CA2767480C - Anode rainuree de cuve d'electrolyse - Google Patents
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
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Abstract
L'invention a pour objet un bloc anodique (13, 13a-13e) en carbone pour anode précuite (4) pour utilisation dans une cellule d'électrolyse (1) de métal comportant une face supérieure (24), une face inférieure (23) destinée à être disposée en regard d'une face supérieure d'une cathode (9) et quatre faces latérales (21, 22, 34) et comprenant au moins une première rainure (31a-31e) débouchant sur au moins une des faces latérales, dans lequel la première rainure a une longueur maximale Lmax dans un plan parallèle à la face inférieure, et caractérisé en ce que la première rainure ne débouche pas sur lesdites faces inférieure ou supérieure, ou débouche sur lesdites faces inférieure ou supérieure sur une longueur L0 inférieure à la moitié de la longueur maximale Lmax.
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 précuites utilisées dans les usines de production d'aluminium et comportant un bloc anodique en carbone, un procédé de fabrication de tels blocs anodiques et un dispositif destiné à la fabrication de tels blocs anodiques.
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.
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 précuites utilisées dans les usines de production d'aluminium et comportant un bloc anodique en carbone, un procédé de fabrication de tels blocs anodiques et un dispositif destiné à la fabrication de tels blocs anodiques.
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.
2 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.
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.
11 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 CO,, - une consommation accrue de carbone et la formation de gaz nocifs du fait de la transformation du CO2 en CO au contact du carbone.
Il est connu d'utiliser des anodes précuites avec des blocs anodiques carbonés comportant une ou plusieurs rainures dans leur 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 2005 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 cunent 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:
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.
11 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 CO,, - une consommation accrue de carbone et la formation de gaz nocifs du fait de la transformation du CO2 en CO au contact du carbone.
Il est connu d'utiliser des anodes précuites avec des blocs anodiques carbonés comportant une ou plusieurs rainures dans leur 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 2005 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 cunent 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:
3 - 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;
- US 7 179 353 d'utiliser un bloc anodique 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.
Une limite bien connue à l'utilisation de ces rainures résulte du fait que la profondeur des rainures à partir de la surface inférieure des blocs anodiques 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 difficile et onéreux 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. Le sciage des anodes s'avère par ailleurs un exercice onéreux du fait notamment du cout élevé des équipements de
- US 7 179 353 d'utiliser un bloc anodique 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.
Une limite bien connue à l'utilisation de ces rainures résulte du fait que la profondeur des rainures à partir de la surface inférieure des blocs anodiques 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 difficile et onéreux 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. Le sciage des anodes s'avère par ailleurs un exercice onéreux du fait notamment du cout élevé des équipements de
4 sciage, de la forte demande en énergie, et de la collecte et traitement des poudres provoquées par le sciage.
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 premier but de l'invention est de proposer un autre type d'anodes remédiant aux problèmes d'évacuation des gaz s'accumulant sous les anodes sans compromettre l'intégrité des blocs anodiques pendant leur fabrication, leur stockage, leur transport ou leur utilisation.
Un autre 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 anode précuite pour utilisation dans une cellule d'électrolyse de métal comportant une face supérieure, une face inférieure, destinée à être disposée en regard d'une face supérieure d'une cathode, et quatre faces latérales, et comprenant au moins une première rainure débouchant sur au moins une des faces latérales, dans lequel la première rainure a une longueur maximale Lõ,õ, dans un plan parallèle à la face inférieure, et caractérisé en ce que la première rainure ne débouche pas sur les faces inférieure ou supérieure, ou débouche sur lesdites faces inférieure ou supérieure sur une longueur Lo inférieure à la moitié de la longueur maximale Lm.
En d'autres termes, la première rainure selon l'invention forme un évidement dans le coeur du matériau constitutif du bloc anodique qui n'est pas ouvert sur les faces
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 premier but de l'invention est de proposer un autre type d'anodes remédiant aux problèmes d'évacuation des gaz s'accumulant sous les anodes sans compromettre l'intégrité des blocs anodiques pendant leur fabrication, leur stockage, leur transport ou leur utilisation.
