CA2698894A1 - Grooved anode for an electrolysis tank - Google Patents
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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Abstract
L'invention a pour objet un bloc anodique en carbone pour utilisation dans une cellule d'électrolyse de métal de hauteur H entre une face supérieure (24) et une face inférieure (23) et comprenant sur la face inférieure (23) au moins une rainure (20a) de profondeur p(x) et de longueur Lr, la rainure s 'étendant selon une direction x et ladite profondeur p(x) étant variable le long de ladite direction x, caractérisé en ce que ladite profondeur p(x) varie de façon non-linéaire le long de ladite direction x et en ce que ladite profondeur p(x) est inférieure à une première valeur Z1 sur au moins 60% de la longueur Lr de ladite rainure et est supérieure à une deuxième valeur Z2 au moins égale à Z1 + 10% de la hauteur H sur 3 à 40% de la longueur Lr de la rainure.The subject of the invention is an anode carbon block for use in a metal electrolysis cell of height H between an upper face (24) and a lower face (23) and comprising on the lower face (23) at least one groove (20a) of depth p (x) and length Lr, the groove extending in a direction x and said depth p (x) being variable along said direction x, characterized in that said depth p (x) varies non-linearly along said x direction and in that said depth p (x) is less than a first value Z1 over at least 60% of the length Lr of said groove and is greater than a second value Z2 at less than Z1 + 10% of the height H over 3 to 40% of the length Lr of the groove.
Description
ANODE RAINUREE DE CUVE D'ELECTROLYSE
Domaine de l'invention L'invention concerne la production d'aluminium par électrolyse ignée selon le procédé de Hall-Héroult et plus particulièrement les anodes comportant un bloc anodique en carbone rainuré utilisées dans les usines de production d'aluminium.
Etat de la technique L'aluminium métal est produit industriellement par électrolyse ignée, à savoir par électrolyse d'alumine en solution dans un bain de cryolithe fondue, appelé
bain d'électrolyse, selon le, procédé bien connu de Hall-Héroult. Le bain d'électrolyse est contenu dans des cuves comprenant un caisson en acier, qui est revêtu intérieurement de matériaux réfractaires et/ou isolants, et d'éléments cathodiques situés au fond de la cuve. Des blocs anodiques en matériau carboné sont partiellement immergés dans le bain d'électrolyse: Chaque cuve et les anodes correspondantes forment ce qui est souvent appelé une cellule d'électrolyse. Le courant d'électrolyse, qui circule dans le bain d'électrolyse et possiblement une nappe d'aluminium liquide par l'intermédiaire des anodes et des éléments cathodiques, opère les réactions de réduction de l'alumine et permet également de maintenir le bain d'électrolyse à une température de l'ordre de 950 C par effet Joule.
La demande de brevet français FR 2 806 742 (correspondant au brevet américain US
6 409 894) décrit des installations d'une usine d'électrolyse destinée à la production d'aluminium.
Selon la technologie la plus répandue, les cellules d'électrolyse comportent une pluralité d'anodes dites "précuites" en matériau carboné qui sont consommées lors des réactions de réduction électrolytique de l'aluminium. GROOVED ANODE OF ELECTROLYTIC TANK
Field of the invention The invention relates to the production of aluminum by igneous electrolysis according to Hall-Héroult method and more particularly anodes comprising a block anodic grooved carbon used in production plants aluminum.
State of the art Aluminum metal is produced industrially by igneous electrolysis, namely by electrolysis of alumina in solution in a bath of molten cryolite, called bath electrolysis, according to the well known Hall-Héroult process. The bath electrolysis is contained in vats comprising a steel casing, which is coated internally refractory and / or insulating materials, and cathode elements located at bottom of tank. Anodic blocks of carbonaceous material are partially immersed in the electrolysis bath: Each vat and the corresponding anodes form this who is often called an electrolysis cell. Electrolysis current, which circulates in the electrolysis bath and possibly a sheet of liquid aluminum by intermediate anodes and cathode elements, operates the reduction reactions of alumina and also keeps the electrolysis bath at a temperature of the order of 950 C by Joule effect.
French patent application FR 2,806,742 (corresponding to the US patent US
6,409,894) describes installations of an electrolysis plant for production aluminum.
According to the most widespread technology, electrolysis cells comprise a plurality of so-called "precooked" anodes of carbonaceous material which are consumed then electrolytic reduction reactions of aluminum.
2 Des gaz, et plus particulièrement du dioxyde de carbone, sont générés lors des réactions d'électrolyse et viennent naturellement s'accumuler sous la forme de bulles de gaz sous la face inférieure, généralement sensiblement plate et horizontale, de l'anode, ce qui influe sur la stabilité globale de la cuve.
Il résulte en effet de l'accumulation de ces bulles de gaz :
- des variations et instabilités électriques, - une fréquence élevée et une durée importante des effets d'anode, - une possibilité accrue de réaction inverse et donc une perte de rendement du fait de la faible distance entre la couche d' aluminium produite et les bulles de C02, - une consommation accrue de carbone et la formation de gaz nocifs du fait de la transformation du C02 en CO au contact du carbone.
Il est connu d'utiliser des anodes avec des blocs anodiques carbonés comportant une ou plusieurs rainures dans la partie inférieure de manière à faciliter l'évacuation des bulles de gaz et empêcher leur accumulation afin de résoudre les problèmes cités ci-dessus et réduire la consommation d'énergie comme montré dans Light Metals Energy saving in Hindalco's Aluminium Smelter , S.C. Tandon & R.N. Prasad.
Les rainures permettent de diminuer le libre parcours moyen des bulles de gaz sous l'anode pour sortir de l'espace entre les électrodes et donc de réduire la taille des bulles qui se forment sous l'anode.
L'intérêt de l'utilisation de rainures a déjà été étudié et prouvé, par exemple dans Light metals 2007 p.305-310 The impact of slots on reduction cell individual anode current variation , Geoff Bearne, Dereck Gadd, Simon Lix ou Light metals 2007 p.299-304 Development and deployment of slotted anode technology at Alcoa , Xiangwen Wang et al. .
Il est également connu des documents suivants:
- WO 2006/137739 d'utiliser des rainures plus fines (de l'ordre de 2 à 8 mm) que celles communément utilisées (de l'ordre de 8 à 20 mm) de manière à optimiser la masse carbonée utile et la surface d'échange; 2 Gases, and more particularly carbon dioxide, are generated during electrolysis reactions and come naturally to accumulate in the form of bubbles of gas under the lower face, generally substantially flat and horizontal, of the anode, which affects the overall stability of the tank.
It results indeed from the accumulation of these gas bubbles:
- electrical variations and instabilities, a high frequency and a significant duration of anode effects, - an increased possibility of reverse reaction and therefore a loss of efficiency of the made of the small distance between the aluminum layer produced and the CO2 bubbles, - increased carbon consumption and the formation of harmful gases as a result of the conversion of CO2 to CO in contact with carbon.
It is known to use anodes with carbonaceous anode blocks with a or several grooves in the lower part to facilitate evacuation gas bubbles and prevent their accumulation in order to solve the problems cited above above and reduce power consumption as shown in Light Metals Energy saving in Hindalco's Smelter Aluminum, SC Tandon & RN Prasad.
The grooves make it possible to reduce the average free path of the gas bubbles under the anode to get out of the gap between the electrodes and therefore reduce the size of bubbles that form under the anode.
The interest of using grooves has already been studied and proved by example in Light metals 2007 p.305-310 The impact of the slots on reduction cell individual anode current variation, Geoff Bearne, Dereck Gadd, Simon Lix or Light metals 2007 p.299-304 Development and deployment of slotted anode technology at Alcoa, Xiangwen Wang et al. .
It is also known from the following documents:
- WO 2006/137739 to use thinner grooves (of the order of 2 to 8 mm) than those commonly used (in the order of 8 to 20 mm) in order to optimize the useful carbon mass and the exchange surface;
3 - US 7 179 353 d'utiliser une anode comportant des rainures débouchant sur un unique coté ou face latérale du bloc anodique, et plus particulièrement vers le centre de la cellule d'électrolyse de manière à améliorer la dissolution de l'alumine ;
- WO 2006/137739, US 7 179 353 et de Light Metals 2007 p.283-285 Slot cutting in anodes de Jean-Jacques Grunspan, d'incliner le fond des rainures d'un angle allant jusqu'à 10 afin d'accélérer l'évacuation des gaz piégés dans les rainures et de maîtriser l'orientation des flux de gaz.
