve d'électrolyse permettait de diminuer l'amplitude et la dispersion des , fluctuations des paramètres de fonctionnement de la cuve, tels que son acidité.
Selon un mode de réalisation de l'invention, ledit indicateur est déterminé à
partir d'une mesure électrique sur la cellule d'électrolyse qui soit apte à détecter les variations des lignes de courant induites par l'évolution du talus. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, ledit indicateur est déterminé à partir d'une quantité dite variation de la résistance spécifique ARS qui est déterminée à partir de la résistance R de la cellule d'électrolyse.
Selon un autre mode de réalisation de l'invention, ledit indicateur est déterminé à
partir d'une détermination de la superficie de la nappe de métal liquide, qui soit apte à détecter les variations de la superficie du métal liquide provoquées par l'évolution du talus.
Selon encore un autre mode de réalisation de l'invention, ledit indicateur est déterminé à partir par une combinaison des mesures électrique et de la superficie métal.
Le procédé de régulation selon l'invention comprend l'ajout d'alumine dans le bain d'électrolyte d'une cellule d'électrolyse, et est caractérisé en ce qu'il comprend la détermination. d'une quantité B, dite indicateur d'évolution du talus , qui est sensible à l'évolution du talus de bain solidifié formé sur les parois latérales de la cuve, et la modification d'au moins un des moyens de réglage de la cuve et/ou au moins une opération de pilotage en fonction de la valeur obtenue pour ledit indicateur.
La demanderesse a noté que, de façon surprenante, la prise en compte de l'évolution de la masse de bain solidifié dans la régulation d'une cuve d'électrolyse permettait de diminuer l'amplitude et la dispersion des , fluctuations des paramètres de fonctionnement de la cuve, tels que son acidité.
Selon un mode de réalisation de l'invention, ledit indicateur est déterminé à
partir d'une mesure électrique sur la cellule d'électrolyse qui soit apte à détecter les variations des lignes de courant induites par l'évolution du talus. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, ledit indicateur est déterminé à partir d'une quantité dite variation de la résistance spécifique ARS qui est déterminée à partir de la résistance R de la cellule d'électrolyse.
Selon un autre mode de réalisation de l'invention, ledit indicateur est déterminé à
partir d'une détermination de la superficie de la nappe de métal liquide, qui soit apte à détecter les variations de la superficie du métal liquide provoquées par l'évolution du talus.
Selon encore un autre mode de réalisation de l'invention, ledit indicateur est déterminé à partir par une combinaison des mesures électrique et de la superficie métal.
5 PCT/FR02/00692 L'invention peut être mise en oeuvre de manière avantageuse dans régulation de l'acidité du bain d'électrolyte. En particulier, le procédé de régulation peut comprendre l'ajout dans le bain d'électrolyte d'une cellule d'électrolyse, durant des intervalles de temps p prédéterminés appelés périodes de régulation , d'une 5 quantité Q(p) de trifluorure d'aluminium (A1F3) déterminée par la somme d'au moins un terme de base Qo(p) correspondant aux besoins moyens nets de la cellule en AIF3, et d'un terme correctif Qi(p) incluant au moins un terme Qsol(p), dit terme de talus , qui est déterminé à partir d'au moins un indicateur d'évolution du talus. La quantité Q(p) est donc déterminée par la formule : Q(p) = Qo(p) + Qi(p) =
Qo(p) +
Qsol(p) + ....
La demanderesse a noté que le terme de talus Qsol(p) permet de réduire de manière sensible le nombre d'analyses de la teneur en A1F3 du bain d'électrolyte liquide, lesquelles mesures grèvent les coûts de production et sont généralement entachées d'erreurs.
Lesdites modifications d'au moins un moyen de réglage de la cellule et/ou d'au moins une opération de pilotage peuvent avantageusement être combinées.
Figures La figure 1 représente, en coupe transversale, une cellule d'électrolyse typique.
La figure 2 illustre le principe des séquences de régulation de l'invention.
Les figures 3 et 4 montrent des fonctions typiques utilisées pour déterminer les termes de Q(p).
La figure 5 illustre une méthode de détermination de la résistance électrique spécifique de la cellule d'électrolyse.
Qo(p) +
Qsol(p) + ....
La demanderesse a noté que le terme de talus Qsol(p) permet de réduire de manière sensible le nombre d'analyses de la teneur en A1F3 du bain d'électrolyte liquide, lesquelles mesures grèvent les coûts de production et sont généralement entachées d'erreurs.
Lesdites modifications d'au moins un moyen de réglage de la cellule et/ou d'au moins une opération de pilotage peuvent avantageusement être combinées.
Figures La figure 1 représente, en coupe transversale, une cellule d'électrolyse typique.
La figure 2 illustre le principe des séquences de régulation de l'invention.
Les figures 3 et 4 montrent des fonctions typiques utilisées pour déterminer les termes de Q(p).
La figure 5 illustre une méthode de détermination de la résistance électrique spécifique de la cellule d'électrolyse.
6 La figure 6 illustre de manière schématique la forme des lignes de courant passant dans le bain d'électrolyte entre une anode et la nappe de métal liquide.
La figure 7 illustre une méthode de détermination de la superficie de la nappe de métal liquide.
La figure 8 montre des évolutions des besoins totaux en AIF3 d'une cellule d'électrolyse.
Tel qu'illustré à la figure 1, une cellule d'électrolyse (1) pour la production d'aluminium par le procédé d'électrolyse Hall-Héroult comprend typiquement une cuve (20), des anodes (7) supportés par les moyens de fixation (8, 9) à un cadre anodique (10) et des moyens d'alimentation en alumine (11). La cuve (20) comprend un caisson (2) en acier, des éléments de revêtement intérieur (3, 4) et un ensemble cathodique (5, 6). Les éléments de revêtement intérieur (3, 4) sont généralement des blocs en matériaux réfractaires, qui peuvent être des isolants thermiques.
L'ensemble cathodique (5, 6) comprend des barres de raccordement (6) auxquelles sont fixés les conducteurs électriques servant à l'acheminement du courant d'électrolyse.
Les éléments de revêtement (3, 4) et l'ensemble cathodique (5, 6) forment, à
l'intérieur de la cuve, un creuset apte à contenir le bain d'électrolyte (13) et une nappe de métal liquide (12) lorsque la cellule est en fonctionnement, au cours duquel les anodes (7) sont partiellement immergées dans le bain d'électrolyte (13). Le bain d'électrolyte contient de l'alumine dissoute et, en général, une couverture d'alumine (14) recouvre le bain d'électrolyte.
Le courant d'électrolyse transite dans le bain d'électrolyte (13) par l'intermédiaire du cadre anodique (10), des moyens de fixation (8, 9), des anodes (7) et des éléments cathodiques (5, 6). L'alimentation en alumine de la cellule a pour but de compenser la consommation sensiblement continue de la cellule qui provient essentiellement de la réduction de l'alumine en aluminium métal. L'alimentation en alumine, qui se fait
La figure 7 illustre une méthode de détermination de la superficie de la nappe de métal liquide.
La figure 8 montre des évolutions des besoins totaux en AIF3 d'une cellule d'électrolyse.
Tel qu'illustré à la figure 1, une cellule d'électrolyse (1) pour la production d'aluminium par le procédé d'électrolyse Hall-Héroult comprend typiquement une cuve (20), des anodes (7) supportés par les moyens de fixation (8, 9) à un cadre anodique (10) et des moyens d'alimentation en alumine (11). La cuve (20) comprend un caisson (2) en acier, des éléments de revêtement intérieur (3, 4) et un ensemble cathodique (5, 6). Les éléments de revêtement intérieur (3, 4) sont généralement des blocs en matériaux réfractaires, qui peuvent être des isolants thermiques.
L'ensemble cathodique (5, 6) comprend des barres de raccordement (6) auxquelles sont fixés les conducteurs électriques servant à l'acheminement du courant d'électrolyse.
Les éléments de revêtement (3, 4) et l'ensemble cathodique (5, 6) forment, à
l'intérieur de la cuve, un creuset apte à contenir le bain d'électrolyte (13) et une nappe de métal liquide (12) lorsque la cellule est en fonctionnement, au cours duquel les anodes (7) sont partiellement immergées dans le bain d'électrolyte (13). Le bain d'électrolyte contient de l'alumine dissoute et, en général, une couverture d'alumine (14) recouvre le bain d'électrolyte.
Le courant d'électrolyse transite dans le bain d'électrolyte (13) par l'intermédiaire du cadre anodique (10), des moyens de fixation (8, 9), des anodes (7) et des éléments cathodiques (5, 6). L'alimentation en alumine de la cellule a pour but de compenser la consommation sensiblement continue de la cellule qui provient essentiellement de la réduction de l'alumine en aluminium métal. L'alimentation en alumine, qui se fait
7 par ajouts d'alumine dans le bain liquide (13), est en général régulée indépendamment.
L'aluminium métal (12) qui est produit au cours de l'électrolyse s'accumule au fond de la cuve et il s'établit une interface assez nette entre le métal liquide (12) et le bain de cryolithe fondue (13). La position de cette interface bain-métal varie au cours du temps : elle s'élève au fur et à mesure que le métal liquide s'accumule au fond de la cuve et elle s'abaisse lorsque du métal liquide est extrait de la cuve.
Plusieurs cellules d'électrolyse sont généralement disposées en ligne, dans des bâtiments appelés halls d'électrolyse, et raccordées électriquement en série à
l'aide de conducteurs de liaison. Les cellules sont typiquement disposées de manière à
former deux ou plusieurs files parallèles. Le courant d'électrolyse passe ainsi en cascade d'une cellule à la suivante.
Description détaillée de l'invention Selon l'invention, le procédé de régulation d'une cellule d'électrolyse (1) pour la production d'aluminium par réduction électrolytique de l'alumine dissoute dans un bain d'électrolyte (13) à base de cryolithe, ladite cellule (1) comprenant une cuve (20), au moins une anode (7), au moins un élément cathodique (5, 6), ladite cuve (20) comportant des parois latérales internes (3) et étant apte à contenir un bain d'électrolyte liquide (13), ladite cellule (1) comprenant en outre au moins un moyen de réglage de ladite cellule incluant un cadre anodique mobile (10) auquel est fixée ladite au moins une anode (7), ladite cellule (1) étant apte à faire circuler un courant dit d'électrolyse dans ledit bain, ledit courant ayant une intensité I, l'aluminium produit par ladite réduction formant une nappe dite nappe de métal liquide (12) sur le ou les éléments cathodiques (5, 6), ladite cellule (1) comprenant un talus (15) de bain solidifié sur lesdites parois (3), comprend des opérations de pilotage de ladite cellule incluant l'ajout d'alumine et l'ajout d'A1F3 dans ledit bain et est caractérisé en ce qu'il comprend :
L'aluminium métal (12) qui est produit au cours de l'électrolyse s'accumule au fond de la cuve et il s'établit une interface assez nette entre le métal liquide (12) et le bain de cryolithe fondue (13). La position de cette interface bain-métal varie au cours du temps : elle s'élève au fur et à mesure que le métal liquide s'accumule au fond de la cuve et elle s'abaisse lorsque du métal liquide est extrait de la cuve.
Plusieurs cellules d'électrolyse sont généralement disposées en ligne, dans des bâtiments appelés halls d'électrolyse, et raccordées électriquement en série à
l'aide de conducteurs de liaison. Les cellules sont typiquement disposées de manière à
former deux ou plusieurs files parallèles. Le courant d'électrolyse passe ainsi en cascade d'une cellule à la suivante.
Description détaillée de l'invention Selon l'invention, le procédé de régulation d'une cellule d'électrolyse (1) pour la production d'aluminium par réduction électrolytique de l'alumine dissoute dans un bain d'électrolyte (13) à base de cryolithe, ladite cellule (1) comprenant une cuve (20), au moins une anode (7), au moins un élément cathodique (5, 6), ladite cuve (20) comportant des parois latérales internes (3) et étant apte à contenir un bain d'électrolyte liquide (13), ladite cellule (1) comprenant en outre au moins un moyen de réglage de ladite cellule incluant un cadre anodique mobile (10) auquel est fixée ladite au moins une anode (7), ladite cellule (1) étant apte à faire circuler un courant dit d'électrolyse dans ledit bain, ledit courant ayant une intensité I, l'aluminium produit par ladite réduction formant une nappe dite nappe de métal liquide (12) sur le ou les éléments cathodiques (5, 6), ladite cellule (1) comprenant un talus (15) de bain solidifié sur lesdites parois (3), comprend des opérations de pilotage de ladite cellule incluant l'ajout d'alumine et l'ajout d'A1F3 dans ledit bain et est caractérisé en ce qu'il comprend :
8 - la détermination de la valeur d'au moins un indicateur B dit d'évolution du talus par la mesure d'au moins une variation dudit talus (15), ledit indicateur B
étant corrélé avec ladite variation;
- l'ajustement d'au moins un moyen de réglage et/ou d'au moins une opération de pilotage en fonction de la valeur obtenue pour le ou chaque indicateur d'évolution du talus, Les variations du talus de bain solidifié se traduisent généralement par des variations de l'épaisseur et, dans une moindre mesure, de la forme dudit talus.
Ledit ajustement d'au moins un moyen de réglage de la cellule comprend typiquement au moins une modification de la position dudit cadre anodique mobile (10), soit vers le haut, soit vers le bas, de manière à modifier la distance anode/métal (DAM), Ladite au moins une opération de pilotage comprend typiquement l'ajout d'une quantité Q d'A1F3 dans ledit bain d'électrolyte (13). Ledit ajustement peut alors comprendre au moins une modification de ladite quantité Q en fonction de la valeur obtenue pour un ou chaque indicateur d'évolution du talus.
Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, le procédé de régulation est caractérisé en ce que ledit au moins un indicateur d'évolution du talus inclut un indicateur, dit BE , qui est déterminé à partir d'au moins une mesure électrique sur ladite cellule (1) apte à détecter les variations des lignes de courant induites par l'évolution dudit talus. De préférence, ledit indicateur BE est déterminé à
partir d'au moins une détermination de ladite intensité I et d'au moins une détermination de la chute de tension U aux bornes de ladite cellule (1).
Dans une variante de ce mode de réalisation, ledit au moins un indicateur d'évolution du talus BE est égal à une variation de la résistance spécifique ARS qui peut être déterminée par un procédé de mesure comprenant
étant corrélé avec ladite variation;
- l'ajustement d'au moins un moyen de réglage et/ou d'au moins une opération de pilotage en fonction de la valeur obtenue pour le ou chaque indicateur d'évolution du talus, Les variations du talus de bain solidifié se traduisent généralement par des variations de l'épaisseur et, dans une moindre mesure, de la forme dudit talus.
Ledit ajustement d'au moins un moyen de réglage de la cellule comprend typiquement au moins une modification de la position dudit cadre anodique mobile (10), soit vers le haut, soit vers le bas, de manière à modifier la distance anode/métal (DAM), Ladite au moins une opération de pilotage comprend typiquement l'ajout d'une quantité Q d'A1F3 dans ledit bain d'électrolyte (13). Ledit ajustement peut alors comprendre au moins une modification de ladite quantité Q en fonction de la valeur obtenue pour un ou chaque indicateur d'évolution du talus.
Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, le procédé de régulation est caractérisé en ce que ledit au moins un indicateur d'évolution du talus inclut un indicateur, dit BE , qui est déterminé à partir d'au moins une mesure électrique sur ladite cellule (1) apte à détecter les variations des lignes de courant induites par l'évolution dudit talus. De préférence, ledit indicateur BE est déterminé à
partir d'au moins une détermination de ladite intensité I et d'au moins une détermination de la chute de tension U aux bornes de ladite cellule (1).
Dans une variante de ce mode de réalisation, ledit au moins un indicateur d'évolution du talus BE est égal à une variation de la résistance spécifique ARS qui peut être déterminée par un procédé de mesure comprenant
9 - la détermination d'au moins une première valeur Il pour ladite intensité I
et d'au moins une première valeur U l pour la chute de tension U aux bornes de ladite cellule (1) ;
- le calcul d'une première résistance Rl à partir d'au moins lesdites valeurs I1 et Ul - le déplacement du cadre anodique (10) d'une distance déterminée AH, à partir d'une position dite initiale, soit vers le haut (AH étant alors positif), soit vers le bas (AH
étant alors négatif) ;
- la détermination d'au moins une deuxième valeur 12 pour ladite intensité I
et d'au moins une deuxième valeur U2 pour la chute de tension U aux bornes de ladite cellule (1) ;
- le calcul d'une deuxième résistance R2 à partir d'au moins lesdites valeurs 12 et U2;
- le calcul d'une variation de résistance AR en utilisant la formule AR = R2 -Rl - le calcul de ladite variation de la résistance spécifique ORS en utilisant la formule ORS = AR / AH.
De préférence, le procédé de mesure comprend en outre (au moins après la détermination des valeurs de 11, 12, U1 et U2) le déplacement du cadre anodique (10) de façon à le ramener à sa position initiale et à retrouver le réglage initial de la cellule.
Lesdites première et deuxième résistance (Rl et R2) peuvent être calculées en utilisant la formule R = (U - Uo) / I, où Uo est une constante typiquement comprise entre 1,6 et 2,0 V. Par exemple Rl et R2 peuvent être données par Rl = (U1 -Uo) /
I1 et R2 = (U2 - Uo) / 12. Selon une variante de l'invention, Rl et R2 peuvent être données par une valeur moyenne obtenue à partir d'un nombre déterminé de valeurs de la tension U et de l'intensité I.
En pratique, il a été trouvé plus simple de donner un ordre de déplacement du cadre anodique (10) pendant un temps déterminé et de mesurer le déplacement du cadre AH qui en résulte.
Selon ce mode de réalisation de l'invention, le procédé de régulation comprend avantageusement :
- la détermination d'une variation de la résistance spécifique ARS en utilisant de 5 préférence la formule ARS = AR / AH ;
- l'ajustement d'au moins un moyen de pilotage et/ou d'au moins une opération de pilotage en utilisant une fonction déterminée de ladite variation de la résistance spécifique ARS.
et d'au moins une première valeur U l pour la chute de tension U aux bornes de ladite cellule (1) ;
- le calcul d'une première résistance Rl à partir d'au moins lesdites valeurs I1 et Ul - le déplacement du cadre anodique (10) d'une distance déterminée AH, à partir d'une position dite initiale, soit vers le haut (AH étant alors positif), soit vers le bas (AH
étant alors négatif) ;
- la détermination d'au moins une deuxième valeur 12 pour ladite intensité I
et d'au moins une deuxième valeur U2 pour la chute de tension U aux bornes de ladite cellule (1) ;
- le calcul d'une deuxième résistance R2 à partir d'au moins lesdites valeurs 12 et U2;
- le calcul d'une variation de résistance AR en utilisant la formule AR = R2 -Rl - le calcul de ladite variation de la résistance spécifique ORS en utilisant la formule ORS = AR / AH.
De préférence, le procédé de mesure comprend en outre (au moins après la détermination des valeurs de 11, 12, U1 et U2) le déplacement du cadre anodique (10) de façon à le ramener à sa position initiale et à retrouver le réglage initial de la cellule.
Lesdites première et deuxième résistance (Rl et R2) peuvent être calculées en utilisant la formule R = (U - Uo) / I, où Uo est une constante typiquement comprise entre 1,6 et 2,0 V. Par exemple Rl et R2 peuvent être données par Rl = (U1 -Uo) /
I1 et R2 = (U2 - Uo) / 12. Selon une variante de l'invention, Rl et R2 peuvent être données par une valeur moyenne obtenue à partir d'un nombre déterminé de valeurs de la tension U et de l'intensité I.
En pratique, il a été trouvé plus simple de donner un ordre de déplacement du cadre anodique (10) pendant un temps déterminé et de mesurer le déplacement du cadre AH qui en résulte.
Selon ce mode de réalisation de l'invention, le procédé de régulation comprend avantageusement :
- la détermination d'une variation de la résistance spécifique ARS en utilisant de 5 préférence la formule ARS = AR / AH ;
- l'ajustement d'au moins un moyen de pilotage et/ou d'au moins une opération de pilotage en utilisant une fonction déterminée de ladite variation de la résistance spécifique ARS.
10 Ledit ajustement peut éventuellement être une fonction déterminée de l'écart entre ladite variation de la résistance spécifique ORS et une valeur de référence ARSo, c'est-à-dire ORS - ARSo.
Comme le montre la figure 5, la résistance R est typiquement mesurée à l'aide de moyens (18) pour mesurer l'intensité I du courant circulant dans la cellule (où I est égal à la somme des courants cathodiques le ou anodiques la) et de moyens (16, 17) pour mesurer la chute de tension U qui en résulte aux bornes de la cellule (typiquement la chute de tension qui en résulte entre le cadre anodique et les éléments cathodiques de la cellule). Ladite résistance R est généralement calculée à
l'aide de la relation : R = (U - Uo) / I, où Uo est une constante.
La résistance R dépend non seulement de la résistivité p du bain d'électrolyte (13), de la distance H entre la ou les anodes (7) et la nappe (12) de métal liquide, et de la surface Sa de la ou des anodes (7), mais aussi de l'épanouissement il des lignes de courants (Jc, Js) qui s'établissent dans ledit bain, notamment entre la ou les anodes (7) et le talus (15) de bain solidifié (lignes Je de la figure 6). La demanderesse a eu l'idée d'exploiter le fait que la variation de la résistance électrique spécifique ARS
n'est pas sensible uniquement à la résistivité du bain d'électrolyte, mais intègre un facteur d'épanouissement du courant électrique qui est sensible à la présence, à la taille et, dans une moindre mesure, à la forme du talus de bain solidifié (15) sur les parois de la cuve.
Comme le montre la figure 5, la résistance R est typiquement mesurée à l'aide de moyens (18) pour mesurer l'intensité I du courant circulant dans la cellule (où I est égal à la somme des courants cathodiques le ou anodiques la) et de moyens (16, 17) pour mesurer la chute de tension U qui en résulte aux bornes de la cellule (typiquement la chute de tension qui en résulte entre le cadre anodique et les éléments cathodiques de la cellule). Ladite résistance R est généralement calculée à
l'aide de la relation : R = (U - Uo) / I, où Uo est une constante.
La résistance R dépend non seulement de la résistivité p du bain d'électrolyte (13), de la distance H entre la ou les anodes (7) et la nappe (12) de métal liquide, et de la surface Sa de la ou des anodes (7), mais aussi de l'épanouissement il des lignes de courants (Jc, Js) qui s'établissent dans ledit bain, notamment entre la ou les anodes (7) et le talus (15) de bain solidifié (lignes Je de la figure 6). La demanderesse a eu l'idée d'exploiter le fait que la variation de la résistance électrique spécifique ARS
n'est pas sensible uniquement à la résistivité du bain d'électrolyte, mais intègre un facteur d'épanouissement du courant électrique qui est sensible à la présence, à la taille et, dans une moindre mesure, à la forme du talus de bain solidifié (15) sur les parois de la cuve.
11 La demanderesse a en outre constaté que, contrairement à ce qui est normalement admis, l'épanouissement il est en fait un facteur prépondérant dans l'établissement de la résistance électrique. La demanderesse estime que la contribution de l'épanouissement à la variation de la résistance électrique spécifique se situe typiquement entre 75 et 90 %, ce qui signifie que la contribution de la résistivité est très faible, soit typiquement entre 10 et 25 % (soit typiquement 15 %). Dans ses essais sur des cuves de 500 kA, la demanderesse a observé une valeur moyenne de ARS de l'ordre de 100 nQ/mm, qui diminue d'environ - 3 nQ/mm lorsque la température du bain augmente de 5 C et lorsque la teneur en AJF3 diminue de 1 %, et inversement. La contribution de la résistivité à cette variation est estimée être de l'ordre de - 0,5 nO/mm seulement (soit environ 15 % seulement de la valeur totale), la contribution attribuable à l'épanouissement, à savoir - 2,5 nQ/mm étant alors dominante.
Il est possible de tenir compte de l'épanouissement du courant dans la résistance mesurée (par exemple par modélisation des lignes de courant), ce qui améliore de manière sensible la fiabilité de la variation de la résistance spécifique en tant qu'indicateur d'évolution du talus BE (qui est lui-même un indicateur de l'état thermique de la cellule).
Dans un autre mode de réalisation préféré de l'invention, le procédé de régulation est caractérisé en ce que ledit au moins un indicateur d'évolution du talus inclut un indicateur, dit BM , qui est déterminé à partir d'une détermination de la superficie S de ladite nappe de métal liquide (12).
Selon ce mode de réalisation de l'invention, le procédé de régulation comprend avantageusement :
- la détermination d'une superficie S pour la nappe de métal liquide (12) ;
- l'ajustement d'au moins un moyen de pilotage et/ou d'au moins une opération de pilotage en utilisant une fonction déterminée de la superficie S.
Il est possible de tenir compte de l'épanouissement du courant dans la résistance mesurée (par exemple par modélisation des lignes de courant), ce qui améliore de manière sensible la fiabilité de la variation de la résistance spécifique en tant qu'indicateur d'évolution du talus BE (qui est lui-même un indicateur de l'état thermique de la cellule).
Dans un autre mode de réalisation préféré de l'invention, le procédé de régulation est caractérisé en ce que ledit au moins un indicateur d'évolution du talus inclut un indicateur, dit BM , qui est déterminé à partir d'une détermination de la superficie S de ladite nappe de métal liquide (12).
Selon ce mode de réalisation de l'invention, le procédé de régulation comprend avantageusement :
- la détermination d'une superficie S pour la nappe de métal liquide (12) ;
- l'ajustement d'au moins un moyen de pilotage et/ou d'au moins une opération de pilotage en utilisant une fonction déterminée de la superficie S.
12 Ledit ajustement est éventuellement une fonction déterminée de l'écart dit de superficie métal entre la valeur obtenue pour ladite superficie S et une valeur de consigne So (c'est-à-dire S - So).
La superficie S, qui correspond sensiblement à l'interface métal/bain, est approximativement égale à la section droite horizontale de la cuve d'électrolyse. La présence de bain d'électrolyte solidifié sur les parois de la cuve diminue cette superficie d'une quantité qui varie en fonction du temps et des conditions de fonctionnement de la cellule.
Dans le mode de réalisation préféré de cette variante de l'invention, la superficie S
peut être déterminée à partir d'une mesure du volume Vin de métal coulé et de l'abaissement AHm du niveau métal Hm correspondant (voir la figure 7). Plus précisément, ladite superficie métal peut être déterminée par un procédé de mesure comprenant :
- l'extraction d'une quantité de métal liquide de la cellule d'électrolyse ;
- la détermination du volume Vm de ladite quantité de métal liquide extraite de la cellule d'électrolyse ;
- la détermination du changement Affin du niveau de ladite nappe de métal liquide qui en résulte dans ladite cuve ;
- la détermination d'une superficie S pour ladite nappe de métal liquide (12) en utilisant la formule S = Vin / Affin.
Ledit volume Vm peut être déterminé par une mesure de la masse de ladite quantité
de métal liquide extraite de la cellule d'électrolyse.
Dans la pratique, les anodes (7) sont normalement abaissées en même temps que le niveau du métal liquide de manière à maintenir constante la distance anode/métal (DAM).
La superficie S, qui correspond sensiblement à l'interface métal/bain, est approximativement égale à la section droite horizontale de la cuve d'électrolyse. La présence de bain d'électrolyte solidifié sur les parois de la cuve diminue cette superficie d'une quantité qui varie en fonction du temps et des conditions de fonctionnement de la cellule.
Dans le mode de réalisation préféré de cette variante de l'invention, la superficie S
peut être déterminée à partir d'une mesure du volume Vin de métal coulé et de l'abaissement AHm du niveau métal Hm correspondant (voir la figure 7). Plus précisément, ladite superficie métal peut être déterminée par un procédé de mesure comprenant :
- l'extraction d'une quantité de métal liquide de la cellule d'électrolyse ;
- la détermination du volume Vm de ladite quantité de métal liquide extraite de la cellule d'électrolyse ;
- la détermination du changement Affin du niveau de ladite nappe de métal liquide qui en résulte dans ladite cuve ;
- la détermination d'une superficie S pour ladite nappe de métal liquide (12) en utilisant la formule S = Vin / Affin.
Ledit volume Vm peut être déterminé par une mesure de la masse de ladite quantité
de métal liquide extraite de la cellule d'électrolyse.
Dans la pratique, les anodes (7) sont normalement abaissées en même temps que le niveau du métal liquide de manière à maintenir constante la distance anode/métal (DAM).
13 Ladite au moins une opération de pilotage peut également comprendre au moins un ajout de bain d'électrolyte solide ou liquide de manière à augmenter le niveau dudit bain d'électrolyte liquide (13) dans ladite cuve (20).
Lesdits ajustements d'au moins un moyen de réglage de la cellule et/ou d'au moins une opération de pilotage peuvent avantageusement être combinés.