Un autre 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 anode précuite pour utilisation dans une cellule d'électrolyse de métal comportant une face supérieure, une face inférieure, destinée à être disposée en regard d'une face supérieure d'une cathode, et quatre faces latérales, et comprenant au moins une première rainure débouchant sur au moins une des faces latérales, dans lequel la première rainure a une longueur maximale Lõ,õ, dans un plan parallèle à la face inférieure, et caractérisé en ce que la première rainure ne débouche pas sur les faces inférieure ou supérieure, ou débouche sur lesdites faces inférieure ou supérieure sur une longueur Lo inférieure à la moitié de la longueur maximale Lm.
En d'autres termes, la première rainure selon l'invention forme un évidement dans le coeur du matériau constitutif du bloc anodique qui n'est pas ouvert sur les faces
5 inférieure ou supérieure sur une partie de la longueur de ladite rainure.
La face supérieure du bloc anodique comporte en outre au moins un évidement de fixation et la face inférieure du bloc anodique est destinée en utilisation à
être immergée dans un bain d'électrolyse. Par rainure, on entend, comme cela est connu de l'art antérieur, un évidement allongé sensiblement vertical de profondeur comprise entre 50 et 500 mm et de largeur comprise entre 5 et 40 mm.
Une telle première rainure 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, lorsqu'elle débouche sur une longueur importante sur la face inférieure, c'est-à-dire après une certaine usure du bloc anodique. 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.
Une telle première rainure préserve l'intégrité structurelle du bloc anodique et donc sa résistance physique du fait que l'essentiel de la première rainure est formée au coeur du matériau. L' enveloppe extérieure, qui a plus de propension à subir des contraintes et à se fendre que le coeur du matériau, est alors affaiblie dans une moindre mesure avec une telle première rainure qui a moins de surface débouchant sur les faces extérieures du bloc anodique par rapport à une rainure connue de l'art antérieure.
La rainure débouche sur un unique côté latérale ou sur deux côtés latéraux opposés du bloc anodique pour faciliter l'évacuation des gaz s'accumulant sous le bloc anodique.
La face supérieure du bloc anodique comporte en outre au moins un évidement de fixation et la face inférieure du bloc anodique est destinée en utilisation à
être immergée dans un bain d'électrolyse. Par rainure, on entend, comme cela est connu de l'art antérieur, un évidement allongé sensiblement vertical de profondeur comprise entre 50 et 500 mm et de largeur comprise entre 5 et 40 mm.
Une telle première rainure 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, lorsqu'elle débouche sur une longueur importante sur la face inférieure, c'est-à-dire après une certaine usure du bloc anodique. 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.
Une telle première rainure préserve l'intégrité structurelle du bloc anodique et donc sa résistance physique du fait que l'essentiel de la première rainure est formée au coeur du matériau. L' enveloppe extérieure, qui a plus de propension à subir des contraintes et à se fendre que le coeur du matériau, est alors affaiblie dans une moindre mesure avec une telle première rainure qui a moins de surface débouchant sur les faces extérieures du bloc anodique par rapport à une rainure connue de l'art antérieure.
La rainure débouche sur un unique côté latérale ou sur deux côtés latéraux opposés du bloc anodique pour faciliter l'évacuation des gaz s'accumulant sous le bloc anodique.
6 Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, la rainure peut comporter un fond légèrement incliné d'un angle inférieur à 100 par rapport à l'horizontale pour améliorer l'évacuation des gaz et orienter cette évacuation vers un endroit prédéterminé de la cuve, par exemple 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.