Une limite bien connue à l'utilisation de ces rainures résulte du fait que la profondeur des rainures est limitée afin de ne pas perturber l'intégrité mécanique et physique des blocs anodiques carbonés. Or les blocs anodiques carbonés sont consommés progressivement au cours de la réaction d'électrolyse sur une hauteur supérieure à la profondeur des rainures de sorte que la durée d'existence des rainures d'une anode est inférieure à la durée de vie de l'anode. Par conséquent, pendant un certain laps de temps au cours de la durée de vie des anodes, la partie inférieure des blocs anodiques ne comporte plus de rainure. Les problèmes mentionnés ci-dessus pour des anodes sans rainures se font alors ressentir.
En effet, comme mentionné dans Light metals 2007 p.299-304 Development and deployement of slotted anode technology at Alcoa , la profondeur des rainures est limitée pour des raisons d'intégrité principalement dans le cas de rainures formées par moulage sur des blocs anodiques crus de sorte que les effets bénéfiques résultant de la présence des rainures sont observables uniquement sur une partie de la durée.de vie des anodes. Les rainures créent des faiblesses dans les blocs anodiques crus qui se fendent alors lors de leur transport, de leur stockage ou de leur cuisson.
Il s'avère en pratique également impossible d'obtenir de manière fiable par sciage de blocs anodiques cuits des anodes avec des rainures aussi profondes que la hauteur de bloc anodique destinée à être consommée. Les contraintes mécaniques et les vibrations exercées par les lames de sciage provoquent l'effritement, le fendillement puis l'éclatement des blocs de carbones. 3 US 7 179 353 to use an anode having grooves opening on a unique side or side face of the anode block, and more particularly to the center of the electrolysis cell so as to improve the dissolution of the alumina ;
- WO 2006/137739, US 7 179 353 and Light Metals 2007 p.283-285 Slot cutting in anodes by Jean-Jacques Grunspan, to tilt the bottom of the grooves of a angle up to 10 in order to accelerate the evacuation of the trapped gases in grooves and control the direction of gas flows.
A well-known limitation to the use of these grooves results from the fact that the depth grooves is limited so as not to disturb the mechanical integrity and physics of carbon anodic blocks. Carbon anode blocks are consumed progressively during the electrolysis reaction over a height superior to the depth of the grooves so that the duration of existence of the grooves of a anode is less than the life of the anode. Therefore, during a certain lapse of time during the life of the anodes, the lower part of the blocks anodic no longer has a groove. The problems mentioned above for anodes without grooves are then felt.
Indeed, as mentioned in Light metals 2007 p.299-304 Development and Alcoa, the depth of the grooves is limited for reasons of integrity mainly in the case of grooves formed by molding on raw anode blocks so that the beneficial effects resultant of the presence of the grooves are observable only on a part of the duration life of the anodes. Grooves create weaknesses in anode blocks raw who splits during transport, storage or cooking.
It turns out in practice also impossible to reliably obtain sawing anodic blocks baked anodes with grooves as deep as the Hight of anode block to be consumed. Mechanical stresses and Vibrations caused by saw blades cause crumbling, cracking then the bursting of the carbon blocks.
4 Les dimensions des blocs anodiques des ' anodes communément utilisées sont de l'ordre de 1200 à 1700 mm pour la longueur, 500 à 1000 mm pour la largeur et 550 à
700 mm de hauteur, avec une à trois rainures de profondeur généralement comprise entre 150 et 350 mm.
Aussi pour un bloc anodique de 600 mm de hauteur avec une hauteur de carbone consommable de 400 mm et une rainure de 250 mm de profondeur, la rainure produit un effet bénéfique pendant seulement 62.5% de la durée de vie de l'anode.
Un but de l'invention est de proposer des anodes permettant de , remédier aux inconvénients évoqués ci-dessus, c'est-à-dire de proposer des anodes produisant un effet bénéfique pendant une durée plus importante sans toutefois compromettre l'intégrité des blocs anodiques pendant leur fabrication, leur stockage, leur transport ou leur utilisation.
Description de l'invention A cet effet, l'invention a pour objet un bloc anodique en carbone pour utilisation dans une cellule d'électrolyse de destinée à la production de métal, ledit bloc ayant une de hauteur H entre une face supérieure et une face inférieure et comprenant sur la face inférieure au moins une rainure de profondeur p(x) et de longueur Lr, la rainure s'étendant selon une direction x et ladite profondeur p(x) variant le long de ladite direction x, caractérisé en ce que ladite profondeur p(x) varie de façon non linéaire le long de ladite direction x et en ce que ladite profondeur p(x) est inférieure à une première valeur Z1 sur au moins 60% de la longueur Lr de ladite rainure et est supérieure à une deuxième valeur Z2 au moins égale à Z1 + 10% de la hauteur H
sur 3 à 40% de la longueur Lr de la rainure. De préférence, ladite profondeur p(x) est inférieure à ladite première valeur Z1 sur au moins 70% de la longueur Lr de ladite rainure et ladite deuxième valeur Z2 est au moins égale à Z1 + 15% de la hauteur H
sur 3 à 30% de la longueur Lr de la rainure et de préférence encore sur 5 à
20% de la longueur de la rainure.
WO 2009/066024 The dimensions of the anode blocks of the commonly used anodes are the order of 1200 to 1700 mm for the length, 500 to 1000 mm for the width and 550 to 700 mm high, with one to three deep grooves usually range between 150 and 350 mm.
Also for a 600 mm high anodic block with a carbon height consumable of 400 mm and a groove of 250 mm deep, the groove product a beneficial effect for only 62.5% of the life of the anode.
An object of the invention is to propose anodes making it possible to remedy disadvantages mentioned above, that is to say to propose anodes producing a beneficial effect for a longer period without compromising the integrity of the anode blocks during their manufacture, storage, transport or their use.
Description of the invention For this purpose, the subject of the invention is an anode carbon block for use in an electrolysis cell intended for the production of metal, said block having a height H between an upper face and a lower face and including on the bottom face at least one groove of depth p (x) and length Lr, the groove extending in a direction x and said depth p (x) varying along said direction x, characterized in that said depth p (x) varies in a manner linear the along said x direction and in that said depth p (x) is less than to one first value Z1 over at least 60% of the length Lr of said groove and is greater than a second value Z2 at least equal to Z1 + 10% of the height H
sure 3 to 40% of the length Lr of the groove. Preferably, said depth p (x) is less than said first value Z1 over at least 70% of the length Lr of said groove and said second value Z2 is at least equal to Z1 + 15% of the height H
on 3 to 30% of the length Lr of the groove and more preferably on 5 to 20% of the length of the groove.
WO 2009/06602
5 PCT/FR2008/001248 La face supérieure comporte au moins un évidement de fixation et la face inférieure est destinée à être immergée dans un bain d'électrolyse.
La variation non-linéaire de ladite profondeur p(x) le long de ladite direction x 5 s'entend d'une variation qui ne peut pas se décrire à l'aide d'une unique droite ou d'un unique plan. La variation peut toutefois comporter une ou plus d'une portion.
linéaire.
La forme particulière et innovante de la rainure selon l'invention lui confère une durée de vie accrue tout en maintenant une intégrité structurelle élevée du bloc anodique. Une fois le niveau ZI de carbone consommé atteint, au moins une portion de rainure subsiste pour évacuer les gaz qui s'accumulent sous la face inférieure du bloc anodique. La portion de rainure subsistante, bien que de longueur réduite, permet de limiter les problèmes liés à l'accumulation des gaz sous l'anode.
Selon un mode de réalisation, la rainure comprend au moins une extrémité
débouchant sur un côté du bloc anodique et la profondeur de la rainure est supérieure à ladite deuxième valeur Z2 au niveau de l'extrémité débouchante. Selon une variante de ce mode de réalisation, la rainure comprend deux extrémités débouchant chacune sur un côté du bloc anodique et la profondeur de la rainure est supérieure à
la seconde valeur Z, au niveau de chacune des extrémités débouchantes. La profondeur de la rainure est typiquement maximale au niveau d'au moins une extrémité
débouchante.
Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, la rainure comporte une portion centrale, avec un fond plat ou légèrement incliné d'un angle inférieur à 10 par rapport à l'horizontale, entourée de chaque côté par une portion d'extrémité, à
fond fortement incliné de 20 à 80 par rapport à l'horizontale en, s'étendant en direction de la face supérieure du bloc anodique en se rapprochant des côtés du bloc anodique, les extrémités de la rainure débouchant sur des côtés opposés du bloc anodique. En d'autres termes, le fond ou profondeur p(x) de la rainure suit un profil en forme de coupe transversale d'assiette à bords inclinés. 5 PCT / FR2008 / 001248 The upper face has at least one fixing recess and the face lower is intended to be immersed in an electrolysis bath.
The non-linear variation of said depth p (x) along said direction x 5 means a variation that can not be described using a single right or of a single plane. Variation may, however, include one or more than one portion.
linear.
The particular and innovative shape of the groove according to the invention gives it a longer life while maintaining high structural integrity of the block anodic. Once the level ZI of consumed carbon reaches, at least one portion groove remains to evacuate gases that accumulate under the face lower anodic block. The remaining groove portion, although of length scaled down, allows to limit the problems related to the accumulation of gases under the anode.
According to one embodiment, the groove comprises at least one end opening on one side of the anode block and the depth of the groove is higher at said second value Z2 at the open end. According to one variant of this embodiment, the groove comprises two ends opening each on one side of the anode block and the depth of the groove is greater than the second value Z, at each of the open ends. The depth the groove is typically maximum at at least one end emergent.
According to a particular embodiment of the invention, the groove comprises a central portion, with a flat bottom or slightly inclined at a lower angle at 10 relative to the horizontal, surrounded on each side by a portion end, to strongly inclined bottom of 20 to 80 relative to the horizontal in, extending in direction of the upper face of the anodic block while approaching the sides from the block anodic, the ends of the groove opening on opposite sides of the block anodic. In other words, the bottom or depth p (x) of the groove follows a profile shaped plate cross section with sloping edges.
6 Selon encore un autre mode de réalisation particulier de l'invention, la rainure comporte une portion centrale, avec un fond plat ou incliné d'un angle inférieur à 10 par rapport à l'horizontale, entourée de chaque côté par une portion d'extrémité, à
fond plat ou incliné d'un angle inférieur à 10 par rapport à l'horizontale, lesdites portions d'extrémités étant décrochées verticalement au dessus de ladite portion centrale, les extrémités de la rainure débouchant sur des côtés opposés du bloc anodique. En d'autres termes, le fond ou la profondeur p(x) de la rainure suit un profil en forme de coupe transversale de chapeau renversé.
Selon ces modes de réalisation, le coeur du bloc anodique n'est pas affaibli par la rainure sur la majeure longueur de la rainure correspondant à la portion centrale. Par ailleurs, les dégagements gazeux se produisent avantageusement à une hauteur élevée sur les côtés du bloc anodique dans la cellule d'électrolyse de sorte que l'agitation du bain d'électrolyse est plus régulière et propice à l'équilibre électrique, chimique et thermique de la cellule.
Selon encore d'autres modes de réalisation particuliers de l'invention, la rainure comporte une première portion, avec un fond plat ou incliné d'un angle inférieur à
10 par rapport à l'horizontale, et une seconde portion à fond plat décrochée verticalement au dessus de ladite première portion ou à fond fortement incliné
de 20 à 80 par rapport à l'horizontale en s'étendant en direction de la face supérieure du bloc anodique en se rapprochant des côtés du bloc anodique.
Avantageusement, la rainure a une profondeur maximale correspondant, à 10 cm près, à une hauteur d'usure maximale du bloc anodique afin de maintenir l'effet de la rainure sur sensiblement toute la durée d'utilisation du bloc dans une cellule d'électrolyse.
La présence de rainures a pour effet de réduire la turbulence du bain d'électrolyse et l'énergie cinétique de turbulence pour le volume situé en dessous de la face inférieure du bloc anodique. La demanderesse considère que cet effet est encore plus 6 According to yet another particular embodiment of the invention, the groove has a central portion, with a flat or angled bottom of an angle less than 10 relative to the horizontal, surrounded on each side by a portion end, to flat or inclined bottom at an angle of less than 10 to the horizontal, said end portions being unhooked vertically above said portion the ends of the groove opening on opposite sides of the block anodic. In other words, the bottom or the depth p (x) of the groove follows a cross sectional shape of overturned hat.
According to these embodiments, the core of the anode block is not weakened over there groove on the greater length of the groove corresponding to the portion Central. By elsewhere, the gaseous releases advantageously occur at a height high on the sides of the anode block in the electrolysis cell so that the agitation of the Electrolysis bath is more regular and conducive to electrical balance, chemical and thermal of the cell.
According to still other particular embodiments of the invention, the groove has a first portion, with a flat or angled bottom of an angle less than 10 relative to the horizontal, and a second flat-bottomed portion unhooked vertically above said first portion or with a steeply inclined bottom of 20 at 80 relative to the horizontal extending towards the face superior of the anodic block approaching the sides of the anode block.
Advantageously, the groove has a maximum depth corresponding to 10 cm close to a maximum wear height of the anode block in order to maintain the effect of the groove on substantially the entire duration of use of the block in a cell electrolysis.
The presence of grooves has the effect of reducing bath turbulence electrolysis and the kinetic energy of turbulence for the volume located below the face bottom of the anode block. The plaintiff considers that this effect is even more
7 marqué lorsque la rainure n'est pas entièrement immergée du fait du chemin plus court à parcourir par les bulles de gaz pour être évacuées. La réduction de.
la turbulence est particulièrement bénéfique dans la région en dessous du bloc anodique car elle réduit la réoxydation du métal dissout dans le bain d'électrolyse.
Avec les blocs anodiques selon l'invention, une partie des rainures n'est pas immergée dans le bain pendant une durée prolongée par rapport aux rainures de l'art antérieur, et plus particulièrement au niveau des extrémités débouchantes des rainures. Les dégagements gazeux se font donc au dessus du bain ou haut dans le bain, dans la rainure ou sur les côtés des blocs, ce qui réduit la turbulence du bain entre les électrodes et permet de diminuer la distance entre les électrodes et d'augmenter les rendements énergétiques.
Aussi, par rapport à un bloc anodique de l'art antérieur pour lequel on passait, par consommation de carbone ou usure, d'une rainure effective à une absence de rainure, on observe avec les blocs anodiques selon l'invention une diminution progressive ou par palier de la longueur des rainures et donc de leur efficacité, ce qui évite des perturbations et changements brusques de la cinétique des fluides avec les problèmes d'équilibres électriques associés et facilite par exemple des réglages adaptatifs.
Par ailleurs, les rainures peuvent être orientées de telle sorte que lorsque les dégagements gazeux se produisent dans le bain d'électrolyse (après une certaine usure ou consommation du bloc anodique), ceux-ci sont dirigés vers les points de chargement en alumine de manière à faciliter l'agitation et la dissolution de l'alumine, plus particulièrement vers un couloir central dans la cellule d'électrolyse.
L'invention s'étend aux anodes ayant au moins un bloc anodique tel que décrit ci-dessus et une tige de fixation.
L'invention s'étend également à une cellule de production d'aluminium par électrolyse ignée comportant au moins une d'anode telle que décrite ci-dessus, ainsi qu'à un procédé pour la fabrication d'aluminium comprenant les étapes consistant à : 7 marked when the groove is not fully submerged due to the path more short to go through the gas bubbles to be evacuated. The reduction of.
the turbulence is particularly beneficial in the region below the block anodic because it reduces the reoxidation of the dissolved metal in the electrolysis bath.
With the anode blocks according to the invention, part of the grooves is not immersed in the bath for an extended period of time with respect to the grooves of art previous, and more particularly at the open ends of the grooves. The gas releases are therefore above the bath or high in the bath, in the groove or on the sides of the blocks, which reduces turbulence bath between the electrodes and makes it possible to reduce the distance between the electrodes and to increase energy yields.
Also, compared to an anodic block of the prior art for which passed by carbon consumption or wear, from an effective groove to an absence of groove, with the anode blocks according to the invention a decrease is observed progressive or stepwise of the length of the grooves and therefore of their efficiency, which avoids disturbances and sudden changes in the kinetics of fluids with the problems associated electrical balances and facilitates, for example, adaptive.
Moreover, the grooves can be oriented so that when the gaseous releases occur in the electrolysis bath (after a some wear or consumption of the anode block), these are directed towards the points of alumina loading to facilitate agitation and dissolution of alumina, more particularly towards a central corridor in the cell electrolysis.