Mise en oeuvre de l'invention dans la régulation de l'acidité du bain Selon un mode de réalisation de l'invention, le procédé de régulation d'une cellule d'électrolyse (1) pour la production d'aluminium par réduction électrolytique de l'alumine dissoute dans un bain d'électrolyte (13) à base de cryolithe, ladite cellule (1) comprenant une cuve (20), au moins une anode (7), au moins un élément cathodique (5, 6), ladite cuve (20) comportant des parois latérales internes (3) et étant apte à contenir un bain d'électrolyte liquide (13), ladite cellule (1) comprenant en outre au moins un moyen de réglage de ladite cellule incluant un cadre anodique mobile (10) auquel est fixée ladite au moins une anode (7), ladite cellule (1) étant apte, à faire circuler un courant dit d'électrolyse dans ledit bain, ledit courant ayant une intensité I, l'aluminium produit par ladite réduction formant une nappe dite nappe de métal liquide (12) sur le ou les éléments cathodiques (5, 6), ladite cellule (1) comprenant un talus (15) de bain solidifié sur lesdites parois (3), comprend des opérations de pilotage de ladite cellule incluant l'ajout d'alumine et l'ajout d'A1F3 dans ledit bain et est caractérisé en ce qu'il comprend :
- l'implantation d'une séquence de régulation comprenant une série d'intervalles de temps p de durée prédéterminée Lp appelés périodes de régulation ou simplement périodes par la suite ;
- la détermination de la valeur d'au moins un indicateur B dit d'évolution du talus par la mesure d'au moins une variation dudit talus (l5), ledit indicateur B
étant corrélé avec ladite variation;
- la détermination d'une quantité Qo(p), dite terme de base , correspondant aux besoins moyens nets de la cellule en AIF3;
Lesdits ajustements d'au moins un moyen de réglage de la cellule et/ou d'au moins une opération de pilotage peuvent avantageusement être combinés.
Mise en oeuvre de l'invention dans la régulation de l'acidité du bain Selon un mode de réalisation de l'invention, le procédé de régulation d'une cellule d'électrolyse (1) pour la production d'aluminium par réduction électrolytique de l'alumine dissoute dans un bain d'électrolyte (13) à base de cryolithe, ladite cellule (1) comprenant une cuve (20), au moins une anode (7), au moins un élément cathodique (5, 6), ladite cuve (20) comportant des parois latérales internes (3) et étant apte à contenir un bain d'électrolyte liquide (13), ladite cellule (1) comprenant en outre au moins un moyen de réglage de ladite cellule incluant un cadre anodique mobile (10) auquel est fixée ladite au moins une anode (7), ladite cellule (1) étant apte, à faire circuler un courant dit d'électrolyse dans ledit bain, ledit courant ayant une intensité I, l'aluminium produit par ladite réduction formant une nappe dite nappe de métal liquide (12) sur le ou les éléments cathodiques (5, 6), ladite cellule (1) comprenant un talus (15) de bain solidifié sur lesdites parois (3), comprend des opérations de pilotage de ladite cellule incluant l'ajout d'alumine et l'ajout d'A1F3 dans ledit bain et est caractérisé en ce qu'il comprend :
- l'implantation d'une séquence de régulation comprenant une série d'intervalles de temps p de durée prédéterminée Lp appelés périodes de régulation ou simplement périodes par la suite ;
- la détermination de la valeur d'au moins un indicateur B dit d'évolution du talus par la mesure d'au moins une variation dudit talus (l5), ledit indicateur B
étant corrélé avec ladite variation;
- la détermination d'une quantité Qo(p), dite terme de base , correspondant aux besoins moyens nets de la cellule en AIF3;
14 - la détermination d'une terme correctif Qi(p) incluant au moins un terme Qsol(p), dit terme de talus , qui est déterminé à partir dudit indicateur d'évolution du talus
(15);
- la détermination d'une quantité Q(p) d'AIF3 à ajouter durant la période p, dite quantité déterminée Q(p) , par addition du terme correctif Qi(p) au terme de base Qo(p), c'est-à-dire Q(p) = Qo(p) + Qi(p) ;
- l'ajout dans ledit bain d'électrolyte, durant la période p, d'une quantité
effective de trifluorure d'aluminium (A1F3) égale à ladite quantité déterminée Q(p).
Les intervalles (ou périodes ) p sont de préférence, de -durée Lp sensiblement égale, c'est-à-dire que la durée Lp des périodes est sensiblement la même pour tous .les périodes, ce qui facilite la mise en oeuvre de l'invention. Ladite durée Lp est généralement comprise entre 1 et 100 heures.
Le terme Qsol(p) est fonction des variations de la masse du talus de bain solidifié
(15) formé sur lesdites parois (3), lesquelles variations se traduisent généralement par des variations de l'épaisseur (et, dans une moindre mesure, de la forme) dudit talus.
Dans une variante avantageuse de ce mode de réalisation de l'invention, le terme Qsol(p) inclut au moins un terme. dit Qr(p) qui peut être déterminé à partir d'au moins une mesure électrique sur la cellule (1) apte à détecter les variations des lignes de courant induites par l'évolution dudit talus. Le terme Qr(p) est avantageusement déterminé à partir d'au moins une mesure de ladite intensité I et d'au moins une mesure de la chute de tension U aux bornes de ladite cellule (1).
Dans le mode de réalisation préféré de cette variante de l'invention, le procédé
comprend :
- la détermination d'au moins une première valeur Il pour ladite intensité I
et d'au moins une première valeur U1 pour la chute de tension U aux bornes de ladite cellule (1) ;
;
- le calcul d'une première résistance Rl à partir d'au moins lesdites valeurs 11 et U1 - le déplacement du cadre anodique (10) d'une distance déterminée AH, à partir d'une position dite initiale, soit vers le haut (AH étant alors positif), soit vers le bas (AH
étant alors négatif) ;
- la détermination d'au moins une deuxième valeur 12 pour ladite intensité I
et d'au 5 moins une deuxième valeur U2 pour la chute de tension U aux bornes de ladite cellule (1) ;
- le calcul d'une deuxième résistance R2 à partir d'au moins lesdites valeurs 12 et U2;
- le calcul d'une variation de résistance OR en utilisant la formule OR = R2 -R1 ;
10 - le calcul d'une quantité dite variation de la résistance spécifique ORS en utilisant la formule ORS = AR / OH ;
- la détermination d'un terme Qr(p) en utilisant une fonction déterminée de ladite variation de la résistance spécifique ORS ;
- la détermination du terme correctif Qi(p) en incluant au moins le terme Qr(p) dans 15 le terme de talus Qsol(p).
De préférence, le procédé de mesure comprend en outre (au moins après la détermination des valeurs de Il, 12, U1 et U2) le déplacement du cadre anodique (10) de façon à le ramener à sa position initiale et à retrouver le réglage initial de la cellule.
Lesdites première et deuxième résistance (RI et R2) peuvent être calculées en utilisant la formule R = (U - Uo) / I, où Uo est une constante typiquement comprise entre 1,6 et 2,0 V. Par exemple RI et R2 peuvent être données par RI = (U1 -Uo) /
Il et R2 = (U2 - Uo) / 12. Selon une variante de l'invention, RI et R2 peuvent être données par une valeur moyenne obtenue à partir d'un nombre déterminé de valeurs de la tension U et de l'intensité I.
Ladite fonction déterminée, qui est typiquement décroissante, est de préférence bornée. Elle est avantageusement une fonction de la différence entre ORS et une
- la détermination d'une quantité Q(p) d'AIF3 à ajouter durant la période p, dite quantité déterminée Q(p) , par addition du terme correctif Qi(p) au terme de base Qo(p), c'est-à-dire Q(p) = Qo(p) + Qi(p) ;
- l'ajout dans ledit bain d'électrolyte, durant la période p, d'une quantité
effective de trifluorure d'aluminium (A1F3) égale à ladite quantité déterminée Q(p).
Les intervalles (ou périodes ) p sont de préférence, de -durée Lp sensiblement égale, c'est-à-dire que la durée Lp des périodes est sensiblement la même pour tous .les périodes, ce qui facilite la mise en oeuvre de l'invention. Ladite durée Lp est généralement comprise entre 1 et 100 heures.
Le terme Qsol(p) est fonction des variations de la masse du talus de bain solidifié
(15) formé sur lesdites parois (3), lesquelles variations se traduisent généralement par des variations de l'épaisseur (et, dans une moindre mesure, de la forme) dudit talus.
Dans une variante avantageuse de ce mode de réalisation de l'invention, le terme Qsol(p) inclut au moins un terme. dit Qr(p) qui peut être déterminé à partir d'au moins une mesure électrique sur la cellule (1) apte à détecter les variations des lignes de courant induites par l'évolution dudit talus. Le terme Qr(p) est avantageusement déterminé à partir d'au moins une mesure de ladite intensité I et d'au moins une mesure de la chute de tension U aux bornes de ladite cellule (1).
Dans le mode de réalisation préféré de cette variante de l'invention, le procédé
comprend :
- la détermination d'au moins une première valeur Il pour ladite intensité I
et d'au moins une première valeur U1 pour la chute de tension U aux bornes de ladite cellule (1) ;
;
- le calcul d'une première résistance Rl à partir d'au moins lesdites valeurs 11 et U1 - le déplacement du cadre anodique (10) d'une distance déterminée AH, à partir d'une position dite initiale, soit vers le haut (AH étant alors positif), soit vers le bas (AH
étant alors négatif) ;
- la détermination d'au moins une deuxième valeur 12 pour ladite intensité I
et d'au 5 moins une deuxième valeur U2 pour la chute de tension U aux bornes de ladite cellule (1) ;
- le calcul d'une deuxième résistance R2 à partir d'au moins lesdites valeurs 12 et U2;
- le calcul d'une variation de résistance OR en utilisant la formule OR = R2 -R1 ;
10 - le calcul d'une quantité dite variation de la résistance spécifique ORS en utilisant la formule ORS = AR / OH ;
- la détermination d'un terme Qr(p) en utilisant une fonction déterminée de ladite variation de la résistance spécifique ORS ;
- la détermination du terme correctif Qi(p) en incluant au moins le terme Qr(p) dans 15 le terme de talus Qsol(p).
De préférence, le procédé de mesure comprend en outre (au moins après la détermination des valeurs de Il, 12, U1 et U2) le déplacement du cadre anodique (10) de façon à le ramener à sa position initiale et à retrouver le réglage initial de la cellule.
Lesdites première et deuxième résistance (RI et R2) peuvent être calculées en utilisant la formule R = (U - Uo) / I, où Uo est une constante typiquement comprise entre 1,6 et 2,0 V. Par exemple RI et R2 peuvent être données par RI = (U1 -Uo) /
Il et R2 = (U2 - Uo) / 12. Selon une variante de l'invention, RI et R2 peuvent être données par une valeur moyenne obtenue à partir d'un nombre déterminé de valeurs de la tension U et de l'intensité I.
Ladite fonction déterminée, qui est typiquement décroissante, est de préférence bornée. Elle est avantageusement une fonction de la différence entre ORS et une
16 valeur de référence ORSo. La figure 3 montre une fonction typique utilisée pour déterminer le terme Qr.
Dans une variante simplifiée de l'invention, le terme Qr(p) peut être donné
par une fonction simple telle que : Qr(p) = Kr x (ORS - ORSo), où Kr est une constante, qui peut être fixée de manière empirique et dont la valeur est typiquement comprise entre - 0,01 et - 10 kg/heure/ne/mm, et est plus typiquement comprise entre - 0,05 et - 0,3 kg/heure/nû/mm (correspondant, dans ce dernier cas, à environ - 0,5 à -kg/période/n2/mm pour des périodes d'une durée de 8 heures) pour des cuves de kA à 500 kA.
Le terme Qr(p) est de préférence borné par une valeur minimale et par une valeur maximale. Ces valeurs minimale et maximale peuvent être négatives, nulles ou positives.
En pratique, il est possible d'effectuer Nr mesures (c'est-à-dire deux ou plusieurs mesures) de ORS durant la période p. La valeur de ORS utilisée pour le calcul de Qr(p) sera alors la moyenne des Nr valeurs ORS mesurées, exception faite, éventuellement, des valeurs jugées aberrantes. Il est également possible d'utiliser une moyenne glissante sur deux ou plusieurs périodes pour lisser les fluctuations thermiques liées au cycle d'exploitation. Un cycle d'exploitation est déterminé par le cadencement des interventions sur la cellule d'électrolyse, notamment les changements d'anode et les prélèvements de métal liquide. La durée d'un cycle d'exploitation est généralement comprise entre 24 et 48 heures (par exemple 4 périodes de 8 heures).
Dans une autre variante avantageuse du procédé selon l'invention, le terme Qsol(p) inclut au moins un terme dit Qs(p) qui peut être déterminé à partir d'au moins une détermination de la superficie S(p) de ladite nappe de métal liquide (12). Le terme Qs(p) est avantageusement déterminé à partir de l'écart dit de superficie métal entre la valeur obtenue pour ladite superficie S(p) et une valeur de consigne So.
Dans une variante simplifiée de l'invention, le terme Qr(p) peut être donné
par une fonction simple telle que : Qr(p) = Kr x (ORS - ORSo), où Kr est une constante, qui peut être fixée de manière empirique et dont la valeur est typiquement comprise entre - 0,01 et - 10 kg/heure/ne/mm, et est plus typiquement comprise entre - 0,05 et - 0,3 kg/heure/nû/mm (correspondant, dans ce dernier cas, à environ - 0,5 à -kg/période/n2/mm pour des périodes d'une durée de 8 heures) pour des cuves de kA à 500 kA.
Le terme Qr(p) est de préférence borné par une valeur minimale et par une valeur maximale. Ces valeurs minimale et maximale peuvent être négatives, nulles ou positives.
En pratique, il est possible d'effectuer Nr mesures (c'est-à-dire deux ou plusieurs mesures) de ORS durant la période p. La valeur de ORS utilisée pour le calcul de Qr(p) sera alors la moyenne des Nr valeurs ORS mesurées, exception faite, éventuellement, des valeurs jugées aberrantes. Il est également possible d'utiliser une moyenne glissante sur deux ou plusieurs périodes pour lisser les fluctuations thermiques liées au cycle d'exploitation. Un cycle d'exploitation est déterminé par le cadencement des interventions sur la cellule d'électrolyse, notamment les changements d'anode et les prélèvements de métal liquide. La durée d'un cycle d'exploitation est généralement comprise entre 24 et 48 heures (par exemple 4 périodes de 8 heures).
Dans une autre variante avantageuse du procédé selon l'invention, le terme Qsol(p) inclut au moins un terme dit Qs(p) qui peut être déterminé à partir d'au moins une détermination de la superficie S(p) de ladite nappe de métal liquide (12). Le terme Qs(p) est avantageusement déterminé à partir de l'écart dit de superficie métal entre la valeur obtenue pour ladite superficie S(p) et une valeur de consigne So.
17 Selon le mode de réalisation préféré ce cette variante, le procédé comprend :
- l'extraction d'une quantité de métal liquide de la cellule d'électrolyse ;
- la détermination du volume Vin de ladite quantité de métal liquide extraite de la cellule d'électrolyse ;
- la détermination du changement AHm du niveau de ladite nappe de métal liquide qui en résulte dans ladite cuve ;
- la détermination d'une superficie S(p) pour ladite nappe de métal liquide (12) en utilisant la formule S = Vin / OHm ;
- la détermination d'un terme Qs(p) en utilisant une fonction déterminée de la superficie S(p) de ladite nappe de métal liquide (12) ;
- la détermination du terme correctif Qi(p) en incluant au moins le terme Qs(p) dans le terme de talus Qsol(p).
Ledit volume Vin peut être déterminé par une mesure de la masse de ladite quantité
de métal liquide extraite de la cellule d'électrolyse.
Ladite fonction déterminée, qui est typiquement croissante, est de préférence bornée.