La forme particulière et innovante de la première rainure selon l'invention lui confère une période de pleine efficacité en décalage avec des rainures de l'art antérieur formées à partir de la face inférieure. Comme la première rainure ne débouche pas sur la face inférieure ou débouche sur la face inférieure sur une longueur réduite, elle est inefficace ou d'efficacité réduite pour l'évacuation des gaz dans les premiers instants de l'immersion du bloc anodique dans la cuve d'électrolyse. La première rainure trouve par contre sa pleine efficacité
après une certaine usure du bloc anodique, lorsque la longueur de rainure débouchant sur la face inférieure augmente.
L'association d'au moins une première rainure avec au moins une seconde rainure de l'art antérieure dans un bloc anodique pour anode est donc particulièrement avantageuse. Par seconde rainure, on entend une rainure de longueur maximale L'ina), dans un plan parallèle à la face inférieure et débouchant sur la face inférieure sur une longueur L'0 égale ou sensiblement égale à L'õ,aõ, par exemple lorsque l'arête inférieure du bloc anodique est chanfreinée.
Ainsi, lorsqu'une nouvelle anode est mise en place dans une cuve d'électrolyse, la seconde rainure permet l'évacuation des gaz s'accumulant sous l'anode et lorsque la seconde rainure disparait sous l'effet de l'usure du bloc anodique, la première rainure prend le relai pour l'évacuation des gaz s'accumulant sous l'anode. Les périodes d'efficacité des première et seconde rainures peuvent se chevaucher, c'est-à-dire qu'il y a coexistence des première et seconde rainures à une même profondeur par rapport à la face inférieure, ou encore être légèrement disjointes.
La forme particulière et innovante de la première rainure selon l'invention lui confère une période de pleine efficacité en décalage avec des rainures de l'art antérieur formées à partir de la face inférieure. Comme la première rainure ne débouche pas sur la face inférieure ou débouche sur la face inférieure sur une longueur réduite, elle est inefficace ou d'efficacité réduite pour l'évacuation des gaz dans les premiers instants de l'immersion du bloc anodique dans la cuve d'électrolyse. La première rainure trouve par contre sa pleine efficacité
après une certaine usure du bloc anodique, lorsque la longueur de rainure débouchant sur la face inférieure augmente.
L'association d'au moins une première rainure avec au moins une seconde rainure de l'art antérieure dans un bloc anodique pour anode est donc particulièrement avantageuse. Par seconde rainure, on entend une rainure de longueur maximale L'ina), dans un plan parallèle à la face inférieure et débouchant sur la face inférieure sur une longueur L'0 égale ou sensiblement égale à L'õ,aõ, par exemple lorsque l'arête inférieure du bloc anodique est chanfreinée.
Ainsi, lorsqu'une nouvelle anode est mise en place dans une cuve d'électrolyse, la seconde rainure permet l'évacuation des gaz s'accumulant sous l'anode et lorsque la seconde rainure disparait sous l'effet de l'usure du bloc anodique, la première rainure prend le relai pour l'évacuation des gaz s'accumulant sous l'anode. Les périodes d'efficacité des première et seconde rainures peuvent se chevaucher, c'est-à-dire qu'il y a coexistence des première et seconde rainures à une même profondeur par rapport à la face inférieure, ou encore être légèrement disjointes.
7 Le bloc anodique peut comprendre une ou plusieurs premières rainures et une ou plusieurs secondes rainures. L'orientation des différentes rainures pouvant varier, des premières rainures pouvant par exemple être orientées perpendiculairement à
des secondes rainures.
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 comportant au moins une première rainure et au moins une seconde rainure, un passage d'une seconde rainure à une première rainure, 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.
Selon un exemple de réalisation particulièrement avantageux de l'invention, le bloc anodique comporte deux secondes rainures et une première rainure, la première et les secondes rainures s'étendant parallèlement dans le sens longitudinal du bloc anodique et la première rainure étant disposée à mi-distance entre les deux secondes rainures. Le décalage, dans un plan parallèle à la face inférieure, de la première rainure par rapport aux deux secondes rainures permet ainsi une conservation optimale de l'intégrité physique du bloc anodique.