The invention extends to the anodes having at least one anode block as described this-top and a fixation rod.
The invention also extends to an aluminum production cell for igneous electrolysis comprising at least one anode as described above, so than a process for the manufacture of aluminum comprising the steps consists in :
8 - fournir au moins une anode telle que définit ci-dessus ;
- installer l'anode dans une e&ve cellule d'électrolyse d'aluminium ;
- faire passer du courant dans la ewve cellule d'électrolyse à travers l'anode ;
- récupérer l'aluminium obtenu par électrolyse dans le fond de la cuve de la cellule d'électrolyse.
L'invention est décrite plus en détail ci-après à l'aide des figures annexées.
Brève description des figures La figure 1 illustre, vue en section transversale, une cellule d'électrolyse typique destinée à la production d'aluminium.
Les figures 2 à 9 représentent en vue de côté différents modes de réalisation d'un bloc anodique d'anode selon l'invention.
La figure 10 représente de façon schématique le fond d'une rainure courbé vers le haut au niveau d'une extrémité débouchante.
La figure 11 montre selon une autre vue de côté le bloc anodique de la figure 2.
Description détaillée de l'invention Les usines d'électrolyse destinées à la production d'aluminium comprennent une zone de production d'aluminium liquide qui comprend une ou plusieurs salles d'électrolyse comportant des cellules d'électrolyse. Les cellules d'électrolyse sont normalement disposées en rangées ou files, chaque rangée ou file comportant typiquement plus d'une centaine de cellules, et raccordées électriquement en série à
l'aide de conducteurs de liaison.
Tel qu'illustré à la figure 1, une cellule d'électrolyse 1 comprend une cuve 2, une = structure de support 3, appelée "superstructure", portant une pluralité
d'anodes 4, des 8 provide at least one anode as defined above;
- install the anode in an e cellule ve aluminum electrolysis cell;
- pass current in the ewve electrolysis cell through the anode ;
- recover the aluminum obtained by electrolysis in the bottom of the tank of the electrolysis cell.
The invention is described in more detail below with the aid of the appended figures.
Brief description of the figures FIG. 1 illustrates, in cross-sectional view, an electrolysis cell typical intended for the production of aluminum.
Figures 2 to 9 show in side view different embodiments a anode block anode according to the invention.
Figure 10 schematically shows the bottom of a curved groove towards the high at an open end.
FIG. 11 shows according to another side view the anodic block of FIG.
2.
Detailed description of the invention Electrolysis plants for aluminum production include a liquid aluminum production area that includes one or more rooms electrolysis unit comprising electrolysis cells. Cells electrolysis are normally arranged in rows or rows, each row or file comprising typically more than a hundred cells, and electrically connected to series to using connecting conductors.
As illustrated in FIG. 1, an electrolysis cell 1 comprises a tank 2, a = support structure 3, called "superstructure", carrying a plurality anodes 4,
9 moyens 5 pour alimenter la cuve en alumine et/ou en A1F3 et des moyens 12 pour récupérer les effluents émis par la cuve en fonctionnement.
La cuve 2 comprend typiquement un caisson métallique 6 garni intérieurement de matériaux réfractaires 7, 8, un ensemble cathodique qui comprend des blocs en matériau carboné 9, appelés "blocs cathodiques", et des barres de raccordement métalliques 10 auxquelles sont fixés des conducteurs électriques 11 servant à
l'acheminement du courant d'électrolyse. Les anodes 4 comportent chacune au moins un bloc anodique 13 en matériau carboné précuit et une tige métallique 14. Les blocs anodiques 13 ont typiquement une forme sensiblement parallélépipédique. Les tiges 14 sont typiquement fixées aux blocs anodiques 13 par l'intermédiaire d'éléments de fixation 15, généralement appelés "multipodes", comportant des goujons qui sont ancrés dans les blocs anodiques 13 généralement par l'intermédiaire d'évidements et de fonte. Les anodes 4 sont fixées de manière amovible à un cadre métallique mobile 16, appelé "cadre anodique", par des moyens de fixation mécaniques, qui incluent typiquement des connecteurs amovibles et des supports fixés au cadre anodique.
Le cadre anodique 16 est porté par la superstructure 3 et fixé à des conducteurs électriques (non illustrés) servant à l'acheminement du courant d'électrolyse.
Les matériaux réfractaires 7, 8 et les blocs cathodiques 9 forment, à
l'intérieur de la cuve 2, un creuset apte à contenir un bain d'électrolyte 17 et une nappe de métal liquide 18 lorsque la cellule 1 est en fonctionnement. La cuve 2 possède un fond, qui est typiquement sensiblement plat et sur lequel se forme la nappe de métal liquide 18.
En général, une couverture 19 d'alumine et de bain solidifié recouvre le bain d'électrolyte 17 et tout ou partie des blocs anodiques 13.
Les moyens 5 pour alimenter la cuve en alumine et/ou en AlF3 sont typiquement choisis parmi. les trémies, les doseurs, les goulottes et les piqueurs. Les trémies servent à contenir une réserve d'alumine et/ou d'A1F3 sous forme pulvérulente.
Les doseurs servent à founir des quantités contrôlées d'alumine et/ou d'A1F3 sous forme pulvérulente. Les goulottes servent à guider l'écoulement d'alumine et/ou d'Al.F3 en direction du bain d'électrolyte 17. Les piqueurs comportent généralement une pointerolle et un actionneur (tel qu'un vérin) pour déplacer la pointerolle de manière à former une ouverture dans la couverture 19 et permettre l'introduction d'alumine et/ou d'AIF3 dans le bain d'électrolyte 17.
5 Les moyens 12 pour récupérer les effluents émis par la cuve en fonctionnement incluent généralement un capotage muni de capots amovibles et des conduits d'aspiration à une extrémité de la cellule.
Les anodes 4, et plus précisément les blocs anodiques 13, sont partiellement 9 means 5 for feeding the alumina and / or A1F3 tank and means 12 for recover the effluents emitted by the tank in operation.
The tank 2 typically comprises a metal box 6 lined internally with refractory materials 7, 8, a cathode assembly which comprises carbon material 9, called "cathode blocks", and connecting bars 10 to which electrical conductors 11 for the routing of the electrolysis current. The anodes 4 each comprise at less an anode block 13 made of precured carbon material and a metal rod 14. The blocks Anodes 13 typically have a substantially parallelepiped shape. The rods 14 are typically attached to the anode blocks 13 via of elements of fixing 15, generally called "multipodes", having studs which are anchored in the anode blocks 13 usually via of recesses and of cast iron. The anodes 4 are removably attached to a metal frame mobile 16, called "anodic frame", by mechanical fixing means, which include typically removable connectors and supports attached to the anode frame.
The anode frame 16 is carried by the superstructure 3 and attached to drivers electric (not shown) for the delivery of the electrolysis current.
The refractory materials 7, 8 and the cathode blocks 9 form, at inside the tank 2, a crucible capable of containing an electrolyte bath 17 and a layer of metal liquid 18 when the cell 1 is in operation. The tank 2 has a background, which is typically substantially flat and on which the sheet of metal is formed liquid 18.
In general, a blanket 19 of alumina and solidified bath covers the bath electrolyte 17 and all or part of the anode blocks 13.
The means 5 for feeding the alumina and / or AlF3 tank are typically chosen among. hoppers, feeders, chutes and breakers. The hoppers serve to contain a reserve of alumina and / or A1F3 in pulverulent form.
The dosers are used to supply controlled quantities of alumina and / or A1F3 form powder. The chutes serve to guide the flow of alumina and / or Al.F3 direction of the electrolyte bath.
pointerolle and an actuator (such as a jack) to move the chisel way to form an opening in the cover 19 and allow the introduction alumina and / or AIF3 in the electrolyte bath 17.
The means 12 for recovering the effluents emitted by the tank operation generally include a hood with removable covers and ducts suction at one end of the cell.
The anodes 4, and more precisely the anode blocks 13, are partially
10 immergées dans le bain d'électrolyte 17, qui contient de l'alumine dissoute. Les blocs anodiques 13 ont initialement chacun une face inférieure typiquement essentiellement plane et parallèle à la surface supérieure des blocs cathodiques 9, qui est généralement horizontale. La distance entre la face inférieure des blocs anodiques 13 et la surface supérieure des blocs cathodiques 9, dite "distance interpolaire", est un paramètre important dans la régulation des cellules d'électrolyse 1. La distance interpolaire est généralement contrôlée avec une grande précision.