Elle est avantageusement une fonction de la différence entre la superficie S(p) de la nappe de métal liquide (12) et une valeur de consigne So. La figure 4 montre une fonction typique utilisée pour déterminer le terme Qs.
Dans une variante simplifiée de l'invention, le terme Qs(p) peut être donné
par une fonction simple telle que : Qs(p) = Ks x (S(p) - So), où Ks est une constante, qui peut être fixée de manière empirique et dont la valeur est typiquement comprise entre 0,0001 et 0,1 kg/heure/dm2, et est plus typiquement comprise entre 0,001 et 0,01 kg/heure/dm2 (correspondant, dans ce dernier cas, à environ 0,01 à 0,05 kg/période/dm2 pour des périodes d'une durée de 8 heures) pour des cuves de 300 kA
à500kA.
- l'extraction d'une quantité de métal liquide de la cellule d'électrolyse ;
- la détermination du volume Vin de ladite quantité de métal liquide extraite de la cellule d'électrolyse ;
- la détermination du changement AHm du niveau de ladite nappe de métal liquide qui en résulte dans ladite cuve ;
- la détermination d'une superficie S(p) pour ladite nappe de métal liquide (12) en utilisant la formule S = Vin / OHm ;
- la détermination d'un terme Qs(p) en utilisant une fonction déterminée de la superficie S(p) de ladite nappe de métal liquide (12) ;
- la détermination du terme correctif Qi(p) en incluant au moins le terme Qs(p) dans le terme de talus Qsol(p).
Ledit volume Vin peut être déterminé par une mesure de la masse de ladite quantité
de métal liquide extraite de la cellule d'électrolyse.
Ladite fonction déterminée, qui est typiquement croissante, est de préférence bornée.
Elle est avantageusement une fonction de la différence entre la superficie S(p) de la nappe de métal liquide (12) et une valeur de consigne So. La figure 4 montre une fonction typique utilisée pour déterminer le terme Qs.
Dans une variante simplifiée de l'invention, le terme Qs(p) peut être donné
par une fonction simple telle que : Qs(p) = Ks x (S(p) - So), où Ks est une constante, qui peut être fixée de manière empirique et dont la valeur est typiquement comprise entre 0,0001 et 0,1 kg/heure/dm2, et est plus typiquement comprise entre 0,001 et 0,01 kg/heure/dm2 (correspondant, dans ce dernier cas, à environ 0,01 à 0,05 kg/période/dm2 pour des périodes d'une durée de 8 heures) pour des cuves de 300 kA
à500kA.
18 Le terme Qs(p) est de préférence borné par une valeur minimale et par une valeur maximale. Ces valeurs minimale et maximale peuvent être négatives, nulles ou positives.
La demanderesse a noté que les termes correctifs Qr(p) et Qs(p) selon la présente demande sont des indicateurs efficaces de l'état thermique global de la cellule d'électrolyse, qui tiennent compte aussi bien du bain d'électrolyte liquide que du talus de bain solidifié sur les parois de la cuve. Ces termes, pris isolément ou en combinaison, permettent notamment de réduire de manière sensible le nombre d'analyses de la teneur en AIF3 du bain d'électrolyte liquide. La demanderesse a pu observer que la fréquence des analyses de la teneur en AlF3 peut être réduite typiquement à une analyse par cellule tous les 30 jours environ. Les termes Qr(p) et Qs(p), qui peuvent être combinés, permettent de n'effectuer des analyses de la teneur en AlF3 que sur exception ou dans le but de caractériser une cellule ou une série de cellules de manière statistique. Les termes Qr(p) et Qs(p) permettent également une régulation thermique long terme de l'épaisseur du talus.
Dans une variante préférée de l'invention, le terme de base Qo(p) est déterminé à
l'aide d'un terme Qint(p), dit intégral (ou auto-adaptatif ), qui représente les besoins réels totaux de la cuve en A1F3. Le terme Qint(p) est calculé à partir d'une moyenne Qm(p) des apports réels en AIF3 effectués durant les N dernières périodes.
Le terme Qint(p) tient compte des pertes de la cellule en A1F3 qui interviennent au cours d'un fonctionnement normal de la cellule et qui proviennent pour l'essentiel de l'absorption par le creuset de la cuve et des dégagements dans les effluents gazeux.
Ce terme, dont la valeur moyenne est non nulle, permet notamment de suivre le vieillissement de la cuve, sans avoir à la modéliser, grâce à un effet de mémoire du comportement de la cuve dans le temps. Il tient compte également du vieillissement particulier de chaque cuve, que la demanderesse a trouvé être en général sensiblement différent du vieillissement moyen de la population des cuves du même type.
Le procédé comprend alors en outre :
La demanderesse a noté que les termes correctifs Qr(p) et Qs(p) selon la présente demande sont des indicateurs efficaces de l'état thermique global de la cellule d'électrolyse, qui tiennent compte aussi bien du bain d'électrolyte liquide que du talus de bain solidifié sur les parois de la cuve. Ces termes, pris isolément ou en combinaison, permettent notamment de réduire de manière sensible le nombre d'analyses de la teneur en AIF3 du bain d'électrolyte liquide. La demanderesse a pu observer que la fréquence des analyses de la teneur en AlF3 peut être réduite typiquement à une analyse par cellule tous les 30 jours environ. Les termes Qr(p) et Qs(p), qui peuvent être combinés, permettent de n'effectuer des analyses de la teneur en AlF3 que sur exception ou dans le but de caractériser une cellule ou une série de cellules de manière statistique. Les termes Qr(p) et Qs(p) permettent également une régulation thermique long terme de l'épaisseur du talus.
Dans une variante préférée de l'invention, le terme de base Qo(p) est déterminé à
l'aide d'un terme Qint(p), dit intégral (ou auto-adaptatif ), qui représente les besoins réels totaux de la cuve en A1F3. Le terme Qint(p) est calculé à partir d'une moyenne Qm(p) des apports réels en AIF3 effectués durant les N dernières périodes.
Le terme Qint(p) tient compte des pertes de la cellule en A1F3 qui interviennent au cours d'un fonctionnement normal de la cellule et qui proviennent pour l'essentiel de l'absorption par le creuset de la cuve et des dégagements dans les effluents gazeux.
Ce terme, dont la valeur moyenne est non nulle, permet notamment de suivre le vieillissement de la cuve, sans avoir à la modéliser, grâce à un effet de mémoire du comportement de la cuve dans le temps. Il tient compte également du vieillissement particulier de chaque cuve, que la demanderesse a trouvé être en général sensiblement différent du vieillissement moyen de la population des cuves du même type.
Le procédé comprend alors en outre :
19 - la détermination d'une moyenne Qm(p) des ajouts totaux d'A1F3 par période durant les N dernières périodes ;
- la détermination d'une quantité Qint(p), en utilisant avantageusement la formule de lissage suivante : Qint(p) = (1/D) x Qm(p) + (1 - 1/D) x Qint(p - 1), où D
est un paramètre lissage fixant l'horizon temporel du lissage ;
- la détermination du terme de base Qo(p) en utilisant la formule Qo(p) =
Qint(p).
Le terme d'horizon D, qui permet de s'affranchir des fluctuations thermiques et chimiques à moyen et long termes, est égal à Pc / Lp, où Pc est une période qui est typiquement de l'ordre de 400 à 8000 heures, et plus typiquement de 600 à 4500 heures, et Lp est la durée d'une période. Le terme D est donc typiquement égal à 50 à
1000 périodes de 8 heures dans le cas ou ce mode d'organisation du travail est appliqué.
Le terme Qo(p) peut être corrigé de manière à tenir compte de l'impact des ajouts d'alumine sur la composition effective du bain d'électrolyte. Dans ce but, le procédé
selon l'invention peut comprendre en outre :
- la détermination d'un terme compensateur Qcl(p) correspondant à la quantité
dite équivalente d'A1F3 contenue dans l'alumine ajoutée à la cellule durant la période p;
- la modification du terme Qo(p) par soustraction du terme Qcl (p) dudit terme Qo(p), c'est-à-dire en utilisant la formule Qo(p) = Qo(p) - Qcl(p)..
Le terme Qcl(p) correspond à la quantité dite équivalente d'A1F3 ajoutée à
la cellule par l'intermédiaire l'alumine ajoutée à la cellule d'électrolyse durant la période p, ladite quantité pouvant être positive ou négative. Ce terme est déterminé
en faisant le bilan chimique du fluor et du sodium contenus ladite alumine à
partir d'une ou plusieurs analyses chimiques. Le sodium contenu dans l'alumine a pour effet de neutraliser le fluor, équivalant alors à une quantité négative d'A1F3. Le terme Qc1(p) est positif si ladite alumine est fluorée (ce qui est le cas lorsqu'elle a été
utilisée pour filtrer les effluents de cellules d'électrolyse), et négatif si l'alumine est fraîche , c'est-à-dire si elle provient directement du procédé Bayer.
Dans une variante préférée de l'invention, le terme Qm(p) est calculé à l'aide de la relation :
Qm(p) _ <Q(p)> + <Qcl(p)>, où
5 <Q(p)>=(Q(h-N)+Q(p-N+1)+Q(p-N+2)+...+Q(p-1))/N, <Qcl(p)>= (Qcl(p-N)+Qcl(p-N+ 1)+Qcl(p-N+2)+...+Qc1(p- 1)) /N, N étant une constante.
Le terme Qm(p) est alors égal à Q(p - 1) + Qc1(p - 1) lorsque N = 1 ; à (Q(p -2) +
10 Qcl(p - 2) + Q(p - 1)+Qcl(p- 1))/2lorsque N=2; à(Q(p-3)+Qcl(p-3)+
Q(p - 2) + Qcl(p - 2) + Q(p - 1)+Qcl(p- 1))13 lorsque N=3,...
La valeur du paramètre N est choisie en fonction du temps de réaction de la cellule et est normalement comprise entre 1 et 100, et plus typiquement comprise entre 1 et 20.
Le terme Qm(p) tient alors compte des apports totaux en AIF3, c'est-à-dire des apports directs provenant des ajouts d'AIF3 et des apports indirects provenant des ajouts d'alumine.
Dans une autre variante avantageuse de l'invention, la détermination de Qi(p) comprend un terme correctif supplémentaire Qc2(p), dit d'amortissement , qui tient compte du retard de réaction de la cellule aux ajouts d'A1F3. Le terme Qc2 est un terme de correction a priori qui permet de tenir compte par anticipation de l'effet d'un ajout d'A1F3, lequel effet n'apparaît normalement qu'après quelques jours. En effet, la demanderesse a constaté l'ampleur surprenante de la différence entre la constante de temps de l'évolution de la température, qui est faible (de l'ordre de quelques heures), et celle de la teneur en A1F3, qui est très grande (de l'ordre de quelques dizaines d'heures). Dans ses essais, elle a trouvé qu'il était très avantageux d'anticiper sur l'évolution de l'acidité du bain de la cellule lors d'un ajout d'A1F3, ce que permet de faire efficacement le terme Qc2.
Cette variante peut être mise en oeuvre en incluant dans le procédé de l'invention :
- la détermination d'un terme correctif supplémentaire Qc2(p) en utilisant une fonction, typiquement décroissante, de préférence bornée, de l'écart entre Qm(p) et Qint(p), c'est-à-dire de Qm(p) - Qint(p) ;
- l'ajout du terme correctif Qc2(p) dans la détermination de Qi(p).
Dans une variante simplifiée de l'invention, le terme Qc2(p) peut suivre une relation simple, telle que Qc2(p) = Kc2 x (Qm(p) - Qint(p)), où Kc2 est une constante qui est typiquement négative et qui peut être fixée de manière empirique et dont la valeur est typiquement comprise entre - 0,1 et - 1, et est plus typiquement comprise entre - 0,5 et - 1 pour des cuves de 300 kA à 500 kA.
Le terme Qc2(p) est de préférence borné par une valeur minimale et par une valeur maximale. Ces valeurs minimale et maximale peuvent être négatives, nulles ou positives.
Afin de faire converger rapidement le terme intégral Qint(p) vers la quantité
Q' correspondant aux besoins réels de la cellule, on peut démarrer le procédé en posant simplement Qint(0) _ Qtheo, où Qtheo correspond aux besoins théoriques totaux en A1F3 de la cellule au moment où on lance la régulation. Les besoins en AIF3 d'une cellule d'électrolyse proviennent principalement des pertes par absorption dans les parois de la cuve et par émission de produits fluorés. Qtheo est une fonction de l'âge de la cuve qui peut être déterminée de manière statistique pour chaque type de cellule.
Cette variante peut être mise en oeuvre en incluant dans le procédé de l'invention :
- la détermination d'une quantité Qtheo correspondant aux besoins théoriques totaux en A1F3 de la cellule au moment où on lance la régulation ;
- le démarrage du procédé en posant Qint(0) = Qtheo.
La figure 8 illustre, à partir de valeurs typiques, le terme Qtheo(p) et le principe de fonctionnement du terme intégral Qint(p).
Dans une autre variante avantageuse de l'invention, la détermination de Qi(p) inclut un terme correctif supplémentaire Qt(p) qui est une fonction de la température du bain mesurée du bain d'électrolyte. Le terme Qt(p) permet également d'éviter le recours à des mesures régulières de la teneur en A1F3 du bain.
Cette variante peut être mise en oeuvre en incluant dans le procédé de l'invention :
- la détermination d'une température moyenne T(p) du bain d'électrolyte ;
- la détermination d'un terme correctif supplémentaire Qt(p) en utilisant une fonction déterminée, qui est typiquement croissante et de préférence bornée (c'est-à-dire qu'elle est limitée 'par une valeur maximum et par une valeur minimum), de l'écart entre ladite température T(p) et une température de consigne To ;
- l'ajout du terme correctif Qt(p) dans la détermination de Qi(p).
Dans une variante simplifiée de l'invention, le terme Qt(p) peut suivre une relation simple, telle que Qt(p) = Kt x (T(p) - To), où Kt est une constante qui est typiquement positive et qui peut être fixée de manière empirique et dont la valeur est typiquement comprise entre 0,01 à 1 kg/heure/ C, et plus typiquement entre 0,1 et 0,3 kg/heure/ C (correspondant, dans ce dernier cas, à environ 1 à 2 kg/période/ C
pour des périodes d'une durée de 8 heures) pour des cuves de 300 kA à 500 kA.
Le terme Qt(p) est de préférence borné par une valeur minimale et par une valeur maximale. Ces valeurs minimale et maximale peuvent être négatives, nulles ou positives.
La température moyenne T(p) est normalement déterminée à partir des mesures de température effectuées sur la période p et sur les périodes précédentes p - 1, etc., de façon à obtenir une valeur fiable et significative de l'état moyen de la cuve.
Les termes Qt(p) et Qc2(p) sont des termes de régulation dont la valeur moyenne dans le temps tend normalement vers zéro (c'est-à-dire qu'ils sont normalement nuls en moyenne).
Dans une autre variante avantageuse de l'invention, la quantité Qi(p) comprend un terme correctif supplémentaire Qe(p) qui est fonction de l'écart entre l'excès d'A1F3 mesuré E(p) et sa valeur visée Eo.