Selon un mode de réalisation avantageux, la longueur Lo sur laquelle débouche la première rainure sur la face inférieure est inférieure à 25% de la longueur maximale Lmax et de préférence inférieure à 10% de la longueur maximale Lioax. Plus la longueur Lo sur laquelle débouche la première rainure sur la face inférieure est faible, plus l'intégrité physique du bloc anodique sera importante. Ainsi, un exemple de réalisation préféré correspondra au cas où la rainure ne débouche pas sur la face inférieure. Le fait que la première rainure débouche sur la face inférieure résulte principalement d'un procédé de fabrication particulièrement avantageux car simple à
mettre en oeuvre dans lequel :
- on introduit une lame à l'intérieur d'un moule d'une vibro-tasseuse ;
des secondes rainures.
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 comportant au moins une première rainure et au moins une seconde rainure, un passage d'une seconde rainure à une première rainure, 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.
Selon un exemple de réalisation particulièrement avantageux de l'invention, le bloc anodique comporte deux secondes rainures et une première rainure, la première et les secondes rainures s'étendant parallèlement dans le sens longitudinal du bloc anodique et la première rainure étant disposée à mi-distance entre les deux secondes rainures. Le décalage, dans un plan parallèle à la face inférieure, de la première rainure par rapport aux deux secondes rainures permet ainsi une conservation optimale de l'intégrité physique du bloc anodique.
Selon un mode de réalisation avantageux, la longueur Lo sur laquelle débouche la première rainure sur la face inférieure est inférieure à 25% de la longueur maximale Lmax et de préférence inférieure à 10% de la longueur maximale Lioax. Plus la longueur Lo sur laquelle débouche la première rainure sur la face inférieure est faible, plus l'intégrité physique du bloc anodique sera importante. Ainsi, un exemple de réalisation préféré correspondra au cas où la rainure ne débouche pas sur la face inférieure. Le fait que la première rainure débouche sur la face inférieure résulte principalement d'un procédé de fabrication particulièrement avantageux car simple à
mettre en oeuvre dans lequel :
- on introduit une lame à l'intérieur d'un moule d'une vibro-tasseuse ;
8 - on charge le moule de la vibrotasseuse avec des matériaux carbonés constitutifs du bloc anodique ;
- on effectue un vibro-tassage des matériaux carbonés ; et - on décharge du moule le bloc anodique ainsi formé, notamment par glissement par rapport à la lame.
Selon un autre mode de réalisation, on décharge le bloc anodique du moule après avoir retiré la lame du moule.
Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, on fixe la lame au fond du moule avant le chargement.
Selon un autre mode de réalisation avantageux de l'invention, on fixe la lame sur une paroi latérale ou deux parois latérales opposées du moule avant le chargement.
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 anode telle que décrite ci-dessus, ainsi qu' à un procédé pour la fabrication d'aluminium comprenant les étapes consistant à:
- fournir au moins une anode telle que définit ci-dessus ;
- installer l'anode dans une cuve d'électrolyse d'aluminium ;
- faire passer du courant dans la cuve d'électrolyse à travers l'anode ;
- récupérer l'aluminium obtenu par électrolyse dans le fond de la cuve 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.
- on effectue un vibro-tassage des matériaux carbonés ; et - on décharge du moule le bloc anodique ainsi formé, notamment par glissement par rapport à la lame.
Selon un autre mode de réalisation, on décharge le bloc anodique du moule après avoir retiré la lame du moule.
Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, on fixe la lame au fond du moule avant le chargement.
Selon un autre mode de réalisation avantageux de l'invention, on fixe la lame sur une paroi latérale ou deux parois latérales opposées du moule avant le chargement.
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 anode telle que décrite ci-dessus, ainsi qu' à un procédé pour la fabrication d'aluminium comprenant les étapes consistant à:
- fournir au moins une anode telle que définit ci-dessus ;
- installer l'anode dans une cuve d'électrolyse d'aluminium ;
- faire passer du courant dans la cuve d'électrolyse à travers l'anode ;
- récupérer l'aluminium obtenu par électrolyse dans le fond de la cuve 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.