Les blocs carbonés anodiques sont progressivement consommés en utilisation.
Afin de compenser cette usure, il est de pratique courante d'abaisser progressivement les anodes en déplaçant régulièrement le cadre anodique vers le bas. En outre, comme illustré à la figure 1, les blocs anodiques sont généralement à des degrés d'usure différents, avantageusement pour éviter d'avoir à changer toutes les anodes en même temps.
Les figures 2 à 9 présentent différents mode de réalisation de blocs anodiques 13a-13h rainurés d'anodes selon l'invention. Les blocs anodiques 13a-13h sont vus de côté, typiquement du côté long, et comportent respectivement des rainures 20a à 20h dont les fonds, disposés au coeur des blocs anodiques, sont représentés par des traits en pointillés, la portion en dessous de ces traits en pointillés étant évidée sur une largeur pouvant varier de 2 à 35 mm, et préférablement de 5 à 25 mm. Les blocs anodiques 13a-13h sont typiquement des parallélépipèdes rectangles de longueur. L
entre deux côtés 21 et 22 typiquement verticaux et de hauteur H entre une face Immersed in the electrolyte bath 17, which contains alumina dissolved. Blocks anodes 13 initially initially each have a lower face typically essentially flat and parallel to the upper surface of the blocks cathodic 9, which is usually horizontal. The distance between the underside of the blocks anodic 13 and the upper surface of the cathode blocks 9, called "distance interpolar ", is an important parameter in the regulation of electrolysis cells 1. The distance interpolar is usually controlled with great precision.
The anodic carbonaceous blocks are gradually consumed in use.
To to compensate for this wear, it is common practice to lower gradually anodes by regularly moving the anode frame down. In addition, as illustrated in Figure 1, the anode blocks are generally at degrees wear different, advantageously to avoid having to change all the anodes into even time.
FIGS. 2 to 9 show different embodiments of anode blocks 13a-13h grooved anodes according to the invention. Anode blocks 13a-13h are seen of side, typically the long side, and respectively comprise grooves 20a At 20 o 'clock whose bottoms, arranged in the heart of the anodic blocks, are represented by features dotted, the portion below these dashed lines being hollowed out on a width ranging from 2 to 35 mm, and preferably from 5 to 25 mm. Blocks anodes 13a-13h are typically rectangular parallelepipeds of length. The between two sides 21 and 22 typically vertical and H height between a face
11 inférieure 23 et une face supérieure 24 typiquement horizontales. Selon d'autres modes de réalisation des blocs anodiques, les arêtes supérieures peuvent être rognées pour limiter les pertes de carbone. Les blocs anodiques sont destinés à être consommés jusqu'à une hauteur maximale d'usure indiquée par les flèches 25.
Les rainures 20a à 20h s'étendent selon une direction x, typiquement parallèle à la longueur L de l'anode, et ont une profondeur p(x) qui varie le long de cette direction x, à la manière d'une fonction mathématique comme illustré sur la figure 2. Il est à
noter que l'on entend par longueur Lr d'une rainure dans le présent document de brevet, la longueur selon la direction x.
La rainure 20a de la figure 2 s'étend sur toute la longueur L du bloc anodique et a par conséquent une longueur Lr égale à la longueur L. Elle comporte une portion centrale 30 avec un fond plat horizontal et deux portions d'extrémités 31, 32 avec un fond fortement incliné (d'un angle +a ou -a) par rapport à l'horizontale en s'éloignant de la face inférieure 23 à mesure qu'il se rapproche des côtés 21, 22 et débouchant respectivement sur les côtés 21, 22 du bloc anodique 13a. Dans l'exemple de la figure 2, la portion centrale 30 s'étend sur 70% de la longueur Lr de la rainure 20a tandis que les portions d'extrémités s'étendent chacune sur 15%
de la longueur Lr de la rainure 20a et le fond de la rainure 20a est incliné de 45 par rapport à l'horizontale sur ces portions d'extrémités 31, 32.
Avec un bloc anodique de hauteur H égale à 600 mm, de hauteur maximale d'usure égale à 400 mm, de longueur L égale à 1500 mm et une rainure profonde de 200 mm au niveau de la partie centrale 30, le fond de la rainure débouche sur les côtés du bloc anodique 25 mm au dessus de la hauteur d'usure maximale 25 de sorte qu'une portion de rainure sera présente dans la surface inférieure 23 pendant tout la durée de vie de l'anode.
En comparaison d'un bloc anodique avec une rainure à fond plat de 200 mm de profondeur effective sur seulement la moitié de la durée de vie de l'anode, la rainure 20a sera présente dans la surface inférieure 23 sur 30% de la longueur Lr à mi-usure 11 lower 23 and an upper face 24 typically horizontal. according to more embodiments of the anodic blocks, the upper edges can be cropped to limit carbon losses. Anodic blocks are meant to be consumed to a maximum wear height indicated by arrows 25.
The grooves 20a to 20h extend in a direction x, typically parallel to the length L of the anode, and have a depth p (x) which varies along this direction x, in the manner of a mathematical function as illustrated in FIG.
is at note that the term length Lr of a groove in this document of patent, the length in the direction x.
The groove 20a of FIG. 2 extends over the entire length L of the anode block and by therefore a length Lr equal to the length L. It comprises a portion central 30 with a horizontal flat bottom and two end portions 31, 32 with a strongly inclined bottom (of an angle + a or -a) with respect to the horizontal in moving away from the underside 23 as it approaches the sides 21, 22 and opening respectively on the sides 21, 22 of the anode block 13a. In the example of FIG. 2, the central portion 30 extends over 70% of the length Lr of the groove 20a while the end portions each extend 15%
of the length Lr of the groove 20a and the bottom of the groove 20a is inclined 45 by horizontal ratio on these end portions 31, 32.
With anodic block of height H equal to 600 mm, maximum wear height equal to 400 mm, length L equal to 1500 mm and a deep groove of 200 mm at the central portion 30, the bottom of the groove opens on the sides of the block anodic 25 mm above the maximum wear height 25 so that a portion of the groove will be present in the lower surface 23 throughout duration life of the anode.
In comparison with an anodic block with a 200 mm flat bottom groove effective depth over only half the life of the anode, the groove 20a will be present in the lower surface 23 over 30% of the length Lr at mid wear
12 de l'anode, sur 22% de la longueur Lr à 65% de l'usure de l'anode, sur 14% de la longueur Lr à 80% de l'usure de l'anode et sur plus de 3% de la longueur Lr à
la fin de la durée de vie de l'anode. Cette longueur de rainure restante contribue à
réduire le libre parcours moyen des bulles de gaz pour s'échapper de sous la surface inférieure. Aussi, le dégagement gazeux se produit plus longtemps au dessus du bain d'électrolyse ou plus haut dans le bain d'électrolyse sur le côtés 21, 22 de l'anode, ce qui améliore la stabilité des flux dans le bain d'électrolyse et plus particulièrement dans la région entre les électrodes.
Comme les rainures s'enfoncent profondément dans le bloc anodique uniquement au niveau des portions d'extrémités, le coeur du bloc anodique n'est pas touché
et la résistance mécanique globale du bloc anodique. est peu affectée.
Le mode de réalisation de la figure 2 avec des portions d'extrémités fortement inclinées présente en outre l'avantage de faciliter et d'accélérer l'évacuation des gaz par effet gravitationnel et de limiter la formation de bulles de gaz de taille importante qui entraînent avec elles du métal et provoquent sa ré-oxydation et donc des pertes de rendement faraday.
Le mode de réalisation illustré sur la figure 2 peut se décliner selon différentes gammes de valeur pour différents paramètres, l'angle d'inclinaison a, pouvant varier de 20 à 80 et préférablement de 30 à 70 et encore plus préférablement de 35 à
55 , et la partie centrale peut s'étendre sur 60 à 95% de la longueur Lr et préférablement sur 70 à 90% de la longueur Lr et plus préférablement de 70 à
80%
de la longueur Lr. Les relations entre la longueur de la partie centrale et l'angle d'inclinaison a des portions d'extrémités sont interdépendantes de sorte à ne pas affaiblir le bloc anodique et à obtenir une efficacité prolongée des rainures.