Cette variante peut être mise en oeuvre en incluant dans le procédé de l'invention :
- la mesure de l'excès E(p) d'AIF3 ;
- la détermination d'un terme correctif supplémentaire Qe(p) en utilisant une fonction déterminée (qui est typiquement décroissante et de préférence bornée) de l'écart entre l'excès d'A1F3 mesuré E(p) et sa valeur visée Eo, c'est-à-dire de la différence E(p) - Eo ;
- l'ajout du terme correctif Qe(p) dans la détermination de Qi(p).
Dans une variante simplifiée de l'invention, le ternie Qe(p) peut être donné
par une relation simple telle que : Qe(p) = Ke x (E(p) - Eo), où Ke est une constante, qui peut être fixée de manière empirique et dont la valeur est typiquement comprise entre - 0,05 et - 5 kg/heure/%A1F3, et est plus typiquement comprise entre - 0,5 et -kg/heure/%A1F3 (correspondant, dans ce dernier cas, à environ - 20 à - 5 kg/période/%A1F3 pour des périodes d'une durée de 8 heures) pour des cuves de kAà500kA.
Le terme Qe(p) est de préférence borné par une valeur minimale et par une valeur maximale. Ces valeurs minimale et maximale peuvent être négatives, nulles ou positives.
La demanderesse a trouvé satisfaisant de n'appliquer le terme Qe(p) que de manière exceptionnelle, et pendant une courte durée, lorsque le fonctionnement thermique de la cellule sort de la plage de fonctionnement normal, c'est-à-dire lorsque les valeurs de température et les valeurs des termes de régulation (Qr, Qs,...) sortent des fourchettes dites de sécurité.
La demanderesse a noté dans ses essais que le terme correctif Qe permettait un retour rapide des indicateurs (température, Qr, Qs,...) dans la plage de fonctionnement normal.
Selon encore une autre variante de l'invention, il est également possible d'ajouter des termes correctifs permettant de tenir compte d'événements ponctuels perturbateurs. , En particulier, le terme correctif Qi(p) peut comprendre un terme dit d'effet d'anode Qea pour tenir compte de l'impact d'un effet d'anode sur la thermique d'une cellule l'0 d'électrolyse. Un' effet d'anode provoque notamment des pertes significatives d'A1F3 par émission et, généralement, un réchauffement du bain d'électrolyte. Le terme Qea est appliqué pendant un temps limité suite à l'observation d'un effet d'anode.
Le terme Qea est calculé à l'aide soit d'un barème qui est fonction de l'énergie de l'effet d'anode (EEA), soit d'une valeur forfaitaire moyenne. Dans le premier cas, le terme Qea est donné par une fonction typiquement croissante, et de préférence bornée, de l'énergie EEA.
Le terme Qea(p) est de préférence borné par une valeur minimale et par une valeur maximale. Ces valeurs minimale et maximale peuvent négatives, nulles ou positives.
Le terme Q(p) correspond à un ajout d'A1F3 pur et est typiquement exprimé en kg d'AIF3 pur par période (kg/période). L'expression ajout d'une quantité
effective d'A1F3 correspond à un ajout d'AIF3 pur. Dans la pratique industrielle, les ajouts d'A1F3 sont généralement effectués à partir d'A1F3 industriel ayant une pureté
inférieure à 100 % (typiquement 90 %). Dans ce cas, on ajoute une quantité
d'A1F3 industriel suffisante pour obtenir la quantité effective d'A1F3 souhaitée.
Typiquement, on ajoute une quantité d'AIF3 industriel égale à la quantité
effective d'A1F3 souhaitée divisée par la pureté de l'A1F3 industriel utilisé.
L'expression ajouts totaux d'A1F3 désigne la somme des ajouts effectifs d'A1F3 pur et des ajouts d'A1F3 équivalents provenant de l'alumine.
L'A1F3 peut être ajouté de différentes manières. Il peut être ajouté
manuellement ou mécaniquement (de préférence à l'aide d'une alimentation ponctuelle telle qu'un piqueur-doseur qui permet d'ajouter des doses déterminées d'AIF3, éventuellement de manière automatisée). L'AIF3 peut éventuellement être ajouté avec l'alumine ou en 5 même temps que l'alumine.
Des ajouts de bain industriel et de cryolithe pure sont quelquefois effectués sur des cellules industrielles. Ces ajouts ont un impact sur la composition du bain d'électrolyte dont il faut généralement tenir compte dans la régulation. Dans ce but, 10 le procédé de régulation peut également comprendre un terme correctif supplémentaire Qb pour tenir compte de la modification de la teneur en AIF3 pur provoquée par ces ajouts.
Les différents termes de Q(p) sont déterminés de préférence à chaque période p.
15 Lorsque la cellule est très stable, il peut être suffisant de déterminer la quantité Q(p), ainsi que certaines des termes qui la constituent, de manière plus espacée dans le temps, par exemple une fois toutes les deux ou trois périodes. La demanderesse a observé qu'il était suffisant de n'appliquer certains des termes de Q(p), tels que Qe(p), que de façon exceptionnelle et pour une durée limitée, ce qui permet de
- la détermination d'une quantité Qint(p), en utilisant avantageusement la formule de lissage suivante : Qint(p) = (1/D) x Qm(p) + (1 - 1/D) x Qint(p - 1), où D
est un paramètre lissage fixant l'horizon temporel du lissage ;
- la détermination du terme de base Qo(p) en utilisant la formule Qo(p) =
Qint(p).
Le terme d'horizon D, qui permet de s'affranchir des fluctuations thermiques et chimiques à moyen et long termes, est égal à Pc / Lp, où Pc est une période qui est typiquement de l'ordre de 400 à 8000 heures, et plus typiquement de 600 à 4500 heures, et Lp est la durée d'une période. Le terme D est donc typiquement égal à 50 à
1000 périodes de 8 heures dans le cas ou ce mode d'organisation du travail est appliqué.
Le terme Qo(p) peut être corrigé de manière à tenir compte de l'impact des ajouts d'alumine sur la composition effective du bain d'électrolyte. Dans ce but, le procédé
selon l'invention peut comprendre en outre :
- la détermination d'un terme compensateur Qcl(p) correspondant à la quantité
dite équivalente d'A1F3 contenue dans l'alumine ajoutée à la cellule durant la période p;
- la modification du terme Qo(p) par soustraction du terme Qcl (p) dudit terme Qo(p), c'est-à-dire en utilisant la formule Qo(p) = Qo(p) - Qcl(p)..
Le terme Qcl(p) correspond à la quantité dite équivalente d'A1F3 ajoutée à
la cellule par l'intermédiaire l'alumine ajoutée à la cellule d'électrolyse durant la période p, ladite quantité pouvant être positive ou négative. Ce terme est déterminé
en faisant le bilan chimique du fluor et du sodium contenus ladite alumine à
partir d'une ou plusieurs analyses chimiques. Le sodium contenu dans l'alumine a pour effet de neutraliser le fluor, équivalant alors à une quantité négative d'A1F3. Le terme Qc1(p) est positif si ladite alumine est fluorée (ce qui est le cas lorsqu'elle a été
utilisée pour filtrer les effluents de cellules d'électrolyse), et négatif si l'alumine est fraîche , c'est-à-dire si elle provient directement du procédé Bayer.
Dans une variante préférée de l'invention, le terme Qm(p) est calculé à l'aide de la relation :
Qm(p) _ <Q(p)> + <Qcl(p)>, où
5 <Q(p)>=(Q(h-N)+Q(p-N+1)+Q(p-N+2)+...+Q(p-1))/N, <Qcl(p)>= (Qcl(p-N)+Qcl(p-N+ 1)+Qcl(p-N+2)+...+Qc1(p- 1)) /N, N étant une constante.
Le terme Qm(p) est alors égal à Q(p - 1) + Qc1(p - 1) lorsque N = 1 ; à (Q(p -2) +
10 Qcl(p - 2) + Q(p - 1)+Qcl(p- 1))/2lorsque N=2; à(Q(p-3)+Qcl(p-3)+
Q(p - 2) + Qcl(p - 2) + Q(p - 1)+Qcl(p- 1))13 lorsque N=3,...
La valeur du paramètre N est choisie en fonction du temps de réaction de la cellule et est normalement comprise entre 1 et 100, et plus typiquement comprise entre 1 et 20.
Le terme Qm(p) tient alors compte des apports totaux en AIF3, c'est-à-dire des apports directs provenant des ajouts d'AIF3 et des apports indirects provenant des ajouts d'alumine.
Dans une autre variante avantageuse de l'invention, la détermination de Qi(p) comprend un terme correctif supplémentaire Qc2(p), dit d'amortissement , qui tient compte du retard de réaction de la cellule aux ajouts d'A1F3. Le terme Qc2 est un terme de correction a priori qui permet de tenir compte par anticipation de l'effet d'un ajout d'A1F3, lequel effet n'apparaît normalement qu'après quelques jours. En effet, la demanderesse a constaté l'ampleur surprenante de la différence entre la constante de temps de l'évolution de la température, qui est faible (de l'ordre de quelques heures), et celle de la teneur en A1F3, qui est très grande (de l'ordre de quelques dizaines d'heures). Dans ses essais, elle a trouvé qu'il était très avantageux d'anticiper sur l'évolution de l'acidité du bain de la cellule lors d'un ajout d'A1F3, ce que permet de faire efficacement le terme Qc2.
Cette variante peut être mise en oeuvre en incluant dans le procédé de l'invention :
- la détermination d'un terme correctif supplémentaire Qc2(p) en utilisant une fonction, typiquement décroissante, de préférence bornée, de l'écart entre Qm(p) et Qint(p), c'est-à-dire de Qm(p) - Qint(p) ;
- l'ajout du terme correctif Qc2(p) dans la détermination de Qi(p).
Dans une variante simplifiée de l'invention, le terme Qc2(p) peut suivre une relation simple, telle que Qc2(p) = Kc2 x (Qm(p) - Qint(p)), où Kc2 est une constante qui est typiquement négative et qui peut être fixée de manière empirique et dont la valeur est typiquement comprise entre - 0,1 et - 1, et est plus typiquement comprise entre - 0,5 et - 1 pour des cuves de 300 kA à 500 kA.
Le terme Qc2(p) est de préférence borné par une valeur minimale et par une valeur maximale. Ces valeurs minimale et maximale peuvent être négatives, nulles ou positives.
Afin de faire converger rapidement le terme intégral Qint(p) vers la quantité
Q' correspondant aux besoins réels de la cellule, on peut démarrer le procédé en posant simplement Qint(0) _ Qtheo, où Qtheo correspond aux besoins théoriques totaux en A1F3 de la cellule au moment où on lance la régulation. Les besoins en AIF3 d'une cellule d'électrolyse proviennent principalement des pertes par absorption dans les parois de la cuve et par émission de produits fluorés. Qtheo est une fonction de l'âge de la cuve qui peut être déterminée de manière statistique pour chaque type de cellule.
Cette variante peut être mise en oeuvre en incluant dans le procédé de l'invention :
- la détermination d'une quantité Qtheo correspondant aux besoins théoriques totaux en A1F3 de la cellule au moment où on lance la régulation ;
- le démarrage du procédé en posant Qint(0) = Qtheo.
La figure 8 illustre, à partir de valeurs typiques, le terme Qtheo(p) et le principe de fonctionnement du terme intégral Qint(p).
Dans une autre variante avantageuse de l'invention, la détermination de Qi(p) inclut un terme correctif supplémentaire Qt(p) qui est une fonction de la température du bain mesurée du bain d'électrolyte. Le terme Qt(p) permet également d'éviter le recours à des mesures régulières de la teneur en A1F3 du bain.
Cette variante peut être mise en oeuvre en incluant dans le procédé de l'invention :
- la détermination d'une température moyenne T(p) du bain d'électrolyte ;
- la détermination d'un terme correctif supplémentaire Qt(p) en utilisant une fonction déterminée, qui est typiquement croissante et de préférence bornée (c'est-à-dire qu'elle est limitée 'par une valeur maximum et par une valeur minimum), de l'écart entre ladite température T(p) et une température de consigne To ;
- l'ajout du terme correctif Qt(p) dans la détermination de Qi(p).
Dans une variante simplifiée de l'invention, le terme Qt(p) peut suivre une relation simple, telle que Qt(p) = Kt x (T(p) - To), où Kt est une constante qui est typiquement positive et qui peut être fixée de manière empirique et dont la valeur est typiquement comprise entre 0,01 à 1 kg/heure/ C, et plus typiquement entre 0,1 et 0,3 kg/heure/ C (correspondant, dans ce dernier cas, à environ 1 à 2 kg/période/ C
pour des périodes d'une durée de 8 heures) pour des cuves de 300 kA à 500 kA.
Le terme Qt(p) est de préférence borné par une valeur minimale et par une valeur maximale. Ces valeurs minimale et maximale peuvent être négatives, nulles ou positives.
La température moyenne T(p) est normalement déterminée à partir des mesures de température effectuées sur la période p et sur les périodes précédentes p - 1, etc., de façon à obtenir une valeur fiable et significative de l'état moyen de la cuve.
Les termes Qt(p) et Qc2(p) sont des termes de régulation dont la valeur moyenne dans le temps tend normalement vers zéro (c'est-à-dire qu'ils sont normalement nuls en moyenne).
Dans une autre variante avantageuse de l'invention, la quantité Qi(p) comprend un terme correctif supplémentaire Qe(p) qui est fonction de l'écart entre l'excès d'A1F3 mesuré E(p) et sa valeur visée Eo.
Cette variante peut être mise en oeuvre en incluant dans le procédé de l'invention :
- la mesure de l'excès E(p) d'AIF3 ;
- la détermination d'un terme correctif supplémentaire Qe(p) en utilisant une fonction déterminée (qui est typiquement décroissante et de préférence bornée) de l'écart entre l'excès d'A1F3 mesuré E(p) et sa valeur visée Eo, c'est-à-dire de la différence E(p) - Eo ;
- l'ajout du terme correctif Qe(p) dans la détermination de Qi(p).
Dans une variante simplifiée de l'invention, le ternie Qe(p) peut être donné
par une relation simple telle que : Qe(p) = Ke x (E(p) - Eo), où Ke est une constante, qui peut être fixée de manière empirique et dont la valeur est typiquement comprise entre - 0,05 et - 5 kg/heure/%A1F3, et est plus typiquement comprise entre - 0,5 et -kg/heure/%A1F3 (correspondant, dans ce dernier cas, à environ - 20 à - 5 kg/période/%A1F3 pour des périodes d'une durée de 8 heures) pour des cuves de kAà500kA.
Le terme Qe(p) est de préférence borné par une valeur minimale et par une valeur maximale. Ces valeurs minimale et maximale peuvent être négatives, nulles ou positives.