9 Les figures 2A et 2B représentent en vue de face un mode de réalisation d'un bloc anodique d'anode selon l'invention.
La figure 3 représente une vue en coupe du bloc anodique des figures 2A et 2E
selon la coupe A-A pour mettre en évidence la forme de la première rainure.
La figure 4 est une vue de face d'une lame destinée à être fixée dans un moule pour la formation de la première rainure lors de la fabrication du bloc anodique cru des figures 2 et 3.
Les figures 5 à 7 sont des vues en coupe du type de la figure 3, montrant d'autres formes particulières de premières rainures.
La figure 8A et 8B montrent respectivement en vue de face un autre mode de réalisation d'un bloc anodique selon l'invention.
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 moyens 5 pour alimenter la cuve en alumine et/ou en AlF3 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" disposé dans le fond de la cuve, 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 consommable en matériau carboné précuit et une tige métallique 14. Les blocs anodiques 13 ont typiquement une forme sensiblement 5 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 36 dans la face supérieure du bloc anodique.
Les anodes 4 sont fixées de manière amovible à un cadre métallique mobile 16, appelé
La figure 3 représente une vue en coupe du bloc anodique des figures 2A et 2E
selon la coupe A-A pour mettre en évidence la forme de la première rainure.
La figure 4 est une vue de face d'une lame destinée à être fixée dans un moule pour la formation de la première rainure lors de la fabrication du bloc anodique cru des figures 2 et 3.
Les figures 5 à 7 sont des vues en coupe du type de la figure 3, montrant d'autres formes particulières de premières rainures.
La figure 8A et 8B montrent respectivement en vue de face un autre mode de réalisation d'un bloc anodique selon l'invention.
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 moyens 5 pour alimenter la cuve en alumine et/ou en AlF3 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" disposé dans le fond de la cuve, 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 consommable en matériau carboné précuit et une tige métallique 14. Les blocs anodiques 13 ont typiquement une forme sensiblement 5 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 36 dans la face supérieure du bloc anodique.
Les anodes 4 sont fixées de manière amovible à un cadre métallique mobile 16, appelé
10 "cadre anodique", par des moyens de fixation mécaniques. 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. 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 anodes 4, et plus précisément les blocs anodiques 13, sont partiellement 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
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. 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 anodes 4, et plus précisément les blocs anodiques 13, sont partiellement 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
11 différents, avantageusement pour éviter d'avoir à changer toutes les anodes en même temps.
Les figures 2A, 2B et 3 montrent un premier mode de réalisation d'un bloc anodique 13a selon l'invention. Le bloc anodique 13a est typiquement de forme parallélépipédique rectangle de longueur L entre deux faces latérales courtes opposées 21 et 22 typiquement verticales et de hauteur H entre une face inférieure 23 et une face supérieure typiquement horizontales. Comme montré sur les figures 2A, 2B et 3, les arêtes supérieures peuvent être rognées pour limiter les pertes en carbone. Les blocs anodiques sont destinés à être consommées jusqu'à une hauteur maximale d'usure indiquée par les flèches 25.
Le bloc anodique 13a comporte une première rainure 31a et deux secondes rainures 32 et 33.
Les secondes rainures 32, 33 traversent typiquement le bloc anodique de part en part dans le sens de la longueur L. Les figures 2A et 2B, qui montrent les faces latérales courtes opposées 21,22 du bloc anodique 13a, montrent que ces secondes rainures 32,33 débouchent sur la face inferieure 23 sur toute sa longueur et sur les deux faces latérales courtes. Par conséquent, tel qu'illustré dans la figure 8B, les secondes rainures 32,33 débouchent sur la face inférieure 23 sur des longueurs L'0 égales à leurs longueurs maximales L'õ respectives, et également égale à L. Pour le cas où les arêtes inférieures sont rognées, ces longueurs L'õõ,, et L'0 sont également sensiblement égales du fait que la partie rognée n'est pas significative.