D'une manière générale, il est préférable de conserver une profondeur de rainure peu importante sur au moins 60% de la longueur Lr de la rainure et plus préférablement encore sur plus 70% de la longueur Lr de la rainure pour garantir une résistance élevée du bloc anodique. Un écart d'une valeur de plus de 10% de la hauteur H
du 12 of the anode, on 22% of the length Lr at 65% of the wear of the anode, on 14% of the length Lr at 80% of the wear of the anode and over 3% of the length Lr at the end the life of the anode. This remaining groove length contributes to reduce the average free path of gas bubbles to escape from beneath the surface lower. Also, the gas release occurs longer over the bath electrolysis or higher in the electrolysis bath on the sides 21, 22 of the anode, this which improves the flow stability in the electrolysis bath and more particularly in the region between the electrodes.
As the grooves sink deep into the anode block only at level of the end portions, the core of the anode block is not affected and the overall mechanical strength of the anode block. is little affected.
The embodiment of FIG. 2 with portions of ends strongly inclined also has the advantage of facilitating and accelerating evacuation of gases by gravitational effect and limit the formation of gas-sized bubbles important which carry with them metal and cause its re-oxidation and therefore losses of Faraday yield.
The embodiment illustrated in FIG. 2 can be broken down according to different ranges of values for different parameters, the angle of inclination a, which can vary from 20 to 80 and preferably from 30 to 70 and even more preferably from 35 to 55, and the central portion can extend over 60 to 95% of the length Lr and preferably 70 to 90% of the length Lr and more preferably 70 to 80%
the length Lr. The relationships between the length of the central part and angle inclination has end portions are interdependent so as not to not to weaken the anode block and to obtain a prolonged efficiency of the grooves.
In general, it is best to keep a depth of groove significant on at least 60% of the length Lr of the groove and more preferably over more than 70% of the length Lr of the groove to guarantee a resistance elevated anodic block. A deviation of more than 10% from the height H
of
13 bloc anodique, et plus préférablement un écart d'une valeur de plus de 15% de la hauteur H du bloc anodique, entre cette profondeur de rainure peu importante et la profondeur de portions de la rainure surélevées qui s'étendent sur au moins 3 %, et de préférence sur 5 à 20 %, de la longueur Lr de la rainure permet d'obtenir des rainures ayant une efficacité significative pendant une durée de vie prolongée, et plus particulièrement de faciliter l'évacuation des gaz lorsque l'usure du bloc anodique dépasse cette profondeur de rainure peu importante.
On a représenté sur la figure 11 en vue de côté, selon le côté court 21, le bloc anodique 13a. Le bloc anodique 13a comporte plus particulièrement deux rainures 20a disposées typiquement chacune au quart de la largeur du bloc anodique l3a par rapport aux côtés longs de manière à obtenir un libre parcours moyen des bulles de gaz sous le bloc anodique minimum. Les rainures ont une largeur Wr pouvant varier typiquement de 2 à 35 mm, et préférablement de 5 à 25 mm, les proportions n'étant pas respectées sur la figure pour des raisons de clarté. On observe ainsi en pointillés le changement d'inclinaison entre la portion centrale 30 et la portion d'extrémité 31.
Dans l'exemple de la figure 11, les arêtes supérieures 50 du bloc anodique sont rognées. On observe également en pointillés sur la figure 11 des évidements 51 formant des emplacements à l'intérieur desquels peuvent venir se fixer des goujons des multipodes . Dans cet exemple, le bloc anodique 13a présente plus particulièrement six évidements disposés sur deux rangées. Ces évidements sont en outre très peu profonds et ont par conséquent peu d'impact sur l'intégrité de la structure du bloc anodique.
En outre, l'invention ne se limite pas à un bloc anodique avec une rainure de configuration symétrique par rapport à un plan comme visible sur la figure 2 où les portions d'extrémités 31, 32 ont une inclinaison identique et une même longueur et où la partie centrale 30 est horizontale mais peut s'étendre également à. un bloc anodique avec une rainure où les deux portions d'extrémités peuvent avoir des inclinaisons et/ou des longueurs différentes et où la portion centrale peut être inclinée par rapport à l'horizontale d'un angle inférieur à 10 . 13 anode block, and more preferably a difference of more than 15% of the height H of the anode block, between this low groove depth and the depth of raised groove portions that extend over at least 3 %, and preferably 5 to 20%, the length Lr of the groove makes it possible to obtain of the grooves with significant efficiency over a lifetime extended, and more particularly to facilitate the evacuation of gases when the wear of the block anodic exceeds this small groove depth.
FIG. 11 shows in side view, along the short side 21, the block anodic 13a. The anode block 13a more particularly comprises two grooves 20a typically disposed at a quarter of the width of the anode block 13a by long sides so as to obtain an average free path of the bubbles of gas under the minimum anode block. The grooves have a width Wr which can vary typically from 2 to 35 mm, and preferably from 5 to 25 mm, the proportions is not not respected in the figure for the sake of clarity. We thus observe dashed the change of inclination between the central portion 30 and the portion end 31.
In the example of FIG. 11, the upper edges 50 of the anodic block are trimmed. Dotted lines in FIG.
forming places within which studs multipodes. In this example, the anode block 13a presents more particularly six recesses arranged in two rows. These recesses are in additionally very shallow and therefore have little impact on the integrity of the structure of the anode block.
In addition, the invention is not limited to an anode block with a groove of symmetrical configuration with respect to a plane as visible in FIG. 2 where the portions of ends 31, 32 have an identical inclination and the same length and where the central portion 30 is horizontal but may also extend to. a block anodic with a groove where the two end portions can have inclinations and / or different lengths and where the central portion may to be inclined relative to the horizontal of an angle less than 10.
14 Un tel exemple est illustré sur la figure 3 montrant le bloc anodique 13b avec une rainure 20b comportant une portion centrale 30' légèrement inclinée et des portions d'extrémités 31', 32' de longueurs différentes et d'inclinaisons différentes.
Selon un autre mode de réalisation de l'invention illustré sur la figure 4, le bloc anodique 13c comporte une rainure 20c s'étendant sur toute la longueur L du bloc anodique, par conséquent de longueur Lr égale à L, et dont la profondeur varie par paliers. La rainure 20c comporte une portion centrale 33 avec un fond plat horizontal et deux portions d'extrémités 34, 35 avec un fond plat horizontal, la rainure 20c étant plus profonde sur les portions d'extrémités 34, 35 que sur la portion centrale 33.
Selon le mode de réalisation particulier présenté sur la figure 4, les portions d'extrémités 34, 35 ont des extrémités débouchantes débouchant sur les côtés 21 et 22 typiquement approximativement au niveau de la hauteur d'usure maximale 25 de l'anode et la portion centrale s'étend sur 70% de la longueur Lr de la rainure à mi-profondeur entre la hauteur d'usure maximale 25 et la surface inférieure 23 du bloc anodique. Les portions d'extrémités débouchent avantageusement approximativement au niveau de la hauteur d'usure maximale de manière à
conserver une rainure jusqu'au changement d'anode sans fragiliser de manière inutile le bloc anodique. Par approximativement, on entend à plus ou moins 10 centimètres près, et de préférence à plus ou moins 5 centimètres près, la hauteur d'usure maximale n'étant elle-même pas une valeur fixe stricte pour tous les blocs anodiques mais correspondant à une valeur moyenne.
Selon l'invention, la portion centrale 33 s'étend sur au moins 60% de la longueur Lr, et de préférence sur plus de 70%, et les portions d'extrémités 34, 35 sont plus profondes que la portion centrale 33 d'au moins 10% de la hauteur H du bloc anodique, et de préférence d'au moins 15% de la hauteur H du bloc anodique.
Avec une telle configuration, lorsque le bloc anodique est consommé jusqu'à
hauteur du fond de la portion centrale 33, la rainure 20c est présente sur les portions d'extrémités 34, 35 pendant un laps de temps supplémentaire. Les portions d'extrémités, plus profondes, étant latérales et de longueurs réduites, la structure du bloc anodique n'est pas affaiblie par une telle rainure.
Les portions centrale et/ou d'extrémités peuvent avoir un fond légèrement incliné par 5 rapport à l'horizontal d'un angle inférieur à 10 et les portions d'extrémités peuvent avoir des longueurs ou des profondeurs différentes. Aussi, la rainure peut présenter un nombre de paliers plus important.
Comme visible sur la figure 5, selon l'invention, le bloc anodique 13d comporte une 10 rainure 20d s'étendant sur toute la longueur du bloc anodique et comportant une première portion 36 légèrement inclinée par rapport à l'horizontale, d'un angle al généralement inférieur à 10 et une seconde portion 37 plus = fortement inclinée par rapport à l'horizontale, de préférence d'un angle a2 supérieur à 20 .