La demanderesse a trouvé satisfaisant de n'appliquer le terme Qe(p) que de manière exceptionnelle, et pendant une courte durée, lorsque le fonctionnement thermique de la cellule sort de la plage de fonctionnement normal, c'est-à-dire lorsque les valeurs de température et les valeurs des termes de régulation (Qr, Qs,...) sortent des fourchettes dites de sécurité.
La demanderesse a noté dans ses essais que le terme correctif Qe permettait un retour rapide des indicateurs (température, Qr, Qs,...) dans la plage de fonctionnement normal.
Selon encore une autre variante de l'invention, il est également possible d'ajouter des termes correctifs permettant de tenir compte d'événements ponctuels perturbateurs. , En particulier, le terme correctif Qi(p) peut comprendre un terme dit d'effet d'anode Qea pour tenir compte de l'impact d'un effet d'anode sur la thermique d'une cellule l'0 d'électrolyse. Un' effet d'anode provoque notamment des pertes significatives d'A1F3 par émission et, généralement, un réchauffement du bain d'électrolyte. Le terme Qea est appliqué pendant un temps limité suite à l'observation d'un effet d'anode.
Le terme Qea est calculé à l'aide soit d'un barème qui est fonction de l'énergie de l'effet d'anode (EEA), soit d'une valeur forfaitaire moyenne. Dans le premier cas, le terme Qea est donné par une fonction typiquement croissante, et de préférence bornée, de l'énergie EEA.
Le terme Qea(p) est de préférence borné par une valeur minimale et par une valeur maximale. Ces valeurs minimale et maximale peuvent négatives, nulles ou positives.
Le terme Q(p) correspond à un ajout d'A1F3 pur et est typiquement exprimé en kg d'AIF3 pur par période (kg/période). L'expression ajout d'une quantité
effective d'A1F3 correspond à un ajout d'AIF3 pur. Dans la pratique industrielle, les ajouts d'A1F3 sont généralement effectués à partir d'A1F3 industriel ayant une pureté
inférieure à 100 % (typiquement 90 %). Dans ce cas, on ajoute une quantité
d'A1F3 industriel suffisante pour obtenir la quantité effective d'A1F3 souhaitée.
Typiquement, on ajoute une quantité d'AIF3 industriel égale à la quantité
effective d'A1F3 souhaitée divisée par la pureté de l'A1F3 industriel utilisé.
L'expression ajouts totaux d'A1F3 désigne la somme des ajouts effectifs d'A1F3 pur et des ajouts d'A1F3 équivalents provenant de l'alumine.
L'A1F3 peut être ajouté de différentes manières. Il peut être ajouté
manuellement ou mécaniquement (de préférence à l'aide d'une alimentation ponctuelle telle qu'un piqueur-doseur qui permet d'ajouter des doses déterminées d'AIF3, éventuellement de manière automatisée). L'AIF3 peut éventuellement être ajouté avec l'alumine ou en 5 même temps que l'alumine.
Des ajouts de bain industriel et de cryolithe pure sont quelquefois effectués sur des cellules industrielles. Ces ajouts ont un impact sur la composition du bain d'électrolyte dont il faut généralement tenir compte dans la régulation. Dans ce but, 10 le procédé de régulation peut également comprendre un terme correctif supplémentaire Qb pour tenir compte de la modification de la teneur en AIF3 pur provoquée par ces ajouts.
Les différents termes de Q(p) sont déterminés de préférence à chaque période p.
15 Lorsque la cellule est très stable, il peut être suffisant de déterminer la quantité Q(p), ainsi que certaines des termes qui la constituent, de manière plus espacée dans le temps, par exemple une fois toutes les deux ou trois périodes. La demanderesse a observé qu'il était suffisant de n'appliquer certains des termes de Q(p), tels que Qe(p), que de façon exceptionnelle et pour une durée limitée, ce qui permet de
20 limiter les coûts relatifs à leur détermination.
Afin d'éviter les excès d'ajout d'A1F3, il est préférable, à titre de précaution, de limiter Q(p) à une valeur maximale Qmax. Il est également préférable de borner dans le temps l'application des termes de régulation lorsque ceux-ci ne peuvent être 25 déterminés à chaque période.
La quantité Q(p) est normalement déterminée à chaque période. Si un bu plusieurs termes de Q(p) ne peuvent être calculés durant une période donnée, alors on pourra maintenir la valeur de ce ou ces termes utilisée à la période précédente, c'est-à-dire que la valeur du ou de ces termes sera déterminée en la posant égale à la valeur utilisée à la période précédente. Si un ou plusieurs termes ne peuvent être calculés durant plusieurs périodes, alors on pourra retenir la valeur de ce ou ces termes utilisée à la dernière période pour lequel elle aura pu être calculée et maintenir cette valeur durant un nombre limité Ns de périodes (Ns étant typiquement égal à 2 ou 3).
Dans ce dernier cas, si ce ou ces termes ne peuvent toujours pas être calculés après les Ns périodes, alors on pourra retenir la valeur forfaitaire prédéterminée, dite valeur refuge . Ces différentes situations peuvent survenir, par exemple, lorsque la température moyenne du bain de la cellule ne peut pas être déterminée ou lorsque la quantité équivalente d' A1F3 contenue dans l'alumine n'a pu être déterminée.
Le terme Q(p) peut être positif, nul ou négatif Dans le dernier cas, on pose Q(p) = 0, c'est-à-dire qu'on n'ajoute pas d'A1F3 durant la période p. Lorsque le terme Q(p) est négatif, il est également possible de corriger la composition du bain d'électrolyte (13) par ajout de "soda", c'est-à-dire de soude calcinée ou carbonate de sodium, appelé
"soda ash" en anglais.
Comme le montre la figure 2, les ajouts d'A1F3 peuvent être effectués à tout moment lors des périodes (ou séquences) de régulation, qui peuvent correspondre aux postes de travail qui rythment les changements des équipes de travail chargées du pilotage et de l'entretien des cellules. La quantité Q(p) d'A1F3 déterminée pour une période p peut être ajoutée en deux ou plusieurs fois au cours de cette période de travail. De préférence, la quantité Q(p) est ajoutée de manière quasi-continue à l'aide de piqueurs-doseurs qui permettent d'ajouter des doses prédéterminées d'A1F3 tout au long de la période p.
Exemples de mise en oeuvre de l'invention Les exemples suivants illustrent les calculs inhérents au procédé de régulation de l'invention. Ces calculs sont typiques de ceux effectués pour les cellules de 500 kA
mises à l'essai par la demanderesse. La durée des périodes est de 8 heures.
Exemple 1 Exemple illustrant l'utilisation des termes complémentaires Qr et Qs en combinaison avec les termes de base Qint, Qcl, Qc2 et Qsol.
La valeur de Qtheo à 28 mois est de + 31 kg/période. Les besoins moyens de la cuve Q' déterminés par le terme intégral Qint sont de + 39 kg/période.
L'analyse de l'alumine donne une valeur de 1,36 % de fluor et de 5250 ppm d'équivalent Na2O. La consommation en alumine de la cuve durant une période de heures est de 2400 kg. Le terme Qci est alors égal à + 22 kg/période en apport pur équivalent AIF3.
En prenant N = 12, le total des apports réels en A1F3 par période sur les N
dernières périodes est de 44 kg/période. L'écart entre les apports réels (44 kg/période) et les besoins moyens (39 kg/période) est alors de + 5 kg/période. Le terme Qc2 est alors égal à - 3 kg/période.
La température mesurée est de 964 C et la température de consigne de 953 C, soit un écart de + 10,8 C. Le terme correctif Qt est alors égal à + 18 kg/période.
La valeur mesurée de ARS est de 101,8 n52/mm et la valeur de consigne ARSo est de 106,0 nû/mm. Le terme Qr(p) est alors égal à + 5 kg/période.
La valeur mesurée de S est de 6985 dm2 et la valeur de consigne So est de 6700 dm2.
Le terme Qs(p) est alors égal à + 5 kg/période.
La quantité d'A1F3 à ajouter durant la période p est alors égale à : Q(p) =
Qint(p) -Qc1(p)+Qc2(p)+Qt(p)+Qr(p)+Qs(p)=39-22-3+18+5+5=+42 kg. Les termes Qr et Qs apportent une correction significative à la quantité Q(p).
Essais Le procédé selon l'invention a été utilisé pour réguler des cellules d'électrolyse avec des intensités allant jusqu'à 500 kA. La durée des périodes était de 8 heures.
Les essais ont porté sur différents types de cuves. Le tableau I regroupe les caractéristiques de certaines des cellules d'électrolyse mises à l'essai et les résultats typiques obtenus. Dans le cas A, les cuves étaient régulées à l'aide du mode de réalisation de l'invention dans lequel Q(p) était déterminée en utilisant les termes Qint(p), Qcl(p), Qc2(p) et Qt(p). Dans le cas B, les cuves étaient régulées à
l'aide du mode de réalisation de l'invention dans lequel Q(p) était déterminée en utilisant les termes Qint(p), Qc 1(p), Qc2(p), Qt(p) et Qe(p). Dans le cas C, les cuves étaient régulées à l'aide du mode de réalisation de l'invention dans lequel Q(p) était déterminée en utilisant les termes Qint(p), Qcl(p), Qc2(p), Qt(p), Qr(p) et Qs(p).
Tableau I
Cas A Cas B Cas C
Intensité (kA) 300 kA 330 kA 500 kA
Densité anodique (A/cm2) 0,78 0,85 0,90 Masse de bain liquide (kg/kA) 25 22 17 Excès AIF3 (%) 11,8 11,8 13,2 Ecart type total (a %) 1,5 1,3 1,3 Dispersion de l'excès A1F3 à 2 % 8,8-14,8 9,2-14,4 10,6-15,8 Température du bain ( C) 962 962 961 Ecart type total (6 %) 6 6 3,5 Dispersion de la température à 2 6 % 950 - 974 950 - 974 954 - 968 Rendement Faraday (%) 95,0 95,0 95,5 Les résultats montrent que le procédé de régulation de l'invention permet de réguler efficacement des cellules d'électrolyse dont l'excès d'A1F3 du bain est supérieur à 11 % et dont la température du bain est voisine de 960 C. La prise en compte des termes Qr(p) et Qs(p) dans la détermination de Q(p) permet de réguler efficacement, et avec une stabilité surprenante, des cellules d'électrolyse dont l'intensité
et la densité anodique sont très élevées et dont la masse de bain liquide est faible.
La demanderesse a observé lors de ses essais que le procédé de régulation de l'invention permet de contrôler, avec une grande stabilité, la teneur en AIF3 des cellules d'électrolyse, sur une période de plusieurs, mois, sans avoir à tenir compte de teneurs mesurées en A1F3, lesquelles teneurs mesurées sont, de toute manière, souvent entachées d'erreurs significatives.
Afin d'éviter les excès d'ajout d'A1F3, il est préférable, à titre de précaution, de limiter Q(p) à une valeur maximale Qmax. Il est également préférable de borner dans le temps l'application des termes de régulation lorsque ceux-ci ne peuvent être 25 déterminés à chaque période.
La quantité Q(p) est normalement déterminée à chaque période. Si un bu plusieurs termes de Q(p) ne peuvent être calculés durant une période donnée, alors on pourra maintenir la valeur de ce ou ces termes utilisée à la période précédente, c'est-à-dire que la valeur du ou de ces termes sera déterminée en la posant égale à la valeur utilisée à la période précédente. Si un ou plusieurs termes ne peuvent être calculés durant plusieurs périodes, alors on pourra retenir la valeur de ce ou ces termes utilisée à la dernière période pour lequel elle aura pu être calculée et maintenir cette valeur durant un nombre limité Ns de périodes (Ns étant typiquement égal à 2 ou 3).
Dans ce dernier cas, si ce ou ces termes ne peuvent toujours pas être calculés après les Ns périodes, alors on pourra retenir la valeur forfaitaire prédéterminée, dite valeur refuge . Ces différentes situations peuvent survenir, par exemple, lorsque la température moyenne du bain de la cellule ne peut pas être déterminée ou lorsque la quantité équivalente d' A1F3 contenue dans l'alumine n'a pu être déterminée.
Le terme Q(p) peut être positif, nul ou négatif Dans le dernier cas, on pose Q(p) = 0, c'est-à-dire qu'on n'ajoute pas d'A1F3 durant la période p. Lorsque le terme Q(p) est négatif, il est également possible de corriger la composition du bain d'électrolyte (13) par ajout de "soda", c'est-à-dire de soude calcinée ou carbonate de sodium, appelé
"soda ash" en anglais.
Comme le montre la figure 2, les ajouts d'A1F3 peuvent être effectués à tout moment lors des périodes (ou séquences) de régulation, qui peuvent correspondre aux postes de travail qui rythment les changements des équipes de travail chargées du pilotage et de l'entretien des cellules. La quantité Q(p) d'A1F3 déterminée pour une période p peut être ajoutée en deux ou plusieurs fois au cours de cette période de travail. De préférence, la quantité Q(p) est ajoutée de manière quasi-continue à l'aide de piqueurs-doseurs qui permettent d'ajouter des doses prédéterminées d'A1F3 tout au long de la période p.
Exemples de mise en oeuvre de l'invention Les exemples suivants illustrent les calculs inhérents au procédé de régulation de l'invention. Ces calculs sont typiques de ceux effectués pour les cellules de 500 kA
mises à l'essai par la demanderesse. La durée des périodes est de 8 heures.
Exemple 1 Exemple illustrant l'utilisation des termes complémentaires Qr et Qs en combinaison avec les termes de base Qint, Qcl, Qc2 et Qsol.
La valeur de Qtheo à 28 mois est de + 31 kg/période. Les besoins moyens de la cuve Q' déterminés par le terme intégral Qint sont de + 39 kg/période.
L'analyse de l'alumine donne une valeur de 1,36 % de fluor et de 5250 ppm d'équivalent Na2O. La consommation en alumine de la cuve durant une période de heures est de 2400 kg. Le terme Qci est alors égal à + 22 kg/période en apport pur équivalent AIF3.
En prenant N = 12, le total des apports réels en A1F3 par période sur les N
dernières périodes est de 44 kg/période. L'écart entre les apports réels (44 kg/période) et les besoins moyens (39 kg/période) est alors de + 5 kg/période. Le terme Qc2 est alors égal à - 3 kg/période.
La température mesurée est de 964 C et la température de consigne de 953 C, soit un écart de + 10,8 C. Le terme correctif Qt est alors égal à + 18 kg/période.
La valeur mesurée de ARS est de 101,8 n52/mm et la valeur de consigne ARSo est de 106,0 nû/mm. Le terme Qr(p) est alors égal à + 5 kg/période.
La valeur mesurée de S est de 6985 dm2 et la valeur de consigne So est de 6700 dm2.
Le terme Qs(p) est alors égal à + 5 kg/période.
La quantité d'A1F3 à ajouter durant la période p est alors égale à : Q(p) =
Qint(p) -Qc1(p)+Qc2(p)+Qt(p)+Qr(p)+Qs(p)=39-22-3+18+5+5=+42 kg. Les termes Qr et Qs apportent une correction significative à la quantité Q(p).