Pour des raisons de compréhension, les échelles ne sont pas rigoureusement respectées sur les figures, notamment en ce qui concerne la largeur des rainures, la largeur des rainures étant typiquement comprise entre 5 et 40 mm tandis que la largeur des blocs anodiques, correspondant aux faces latérales courtes est généralement comprise entre 550 et 700mm. On a représenté en traits pointillés sur les figures 2A,2B (et également les figures SA et 813) les parties non visibles de faces mais vues par transparence. La figure 3 est une vue de l'anode selon la coupe A-A à
Les figures 2A, 2B et 3 montrent un premier mode de réalisation d'un bloc anodique 13a selon l'invention. Le bloc anodique 13a est typiquement de forme parallélépipédique rectangle de longueur L entre deux faces latérales courtes opposées 21 et 22 typiquement verticales et de hauteur H entre une face inférieure 23 et une face supérieure typiquement horizontales. Comme montré sur les figures 2A, 2B et 3, les arêtes supérieures peuvent être rognées pour limiter les pertes en carbone. Les blocs anodiques sont destinés à être consommées jusqu'à une hauteur maximale d'usure indiquée par les flèches 25.
Le bloc anodique 13a comporte une première rainure 31a et deux secondes rainures 32 et 33.
Les secondes rainures 32, 33 traversent typiquement le bloc anodique de part en part dans le sens de la longueur L. Les figures 2A et 2B, qui montrent les faces latérales courtes opposées 21,22 du bloc anodique 13a, montrent que ces secondes rainures 32,33 débouchent sur la face inferieure 23 sur toute sa longueur et sur les deux faces latérales courtes. Par conséquent, tel qu'illustré dans la figure 8B, les secondes rainures 32,33 débouchent sur la face inférieure 23 sur des longueurs L'0 égales à leurs longueurs maximales L'õ respectives, et également égale à L. Pour le cas où les arêtes inférieures sont rognées, ces longueurs L'õõ,, et L'0 sont également sensiblement égales du fait que la partie rognée n'est pas significative.
Pour des raisons de compréhension, les échelles ne sont pas rigoureusement respectées sur les figures, notamment en ce qui concerne la largeur des rainures, la largeur des rainures étant typiquement comprise entre 5 et 40 mm tandis que la largeur des blocs anodiques, correspondant aux faces latérales courtes est généralement comprise entre 550 et 700mm. On a représenté en traits pointillés sur les figures 2A,2B (et également les figures SA et 813) les parties non visibles de faces mais vues par transparence. La figure 3 est une vue de l'anode selon la coupe A-A à
12 travers la première rainure 31 de façon à montrer plus spécifiquement la forme de la première rainure 31.
La première rainure 31a comporte sur sa longueur :
une première portion I formant une perforation ou un évidement au coeur du matériau carboné et ne débouchant pas sur la face inférieure 23 du bloc anodique 13a;
une deuxième portion II débouchant sur la face inférieure 23 du bloc anodique 13a.
Ainsi, lorsque le bloc anodique 13a est entier, la première rainure 31a à la forme d'un L couché et comporte sur la première portion I un fond 40 et une paroi inférieure 42 et uniquement le fond 40 sur la deuxième portion II.
La première rainure 31a débouche sur les deux faces latérales courtes 21, 22 du bloc anodique 13a pour l'évacuation des gaz s'accumulant sous l'anode. La longueur maximale Lmax de la première rainure 31a dans un plan parallèle à la face inférieure est donc égale à la longueur L de l'anode. La première rainure 31a débouche par contre sur la face inférieure 23 sur une longueur Lo faible par rapport à la longueur maximale. Pour conserver une intégrité physique et une résistance suffisante au bloc anodique tout en maintenant des propriétés de drainage importantes des gaz, la demanderesse considère que Lo doit être inférieure à la moitié de Lirax et de préférence inférieure à 25% de Li.), et de préférence encore inférieure à 10%
de Lmax.