L'inclinaison de la seconde portion 37 est suffisante pour que la rainure 20d perdure en partie pendant 14 Such an example is illustrated in FIG. 3 showing the anode block 13b with a groove 20b having a central portion 30 'slightly inclined and portions ends 31 ', 32' of different lengths and different inclinations.
According to another embodiment of the invention illustrated in FIG.
block anode 13c has a groove 20c extending over the entire length L of block anodic, therefore of length Lr equal to L, and whose depth varies by bearings. The groove 20c has a central portion 33 with a flat bottom horizontal and two end portions 34, 35 with a horizontal flat bottom, the groove 20c being deeper on the end portions 34, 35 than on the central portion 33.
According to the particular embodiment shown in FIG.
portions ends 34, 35 have open ends opening on the sides 21 and 22 typically approximately at the level of the maximum wear height 25 of the anode and the central portion extends over 70% of the length Lr of the groove halfway depth between the maximum wear height 25 and the lower surface 23 of the block anodic. The end portions advantageously open out approximately at the level of the maximum wear height so as to keep a groove until the anode change without unnecessarily weakening the block anodic. By approximately, one hears to more or less 10 centimeters close, and preferably within plus or minus 5 centimeters, the maximum wear height not itself a strict fixed value for all anode blocks But corresponding to an average value.
According to the invention, the central portion 33 extends over at least 60% of the length Lr, and preferably over 70%, and the end portions 34, 35 are more deep than the central portion 33 of at least 10% of the height H of the block anodic, and preferably at least 15% of the height H of the anode block.
With such a configuration, when the anode block is consumed up to height of the bottom of the central portion 33, the groove 20c is present on the portions ends 34, 35 for an additional period of time. Portions deeper ends, being lateral and of reduced lengths, the structure of Anode block is not weakened by such a groove.
The central and / or end portions may have a slightly inclined by 5 ratio to the horizontal of an angle less than 10 and the portions extremities can have different lengths or depths. Also, the groove can present a greater number of steps.
As can be seen in FIG. 5, according to the invention, the anode block 13d has a Groove 20d extending over the entire length of the anode block and comprising a first portion 36 slightly inclined relative to the horizontal, a angle generally less than 10 and a second portion 37 plus = strongly inclined by horizontal ratio, preferably an angle a2 greater than 20.
The slope of the second portion 37 is sufficient for the groove 20d to persist in part while
15 une durée importante après que la rainure ait été entièrement consommée sur la première portion 36.
Comme visible sur la figure 6, selon l'invention, le bloc anodique 13e comporte une rainure 20e débouchant sur un unique côté 22 du bloc anodique 13e. La longueur Lr de la rainure 20e est inférieure à la longueur L du bloc anodique. La rainure 20e comporte plus particulièrement une première portion 38 de faible profondeur et une seconde portion 39 de forte profondeur. Comme visible sur la figure 6, le fond des rainures peut décrire une trajectoire curviligne.
Le côté sur lequel débouche la rainure 20e ou encore l'inclinaison du fond de la rainure 20d est avantageusement configuré de manière à diriger et contrôler les flux gazeux. Aussi, l'orientation des rainures, de préférence longitudinalement dans le bloc anodique, mais aussi parfois transversalement ou en diagonal influe sur la cinétique globale des fluides de la cuve. De préférence, les rainures sont orientées et inclinées de manière à diriger les dégagements gazeux vers un couloir dans lequel est chargée l'alumine. Un tel couloir est typiquement disposé entre deux rangées d'anodes comme visible sur la figure 1 entre les deux blocs anodiques 13 mais peut 15 a significant time after the groove has been fully consumed on the first portion 36.
As can be seen in FIG. 6, according to the invention, the anode block 13e has a groove 20e opening on a single side 22 of the 13th anode block. The length lr groove 20e is less than the length L of the anode block. The groove 20th more particularly comprises a first portion 38 of shallow depth and a second portion 39 of deep. As shown in Figure 6, the bottom of the grooves can describe a curvilinear trajectory.
The side on which opens the groove 20e or the inclination of the bottom of the groove 20d is advantageously configured to direct and control flows gaseous. Also, the orientation of the grooves, preferably longitudinally in the anodic block but also sometimes transversely or diagonally influences the overall kinetics of the fluids of the tank. Preferably, the grooves are oriented and tilted so as to direct the gaseous releases to a corridor in Which one is loaded alumina. Such a corridor is typically arranged between two rows of anodes as visible in Figure 1 between the two anode blocks 13 but can
16 également être disposé entre un bord de la cuve et une rangée d'anodes.
L'agitation provoquée par les flux gazeux peut en outre améliorer la dissolution et la distribution de l'alumine dans le bain d'électrolyse, ainsi que l'équilibre thermique et chimique du bain.
Selon un autre mode de réalisation de l'invention illustré figure 7, le bloc anodique 13f comporte une rainure 20f sensiblement similaire à la rainure 20a mais comportant une partie centrale 30 non linéaire en forme de V, les deux branches 40, 41 du V étant inclinées par rapport à l'horizontale d'un angle 3 compris entre +10 et -10 .
Selon encore un autre mode de réalisation de l'invention illustré sur la figure 8, le bloc anodique 13g comporte sur sa longueur L deux rainures 20g' et 20g" de longueur Lr', Lr", chacune débouchant sur un côté opposé 21, 22 du bloc anodique.
Chacune des rainures 20g' et 20g" est constituée par paliers et comporte une première portion 42', 42" de faible profondeur et une seconde portion 43', 43"
de forte profondeur du côté débouchant. Entre les deux rainures 20g' et 20g", la surface inférieure 23 du bloc anodique n'est pas creusée de sorte qu'un tel bloc anodique a une résistance particulièrement importante. Selon l'invention, les premières portions 42', 42" s'étendent sur au moins 60% de la longueur Lr', Lr" de la rainure, et de préférence sur plus de 70%, et les secondes portions 43',43" sont respectivement plus profondes que les premières portions 42',42" d'au moins 10% de la hauteur H
du bloc anodique, et de préférence d'au moins 15% de la hauteur H du bloc anodique.
Selon encore un autre mode de réalisation de l'invention illustré sur la figure 9, le bloc anodique 13h comporte une rainure 20h de longueur Lr ne débouchant pas sur les côtés 21, 22 du bloc anodique 13h. La rainure 20h est en forme de hotte avec deux portions de cotés 44, 45 sensiblement horizontales prolongées au centre par un conduit 46 montant en se rétrécissant. Le conduit 46 débouche sur la face supérieure 24 du bloc anodique où sont évacués les gaz. Le conduit 46 se rétrécit progressivement de sorte qu'il joue le rôle de rainure pendant une durée prolongée. 16 also be disposed between an edge of the tank and a row of anodes.
agitation caused by the gaseous flows can further improve the dissolution and the distribution alumina in the electrolysis bath, as well as thermal equilibrium and chemical bath.
According to another embodiment of the invention illustrated in FIG.
anodic 13f has a groove 20f substantially similar to the groove 20a but having a non-linear V-shaped central portion 30, both branches 40, 41 of the V being inclined relative to the horizontal of an angle 3 between +10 and -10.
According to yet another embodiment of the invention illustrated on the figure 8, the anode block 13g has along its length L two grooves 20g 'and 20g "of length Lr ', Lr ", each opening on an opposite side 21, 22 of the block anodic.
Each of the grooves 20g 'and 20g "is constituted in stages and comprises a first portion 42 ', 42 "of shallow depth and a second portion 43', 43"
of strong depth of the opening side. Between the two grooves 20g 'and 20g', the area lower 23 of the anode block is not dug so that such a block anodic a particularly important resistance. According to the invention, the first portions 42 ', 42 "extend over at least 60% of the length Lr', Lr" of the groove, and of preferably over 70%, and the second portions 43 ', 43 "are respectively deeper than the first portions 42 ', 42 "of at least 10% of the height H
of the anode block, and preferably at least 15% of the height H of the block anodic.
According to yet another embodiment of the invention illustrated on the Figure 9, the 13h anodic block has a groove 20h Lr length does not open sure the sides 21, 22 of the anode block 13h. The 20h groove is shaped like a hood with two portions of sides 44, 45 substantially horizontal extended in the center by a leads 46 amount in narrowing. The conduit 46 opens on the face higher 24 of the anodic block where the gases are evacuated. The duct 46 narrows gradually so that it plays the role of groove for a period extended.