Essais Le procédé selon l'invention a été utilisé pour réguler des cellules d'électrolyse avec des intensités allant jusqu'à 500 kA. La durée des périodes était de 8 heures.
Les essais ont porté sur différents types de cuves. Le tableau I regroupe les caractéristiques de certaines des cellules d'électrolyse mises à l'essai et les résultats typiques obtenus. Dans le cas A, les cuves étaient régulées à l'aide du mode de réalisation de l'invention dans lequel Q(p) était déterminée en utilisant les termes Qint(p), Qcl(p), Qc2(p) et Qt(p). Dans le cas B, les cuves étaient régulées à
l'aide du mode de réalisation de l'invention dans lequel Q(p) était déterminée en utilisant les termes Qint(p), Qc 1(p), Qc2(p), Qt(p) et Qe(p). Dans le cas C, les cuves étaient régulées à l'aide du mode de réalisation de l'invention dans lequel Q(p) était déterminée en utilisant les termes Qint(p), Qcl(p), Qc2(p), Qt(p), Qr(p) et Qs(p).
Tableau I
Cas A Cas B Cas C
Intensité (kA) 300 kA 330 kA 500 kA
Densité anodique (A/cm2) 0,78 0,85 0,90 Masse de bain liquide (kg/kA) 25 22 17 Excès AIF3 (%) 11,8 11,8 13,2 Ecart type total (a %) 1,5 1,3 1,3 Dispersion de l'excès A1F3 à 2 % 8,8-14,8 9,2-14,4 10,6-15,8 Température du bain ( C) 962 962 961 Ecart type total (6 %) 6 6 3,5 Dispersion de la température à 2 6 % 950 - 974 950 - 974 954 - 968 Rendement Faraday (%) 95,0 95,0 95,5 Les résultats montrent que le procédé de régulation de l'invention permet de réguler efficacement des cellules d'électrolyse dont l'excès d'A1F3 du bain est supérieur à 11 % et dont la température du bain est voisine de 960 C. La prise en compte des termes Qr(p) et Qs(p) dans la détermination de Q(p) permet de réguler efficacement, et avec une stabilité surprenante, des cellules d'électrolyse dont l'intensité
et la densité anodique sont très élevées et dont la masse de bain liquide est faible.
La demanderesse a observé lors de ses essais que le procédé de régulation de l'invention permet de contrôler, avec une grande stabilité, la teneur en AIF3 des cellules d'électrolyse, sur une période de plusieurs, mois, sans avoir à tenir compte de teneurs mesurées en A1F3, lesquelles teneurs mesurées sont, de toute manière, souvent entachées d'erreurs significatives.
Claims (56)
1. Procédé de régulation d'une cellule d'électrolyse (1) pour la production d'aluminium par réduction électrolytique de l'alumine dissoute dans un bain d'électrolyte (13) à base de cryolithe, ladite cellule (1) comprenant une cuve (20), au moins une anode (7), au moins un élément cathodique (5, 6), ladite cuve (20) comportant des parois latérales internes (3) et étant apte à contenir un bain d'électrolyte liquide (13), ladite cellule (1) comprenant en outre au moins un moyen de réglage de ladite cellule incluant un cadre anodique mobile (10) auquel est fixée ladite au moins une anode (7), ladite cellule (1) étant apte à faire circuler un courant dit d'électrolyse dans ledit bain, ledit courant ayant une intensité I, l'aluminium produit par ladite réduction formant une nappe dite nappe de métal liquide (12) sur le ou les éléments cathodiques (5, 6), ladite cellule comprenant un talus (15) de bain solidifié sur lesdites parois (3), ledit procédé
comprenant des opérations de pilotage de ladite cellule incluant l'ajout d'alumine et l'ajout d'A1F3 dans ledit bain et étant caractérisé en ce qu'il comprend :
- la détermination de la valeur d'au moins un indicateur B dit d'évolution du talus par la mesure d' au moins une variation dudit talus, ledit indicateur B étant corrélé avec ladite variation;
- l'ajustement d'au moins un moyen de réglage et/ou d'au moins une opération de pilotage en fonction de la valeur obtenue pour le ou chaque indicateur d'évolution du talus.
comprenant des opérations de pilotage de ladite cellule incluant l'ajout d'alumine et l'ajout d'A1F3 dans ledit bain et étant caractérisé en ce qu'il comprend :
- la détermination de la valeur d'au moins un indicateur B dit d'évolution du talus par la mesure d' au moins une variation dudit talus, ledit indicateur B étant corrélé avec ladite variation;
- l'ajustement d'au moins un moyen de réglage et/ou d'au moins une opération de pilotage en fonction de la valeur obtenue pour le ou chaque indicateur d'évolution du talus.
2. Procédé de régulation selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit au moins un indicateur d'évolution du talus inclut un indicateur, dit BE , la mesure comprenant au moins une mesure électrique sur ladite cellule (1) pour détecter les variations des lignes de courant induites par l'évolution dudit talus.
3. Procédé de régulation selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit indicateur BE est déterminé à partir d'au moins une détermination de ladite intensité 1 et d'au moins une détermination de la chute de tension U aux bornes de ladite cellule (1).
4. Procédé de régulation selon la revendication 3, caractérisée en ce que ledit au moins un indicateur d'évolution du talus BE est égal à une variation de la résistance spécifique .DELTA.RS qui est déterminée par un procédé de mesure comprenant :
- la détermination d'au moins une première valeur I1 pour ladite intensité I
et d'au moins une première valeur U I pour la chute de tension U aux bornes de ladite cellule (1);
- le calcul d'une première résistance R1 à partir d'au moins lesdites valeurs I1 et U1;
- le déplacement du cadre anodique (10) d'une distance déterminée .DELTA.H, à
partir d'une position dite initiale, soit vers le haut, .DELTA.H étant alors positif, soit vers le bas, .DELTA.H étant alors négatif;
- la détermination d'au moins une deuxième valeur 12 pour ladite intensité 1 et d'au moins une deuxième valeur U2 pour la chute de tension U aux bornes de ladite cellule (1);
- le calcul d'une deuxième résistance R2 à partir d'au moins lesdites valeurs 12 et U2;
- le calcul d'une variation de résistance .DELTA.R en utilisant la formule .DELTA.R = R2 - R1;
- le calcul de ladite variation de la résistance spécifique .DELTA.RS en utilisant la formule .DELTA.RS =.DELTA.R / .DELTA.H.
- la détermination d'au moins une première valeur I1 pour ladite intensité I
et d'au moins une première valeur U I pour la chute de tension U aux bornes de ladite cellule (1);
- le calcul d'une première résistance R1 à partir d'au moins lesdites valeurs I1 et U1;
- le déplacement du cadre anodique (10) d'une distance déterminée .DELTA.H, à
partir d'une position dite initiale, soit vers le haut, .DELTA.H étant alors positif, soit vers le bas, .DELTA.H étant alors négatif;
- la détermination d'au moins une deuxième valeur 12 pour ladite intensité 1 et d'au moins une deuxième valeur U2 pour la chute de tension U aux bornes de ladite cellule (1);
- le calcul d'une deuxième résistance R2 à partir d'au moins lesdites valeurs 12 et U2;
- le calcul d'une variation de résistance .DELTA.R en utilisant la formule .DELTA.R = R2 - R1;
- le calcul de ladite variation de la résistance spécifique .DELTA.RS en utilisant la formule .DELTA.RS =.DELTA.R / .DELTA.H.
5. Procédé de régulation selon la revendication 4, caractérisé en ce que le procédé
de mesure comprend en outre, au moins après la détermination des valeurs de 11, 12, U1 et U2, le déplacement du cadre anodique (10) de façon à le ramener à sa position initiale et à retrouver le réglage initial de la cellule.
de mesure comprend en outre, au moins après la détermination des valeurs de 11, 12, U1 et U2, le déplacement du cadre anodique (10) de façon à le ramener à sa position initiale et à retrouver le réglage initial de la cellule.
6. Procédé de régulation selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdites première et deuxième résistances sont calculées en utilisant les formules R = (U - Uo) / I, où Uo est une constante.
7. Procédé de régulation selon la revendication 6, caractérisé en ce que la constante Uo est comprise entre 1,6 et 2,0 V.
8. Procédé de régulation selon l'une des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que ledit ajustement est une fonction déterminée de l'écart entre ladite variation de la résistance spécifique .DELTA.RS et une valeur de référence .DELTA.RSo.
9. Procédé de régulation selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé
en ce que ledit au moins un indicateur d'évolution du talus inclut un indicateur, dit BM , qui est déterminé à partir d'une détermination de la superficie S
de ladite nappe de métal liquide (12).
en ce que ledit au moins un indicateur d'évolution du talus inclut un indicateur, dit BM , qui est déterminé à partir d'une détermination de la superficie S
de ladite nappe de métal liquide (12).
10. Procédé de régulation selon la revendication 9, caractérisé en ce que ladite superficie métal est déterminé par un procédé de mesure comprenant :
- l'extraction d'une quantité de métal liquide de la cellule d'électrolyse;
- la détermination du volume Vm de ladite quantité de métal liquide extraite de la cellule d'électrolyse;
- la détermination du changement .about.Hm du niveau de ladite nappe de métal liquide qui en résulte dans ladite cuve;
- la détermination d'une superficie S pour ladite nappe de métal liquide (12) en utilisant la formule S = Vm / .about.Hm.
- l'extraction d'une quantité de métal liquide de la cellule d'électrolyse;
- la détermination du volume Vm de ladite quantité de métal liquide extraite de la cellule d'électrolyse;
- la détermination du changement .about.Hm du niveau de ladite nappe de métal liquide qui en résulte dans ladite cuve;
- la détermination d'une superficie S pour ladite nappe de métal liquide (12) en utilisant la formule S = Vm / .about.Hm.
11. Procédé de régulation selon la revendication 10, caractérisé en ce que ledit volume Vm est déterminé par une mesure de la masse de ladite quantité de métal liquide extraite de la cellule d'électrolyse.
12. Procédé de régulation selon l'une des revendications 9 à 11, caractérisé
en ce que ledit ajustement est une fonction déterminée de l'écart dit de superficie métal entre la valeur obtenue pour ladite superficie S et une valeur de consigne So.
en ce que ledit ajustement est une fonction déterminée de l'écart dit de superficie métal entre la valeur obtenue pour ladite superficie S et une valeur de consigne So.
13. Procédé de régulation selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que ledit ajustement comprend au moins une modification de la position dudit cadre anodique mobile (10), soit vers le haut, soit vers le bas, de manière à modifier la distance anode/métal (DAM).
14. Procédé de régulation selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que ledit ajustement comprend au moins un ajout de bain d'électrolyte solide ou liquide de manière à augmenter le niveau dudit bain d'électrolyte liquide (13) dans ladite cuve (20).
15. Procédé de régulation selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé en ce ledit ajustement comprend au moins une modification dudit ajout d'AlF3.
16. Procédé de régulation d'une cellule d'électrolyse (1) pour la production d'aluminium par réduction électrolytique de l'alumine dissoute dans un bain d'électrolyte (13) à base de cryolithe, ladite cellule (1) comprenant une cuve (20), au moins une anode (7), au moins un élément cathodique (5, 6), ladite cuve (20) comportant des parois latérales internes (3) et étant apte à contenir un bain d'électrolyte liquide (13), ladite cellule (1) comprenant en outre au moins un moyen de réglage de ladite cellule incluant un cadre anodique mobile (10) auquel est fixée ladite au moins une anode (7), ladite cellule (1) étant apte à faire circuler un courant dit d'électrolyse dans ledit bain, ledit courant ayant une intensité I, l'aluminium produit par ladite réduction formant une nappe dite << nappe de métal liquide >> (12) sur le ou les éléments cathodiques (5, 6), ladite cellule comprenant un talus (15) de bain solidifié sur lesdites parois (3), ledit procédé
comprenant des opérations de pilotage de ladite cellule incluant l'ajout d'alumine et l'ajout d'AlF3 dans ledit bain et étant caractérisé en ce qu'il comprend:
- l'implantation d'une séquence de régulation comprenant une série d'intervalles de temps p de durée prédéterminée Lp appelés << périodes >>;
- la détermination de la valeur d'au moins un indicateur B dit << d'évolution du talus >> par la mesure d'au moins une variation dudit talus, ledit indicateur B
étant corrélé avec ladite variation;
- la détermination d'une quantité Qo(p), dite << terme de base >>, correspondant aux besoins moyens nets de la cellule en AlF3;
- la détermination d'un terme correctif Qi(p) incluant au moins un terme Qsol(p), dit << terme de talus >>, qui est déterminé à partir dudit indicateur;
- la détermination d'une quantité Q(p) d'AlF3 à ajouter durant la période p, dite << quantité déterminée Q(p) >>, par addition du terme correctif Qi(p) au terme de base Qo(p), c'est-à-dire Q (p) = Qo(p) + Qi(p);
- l'ajout dans ledit bain d'électrolyte, durant la période p, d'une quantité
effective d'AlF3 égale à ladite quantité déterminée Q(p).
comprenant des opérations de pilotage de ladite cellule incluant l'ajout d'alumine et l'ajout d'AlF3 dans ledit bain et étant caractérisé en ce qu'il comprend:
- l'implantation d'une séquence de régulation comprenant une série d'intervalles de temps p de durée prédéterminée Lp appelés << périodes >>;
- la détermination de la valeur d'au moins un indicateur B dit << d'évolution du talus >> par la mesure d'au moins une variation dudit talus, ledit indicateur B
étant corrélé avec ladite variation;
- la détermination d'une quantité Qo(p), dite << terme de base >>, correspondant aux besoins moyens nets de la cellule en AlF3;
- la détermination d'un terme correctif Qi(p) incluant au moins un terme Qsol(p), dit << terme de talus >>, qui est déterminé à partir dudit indicateur;
- la détermination d'une quantité Q(p) d'AlF3 à ajouter durant la période p, dite << quantité déterminée Q(p) >>, par addition du terme correctif Qi(p) au terme de base Qo(p), c'est-à-dire Q (p) = Qo(p) + Qi(p);
- l'ajout dans ledit bain d'électrolyte, durant la période p, d'une quantité
effective d'AlF3 égale à ladite quantité déterminée Q(p).
17. Procédé de régulation selon la revendication 16, caractérisé en ce que ladite durée Lp desdites périodes est sensiblement la même pour tous les périodes.
18. Procédé de régulation selon la revendication 16 ou 17, caractérisé en ce que ladite durée Lp desdites périodes est comprise entre 1 et 100 heures.
19. Procédé de régulation selon l'une quelconque des revendications 16 à 18, caractérisé en ce que le terme Qsol(p) comprend au moins un terme Qr(p) qui est déterminé à partir d'au moins une mesure électrique sur ladite cellule (1) apte à
détecter les variations des lignes de courant induites par l'évolution dudit talus.
détecter les variations des lignes de courant induites par l'évolution dudit talus.
20. Procédé de régulation selon la revendication 19, caractérisé en ce que le terme Qr(p) est déterminé à partir d'au moins une mesure de ladite intensité I et d'au moins une mesure de la chute de tension U aux bornes de ladite cellule (1).
21. Procédé de régulation selon la revendication 20, caractérisé en ce qu'il comprend :
- la détermination d'au moins une première valeur I1 pour ladite intensité I
et d'au moins une première valeur U1 pour la chute de tension U aux bornes de ladite cellule (1);
- le calcul d'une première résistance R1 à partir d'au moins lesdites valeurs I1 et U1;
- le déplacement du cadre anodique (10) d'une distance déterminée AH, à partir d'une position dite initiale, soit vers le haut, A étant alors positif, soit vers le bas, AH étant alors négatif;
- la détermination d'au moins une deuxième valeur 12 pour ladite intensité I
et d'au moins une deuxième valeur U2 pour la chute de tension U aux bornes de ladite cellule (1);
- le calcul d'une deuxième résistance R2 à partir d'au moins lesdites valeurs I2 et U2;
- le calcul d'une variation de résistance .DELTA.R en utilisant la formule .DELTA.R = R2- R1;
- le calcul d'une quantité dite variation de la résistance spécifique .DELTA.RS en utilisant la formule .DELTA.RS = .DELTA.R/.DELTA.H;
- la détermination du terme Qr(p) en utilisant une fonction déterminée de ladite variation de la résistance spécifique .DELTA.RS;
- la détermination du terme correctif Qi = (p) en incluant au moins le terme Qr(p) dans le terme de talus Qsol(p);
- la détermination d'au moins une première valeur I1 pour ladite intensité I
et d'au moins une première valeur U1 pour la chute de tension U aux bornes de ladite cellule (1);
- le calcul d'une première résistance R1 à partir d'au moins lesdites valeurs I1 et U1;
- le déplacement du cadre anodique (10) d'une distance déterminée AH, à partir d'une position dite initiale, soit vers le haut, A étant alors positif, soit vers le bas, AH étant alors négatif;
- la détermination d'au moins une deuxième valeur 12 pour ladite intensité I
et d'au moins une deuxième valeur U2 pour la chute de tension U aux bornes de ladite cellule (1);
- le calcul d'une deuxième résistance R2 à partir d'au moins lesdites valeurs I2 et U2;
- le calcul d'une variation de résistance .DELTA.R en utilisant la formule .DELTA.R = R2- R1;
- le calcul d'une quantité dite variation de la résistance spécifique .DELTA.RS en utilisant la formule .DELTA.RS = .DELTA.R/.DELTA.H;
- la détermination du terme Qr(p) en utilisant une fonction déterminée de ladite variation de la résistance spécifique .DELTA.RS;
- la détermination du terme correctif Qi = (p) en incluant au moins le terme Qr(p) dans le terme de talus Qsol(p);
22. Procédé de régulation selon la revendication 21, caractérisé en ce qu'il comprend en outre, au moins après la détermination des valeurs de Il, I2, U1 et U2, le déplacement du cadre anodique (10) de façon à le ramener à sa position initiale et à retrouver le réglage initial de la cellule.
23. Procédé de régulation selon la revendication 21 ou 22, caractérisé en ce que lesdites première et deuxième résistances sont calculées en utilisant les formules R = (U - Uo) / I, où Uo est une constante.
24. Procédé selon la revendication 23, caractérisé en ce que la constante Uo est comprise entre 1,6 et 2,0 V.
25. Procédé de régulation selon l'une des revendications 21 à 24, caractérisé
en ce que le terme Qr(p) est donné par la fonction Qr(p) = Kr x(.DELTA.RS -.DELTA.RSo), où Kr est une constante et .DELTA.RSo est une valeur de référence.
en ce que le terme Qr(p) est donné par la fonction Qr(p) = Kr x(.DELTA.RS -.DELTA.RSo), où Kr est une constante et .DELTA.RSo est une valeur de référence.
26. Procédé de régulation selon la revendication 25, caractérisé en ce que Kr est comprise entre -0,01 et -10 kg/heure/n.OMEGA./mm.
27. Procédé de régulation selon l'une des revendications 21 à 26, caractérisé
en ce que le terme Qr(p) est borné par une valeur minimale et par une valeur maximale.
en ce que le terme Qr(p) est borné par une valeur minimale et par une valeur maximale.
28. Procédé de régulation selon l'une quelconque des revendications 16 à 27, caractérisé en ce que le terme Qsol(p) comprend au moins un terme Qs(p) qui est déterminé à partir d'au moins une détermination de la superficie S(p) de ladite nappe de métal liquide (12).
29. Procédé de régulation selon la revendication 28, caractérisé en ce qu'il comprend :
- l'extraction d'une quantité de métal liquide de la cellule d'électrolyse;
- la détermination du volume Vm de ladite quantité de métal liquide extraite de la cellule d'électrolyse;
- la détermination du changement .about.Hm du niveau de ladite nappe de métal liquide qui en résulte dans ladite cuve;
- la détermination d'une superficie S (p) pour ladite nappe de métal liquide (12) en utilisant la formule S = Vm/.about.Hm;
- la détermination d'un terme Qs(p) en utilisant une fonction déterminée de la superficie S(p) de ladite nappe de métal liquide (12);
- la détermination du terme correctif Qi(p) en incluant au moins le terme Qs(p) dans le terme de talus Qsol(p).
- l'extraction d'une quantité de métal liquide de la cellule d'électrolyse;
- la détermination du volume Vm de ladite quantité de métal liquide extraite de la cellule d'électrolyse;
- la détermination du changement .about.Hm du niveau de ladite nappe de métal liquide qui en résulte dans ladite cuve;
- la détermination d'une superficie S (p) pour ladite nappe de métal liquide (12) en utilisant la formule S = Vm/.about.Hm;
- la détermination d'un terme Qs(p) en utilisant une fonction déterminée de la superficie S(p) de ladite nappe de métal liquide (12);
- la détermination du terme correctif Qi(p) en incluant au moins le terme Qs(p) dans le terme de talus Qsol(p).
30. Procédé de régulation selon la revendication 29, caractérisé en ce que ledit volume Vm est déterminé par une mesure de la masse de ladite quantité de métal liquide extraite de la cellule d'électrolyse.
31. Procédé de régulation selon la revendication 29 ou 30, caractérisé en ce que le terme Qs(p) est déterminé à partir de l'écart dit de superficie métal entre la valeur obtenue pour ladite superficie S(p) et une valeur de consigne So.
32. Procédé de régulation selon l'une des revendications 29 à 31, caractérisé
en ce que le terme Qs(p) est donné par la fonction Qs(p) = Ks x (S(p) - So), où Ks est une constante.
en ce que le terme Qs(p) est donné par la fonction Qs(p) = Ks x (S(p) - So), où Ks est une constante.
33. Procédé de régulation selon la revendication 32, caractérisé en ce que Ks est comprise entre 0,0001 et 0,1 kg/heure/dm2.
34. Procédé de régulation selon l'une des revendications 29 à 33, caractérisé
en ce que le terme Qs(p) est borné par une valeur minimale et par une valeur maximale.
en ce que le terme Qs(p) est borné par une valeur minimale et par une valeur maximale.
35. Procédé de régulation selon l'une quelconque des revendications 16 à 34, caractérisé en ce qu'il comprend :
- la détermination d'une moyenne Qm(p) des ajouts totaux d'AlF3 par période durant les N dernières périodes;
- la détermination d'une quantité Qint(p) en utilisant la formule Qint(p)=
(1 / D) x Qm(p) +(1 - 1 / D) x Qint(p - 1), où D est un paramètre fixant l'horizon temporel;
- la détermination de la quantité Qo(p) en utilisant la formule Qo(p) =
Qint(p).
- la détermination d'une moyenne Qm(p) des ajouts totaux d'AlF3 par période durant les N dernières périodes;
- la détermination d'une quantité Qint(p) en utilisant la formule Qint(p)=
(1 / D) x Qm(p) +(1 - 1 / D) x Qint(p - 1), où D est un paramètre fixant l'horizon temporel;
- la détermination de la quantité Qo(p) en utilisant la formule Qo(p) =
Qint(p).
36. Procédé de régulation selon la revendication 35, caractérisé en ce qu'il comprend :
- la détermination d'un terme compensateur Qcl(p) correspondant à la quantité
dite équivalente d'AlF3 contenue dans l'alumine ajoutée à la cellule durant la période p;
- la modification du terme Qo(p) par soustraction du terme Qcl(p) dudit terme Qo(p), c'est-à-dire en utilisant la formule Qo(p) = Qo(p) - Qcl(p).
- la détermination d'un terme compensateur Qcl(p) correspondant à la quantité
dite équivalente d'AlF3 contenue dans l'alumine ajoutée à la cellule durant la période p;
- la modification du terme Qo(p) par soustraction du terme Qcl(p) dudit terme Qo(p), c'est-à-dire en utilisant la formule Qo(p) = Qo(p) - Qcl(p).
37. Procédé de régulation selon la revendication 36, caractérisé en ce que le terme Qm(p) est donné par la relation :
Qm(p) = < Q(P)> + < Qcl(p) >, où
<Q(p) > =(Q(p-N)+(Q(p-N+1)+Q(p -N+2)+...+Q(p-1))/N, <Qcl(p) >=(Qcl(p-N)+Qcl(p-N+1)+Qcl(p-N+2)+...+Qcl(p- 1))/N, et N est une constante.
Qm(p) = < Q(P)> + < Qcl(p) >, où
<Q(p) > =(Q(p-N)+(Q(p-N+1)+Q(p -N+2)+...+Q(p-1))/N, <Qcl(p) >=(Qcl(p-N)+Qcl(p-N+1)+Qcl(p-N+2)+...+Qcl(p- 1))/N, et N est une constante.
38. Procédé de régulation selon la revendication 37, caractérisé en ce que N
est compris entre 1 et 100.
est compris entre 1 et 100.
39. Procédé de régulation selon l'une quelconque des revendications 35 à 38, caractérisé en ce que le paramètre D est égal à Pc / Lp, où Pc est compris entre 400 et 8000 heures.
40. Procédé selon l'une quelconque des revendications 35 à 39, caractérisé en ce qu'il comprend :
- la détermination d'une quantité Qtheo correspondant aux besoins théoriques totaux en A1F3 de la cellule au moment où on lance la régulation;
- le démarrage du procédé en posant Qint(0) = Qtheo.
- la détermination d'une quantité Qtheo correspondant aux besoins théoriques totaux en A1F3 de la cellule au moment où on lance la régulation;
- le démarrage du procédé en posant Qint(0) = Qtheo.
41. Procédé de régulation selon l'une quelconque des revendications 35 à 40, caractérisé en ce qu'il comprend :
- la détermination d'un terme correctif supplémentaire Qc2(p) en utilisant une fonction de l'écart entre Qm(p) et Qint(p);
- l'ajout du terme correctif Qc2(p) dans la détermination de Qi(p).
- la détermination d'un terme correctif supplémentaire Qc2(p) en utilisant une fonction de l'écart entre Qm(p) et Qint(p);
- l'ajout du terme correctif Qc2(p) dans la détermination de Qi(p).
42. Procédé de régulation selon la revendication 41, caractérisé en ce que le terme Qc2(p) est donné par la formule Qc2(p) = Kc2 x (Qm(p) - Qint(p)), où Kc2 est une constante.
43. Procédé de régulation selon la revendication 42, caractérisé en ce que Kc2 est comprise entre -0,1 et -1.
44. Procédé de régulation selon l'une des revendications 41 à 43, caractérisé
en ce que le terme Qc2(p) est borné par une valeur minimale et par une valeur maximale.
en ce que le terme Qc2(p) est borné par une valeur minimale et par une valeur maximale.
45. Procédé de régulation selon l'une quelconque des revendications 16 à 34, caractérisé en ce qu'il comprend :
- la détermination d'une température moyenne T(p) du bain d'électrolyte;
- la détermination d'un terme correctif supplémentaire Qt(p) en utilisant une fonction déterminée de l'écart entre ladite température T(p) et une température de consigne To;
- l'ajout du terme correctif Qt(p) dans la détermination de Qi(p).
- la détermination d'une température moyenne T(p) du bain d'électrolyte;
- la détermination d'un terme correctif supplémentaire Qt(p) en utilisant une fonction déterminée de l'écart entre ladite température T(p) et une température de consigne To;
- l'ajout du terme correctif Qt(p) dans la détermination de Qi(p).
46. Procédé de régulation selon la revendication 45, caractérisé en ce que le terme Qt(p) est donné par la formule Qt(p) = Kt x (T(p) - To), où Kt est une constante.
47. Procédé de régulation selon la revendication 46, caractérisé en ce que Kt est comprise entre 0,01 et 1 kg/heure/°C.
48. Procédé de régulation selon l'une des revendications 45 à 47, caractérisé
en ce que le terme Qt(p) est borné par une valeur minimale et par une valeur maximale.
en ce que le terme Qt(p) est borné par une valeur minimale et par une valeur maximale.
49. Procédé de régulation selon l'une quelconque des revendications 16 à 48, caractérisé en ce qu'il comprend :
- la mesure de l'excès E(p) d'AlF3, - la détermination d'un terme correctif supplémentaire Qe(p) en utilisant une fonction de l'écart entre l'excès d'AlF3 mesuré E(p) et sa valeur visée Eo;
- l'ajout du terme correctif Qe(p) dans la détermination de Qi(p).
- la mesure de l'excès E(p) d'AlF3, - la détermination d'un terme correctif supplémentaire Qe(p) en utilisant une fonction de l'écart entre l'excès d'AlF3 mesuré E(p) et sa valeur visée Eo;
- l'ajout du terme correctif Qe(p) dans la détermination de Qi(p).
50. Procédé de régulation selon la revendication 49, caractérisé en ce que le terme Qe(p) est donné par la formule Qe(p) = Ke x (E(p) - Eo), où Ke est une constante.
51. Procédé de régulation selon la revendication 50, caractérisé en ce que Ke est comprise entre -0,05 et -5 kg/heure/%AlF3.
52. Procédé de régulation selon l'une des revendications 49 à 51, caractérisé
en ce que le terme Qe(p) est borné par une valeur minimale et par une valeur maximale.
en ce que le terme Qe(p) est borné par une valeur minimale et par une valeur maximale.
53. Procédé de régulation selon l'une quelconque des revendications 16 à 52, caractérisé en ce que la quantité Q(p) comprend un terme supplémentaire Qea(p) qui est donné par une fonction de l'énergie de l'effet d'anode EEA.
54. Procédé de régulation la revendication 53, caractérisé en ce que le terme Qea(p) est borné par une valeur minimale et par une valeur maximale.
55. Procédé de régulation selon l'une quelconque des revendications 16 à 54, caractérisé en ce que la quantité Q(p) est limitée à une valeur maximale Qmax.
56. Procédé de régulation selon l'une quelconque des revendications 16 à 55, caractérisé en ce que, lorsque la valeur déterminée du terme Q(p) est négative, sa valeur est posée égale à zéro, c'est-à-dire qu'on n'ajoute pas d'AlF3 durant la période p.
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