17 Par ailleurs, la position centrale du conduit contribue à diminuer le libre parcours moyen des bulles de gaz. La résistance physique d'un tel bloc anodique provient du fait que les côtés 21, 22 du bloc anodique 13h ne sont pas entaillés. Aussi, l'évacuation des gaz par la surface supérieure du bloc anodique améliore la stabilité
globale du bain d'électrolyse.
Mis à part le mode de réalisation de la figure 9, le fond de chaque rainure possède une profondeur maximale au niveau des extrémités débouchant sur les côtés afin de permettre l'évacuation des gaz par effet gravitationnel. Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, le fond des rainures peut présenter une trajectoire arrondie vers le haut au niveau des extrémités débouchantes comme cela est illustré sur la figure 10 de manière à faciliter l'évacuation en continue des gaz.
Selon l'invention, les rainures ont une profondeur qui varie de façon non-linéaire selon la direction x, c'est-à-dire que la profondeur de la rainure ne varie pas de façon constante d'un bout à l'autre de la rainure. Le fond des rainures présente par exemple une variation d'inclinaison ou un décrochement.
D'une manière générale, selon l'invention, les rainures peuvent être divisées en au moins deux parties, une première partie comptant pour au moins 60% et de préférence 70% de la longueur Lr de la rainure ayant une profondeur inférieure à un seuil Z1, et une seconde partie comptant pour au moins 3%, de préférence pour plus de 5%, et encore de préférence pour plus de 10%, de la longueur Lr de la rainure, cette seconde partie ayant une profondeur supérieure à un seuil Z2 équivalent à Z1 +
10% de la hauteur H et de préférence équivalent à Z1 + 15% de la hauteur H. La première partie, peu profonde, sert de structure compacte au bloc anodique afin de lui conférer une résistance importante. La seconde partie est décalée verticalement par rapport à la première partie de manière à ce que lorsque le bloc anodique est consommé jusqu'au seuil Z1, une portion de rainure, au moins longue comme la seconde partie, subsiste et facilite l'évacuation des gaz. Cette seconde partie à une longueur restreinte de manière à ne pas affaiblir la structure du bloc anodique. 17 In addition, the central position of the duct contributes to reducing the free course average gas bubbles. The physical resistance of such anodic block comes from that the sides 21, 22 of the anode block 13h are not notched. As well, evacuation of gases through the upper surface of the anode block improves the stability overall electrolysis bath.
Apart from the embodiment of FIG. 9, the bottom of each groove possesses a maximum depth at the ends opening on the sides so of allow the evacuation of gases by gravitational effect. According to a mode of production advantageous of the invention, the bottom of the grooves may have a trajectory rounded upward at the open ends as shown on the Figure 10 to facilitate the continuous evacuation of gases.
According to the invention, the grooves have a depth that varies non-uniformly.
linear in the direction x, that is to say that the depth of the groove does not vary no way constant from one end to the other of the groove. The bottom of the grooves present by example a variation of inclination or a recess.
In a general manner, according to the invention, the grooves can be divided in the two parts, a first part counting for at least 60% and preferably 70% of the length Lr of the groove having a lower depth has a threshold Z1, and a second part accounting for at least 3%, preferably for more by 5%, and more preferably for more than 10%, of the length Lr of the groove, this second part having a depth greater than an equivalent threshold Z2 at Z1 +
10% of the height H and preferably equivalent to Z1 + 15% of the height H.
first part, shallow, serves as a compact structure at the anodic block in order to him confer significant resistance. The second part is shifted vertically by compared to the first part so that when the anode block is consumed up to the threshold Z1, a groove portion, at least as long as the second part, remains and facilitates the evacuation of gases. This second party to a restricted length so as not to weaken the structure of the block anodic.
18 Ces valeurs et pourcentages résultent de compromis permettant dans la pratique d'obtenir une efficacité prolongée de la rainure tout en conservant une résistance physique globale satisfaisante. Avantageusement, on limite les pertes de carbone de l'anode tout en conservant une anode solide et efficace.
Les blocs anodiques carbonés utilisés pour la fabrication d'aluminium comportent typiquement 1 à 4 rainures. Chaque rainure a de préférence une largeur constante Wr mais peut également présenter des variations de largeur le long de la direction x ou encore fonctions de la profondeur. Deux rainures peuvent en outre avoir des largeurs Wr différentes. Le profil en coupe transversale du fond de chaque rainure est de préférence horizontal mais peut également présenter une inclinaison ou courbure particulière.
Les rainures peuvent être réalisées soit lors du moulage des blocs crus, soit par sciage des blocs cuits.
Cette invention est particulièrement avantageuse pour le cas ou les rainures sont obtenues par moulage du fait que de tels blocs anodiques rainurés sont plus sujet à
dégradation pendant le démoulage, le stockage, le transport ou encore la cuisson. Des dépouilles verticales sont introduites dans les moules afin de conformer les rainures.
Les blocs sont démoulés par poussée selon une unique direction de sorte que selon les modes de réalisation de l'invention, il peut être nécessaire de retirer les dépouilles avant démoulage ou de pousser le bloc anodique par la surface inférieure. 18 These values and percentages result from compromises allowing in practice to obtain a prolonged efficiency of the groove while maintaining a resistance overall satisfactory physics. Advantageously, the losses of carbon of the anode while maintaining a strong and efficient anode.
Anodic carbon blocks used for aluminum production behave typically 1 to 4 grooves. Each groove preferably has a width constant Wr but may also have width variations along the direction x or still functions of the depth. Two grooves may furthermore have widths Wr different. The cross-sectional profile of the bottom of each groove is of horizontal preference but may also have an inclination or curvature special.
The grooves can be made either during the molding of the green blocks or by sawing cooked blocks.
This invention is particularly advantageous for the case where the grooves are obtained by molding because such grooved anodic blocks are more subject to degradation during demolding, storage, transport or cooking. of the vertical remains are introduced into the molds in order to conform the grooves.
The blocks are demolded by pushing in a single direction so that according to embodiments of the invention, it may be necessary to remove the remains before demolding or pushing the anode block by the bottom surface.
Claims (14)
Z1 +
15% de la hauteur H sur 3 à 30% de la longueur Lr de la rainure. Anode block according to claim 1, wherein said depth p (x) is less than said first value Z1 over at least 70% of the length Lr of said groove and is greater than said second value Z2 at least equal to Z1 +
15% of the height H over 3 to 30% of the length Lr of the groove.
(21, 22) dudit bloc anodique et dans lequel la profondeur de la rainure est supérieure à ladite deuxième valeur Z2 au niveau de ladite extrémité
débouchante. Anode block according to any one of the preceding claims, in which wherein said groove comprises at least one end opening on one side (21, 22) of said anode block and wherein the depth of the groove is greater than said second value Z2 at said end emergent.
dudit bloc anodique et dans lequel la profondeur de la rainure est supérieure à
ladite seconde valeur Z2 au niveau de chacune des extrémités débouchantes. Anode block according to any one of the preceding claims, in which wherein said groove comprises two ends each opening on one side said anode block and wherein the depth of the groove is greater than at said second value Z2 at each of the open ends.
débouchante. Anode block according to any one of claims 3 and 4, wherein the depth of the groove is maximum at at least one end emergent.
d'un angle inférieur à 10°. Anode block according to one of the preceding claims, in which which groove comprises a first portion with a flat or inclined bottom at an angle less than 10 °.
la une hauteur d'usure maximale des blocs anodiques du bloc anodique. Anode block according to one of the preceding claims, in which which the groove has a maximum depth corresponding to ~ 10 cm, to the a maximum wear height of the anode blocks of the anode block.
- fournir au moins une anode selon la revendication 11 ;
- installer l'anode dans une cellule d'électrolyse d'aluminium ;
- faire passer du courant dans la cellule d'électrolyse à travers l'anode ;
- récupérer l'aluminium obtenu par électrolyse dans le fond de la cuve de la cellule d'électrolyse. 14. A process for producing aluminum comprising the steps of at:
- providing at least one anode according to claim 11;
- install the anode in an aluminum electrolysis cell;
- passing current in the electrolysis cell through the anode;
- recover the aluminum obtained by electrolysis in the bottom of the tank of the electrolysis cell.
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| FZDE | Discontinued |
Effective date: 20130910 |