La première rainure 31a s'étend parallèlement et à mi-distance entre les secondes rainures 32,33 de manière à préserver au maximum l'intégrité physique et la résistance du bloc anodique 13a.
Comme visible sur les figures 2A et 2B, les secondes rainures 32, 33 ont un fond 44 disposé à une même hauteur dans le bloc anodique 13a que la paroi inférieure 42 de la première rainure 31a. Ainsi, lorsque les secondes rainures 32, 33 sont usées et disparaissent, la première portion I de la première rainure prend le relai et permet l'évacuation des gaz.
La première rainure 31a comporte sur sa longueur :
une première portion I formant une perforation ou un évidement au coeur du matériau carboné et ne débouchant pas sur la face inférieure 23 du bloc anodique 13a;
une deuxième portion II débouchant sur la face inférieure 23 du bloc anodique 13a.
Ainsi, lorsque le bloc anodique 13a est entier, la première rainure 31a à la forme d'un L couché et comporte sur la première portion I un fond 40 et une paroi inférieure 42 et uniquement le fond 40 sur la deuxième portion II.
La première rainure 31a débouche sur les deux faces latérales courtes 21, 22 du bloc anodique 13a pour l'évacuation des gaz s'accumulant sous l'anode. La longueur maximale Lmax de la première rainure 31a dans un plan parallèle à la face inférieure est donc égale à la longueur L de l'anode. La première rainure 31a débouche par contre sur la face inférieure 23 sur une longueur Lo faible par rapport à la longueur maximale. Pour conserver une intégrité physique et une résistance suffisante au bloc anodique tout en maintenant des propriétés de drainage importantes des gaz, la demanderesse considère que Lo doit être inférieure à la moitié de Lirax et de préférence inférieure à 25% de Li.), et de préférence encore inférieure à 10%
de Lmax.
La première rainure 31a s'étend parallèlement et à mi-distance entre les secondes rainures 32,33 de manière à préserver au maximum l'intégrité physique et la résistance du bloc anodique 13a.
Comme visible sur les figures 2A et 2B, les secondes rainures 32, 33 ont un fond 44 disposé à une même hauteur dans le bloc anodique 13a que la paroi inférieure 42 de la première rainure 31a. Ainsi, lorsque les secondes rainures 32, 33 sont usées et disparaissent, la première portion I de la première rainure prend le relai et permet l'évacuation des gaz.
13 Le bloc anodique 13a ainsi que l'anode formée à partir de ce bloc anodique 13a permet une évacuation efficace de façon continue des gaz se formant dans la cuve d'électrolyse.
On observe également en traits pointillés sur la figure 2A,2B des évidements 36 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 36 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.
L'existence de la seconde portion II de la première rainure 31a, qui débouche sur la face inférieure de l'anode destinée à être disposée en regard d'une face supérieure d'une cathode disposée au fond de la cuve d'électrolyse est dictée par une adaptation d'une manière classique de fabriquer des blocs anodiques. Comme cette seconde portion II est une source de fragilisation du bloc anodique, on essaye de diminuer sa longueur et donc son impact de sorte que l'invention se limite à des blocs anodiques dans lesquels la longueur Lo est inférieure à la moitié de Lõ,õ,, et de préférence inférieure à
25% de liõõõ
et encore de préférence inférieure à 10% de Lmax.
Une manière classique de fabriquer un bloc anodique rainuré consiste à
introduire le matériau constitutif du bloc anodique dans un moule de forme globalement parallélépipédique et comportant une ou plusieurs lames fixées dans le fond du moule pour former les rainures par complémentarité. Le matériau du bloc anodique est alors tassé par pressurisation ou vibrotassage, les faces latérales du moule relevées et le bloc anodique poussé au-delà du fond du moule. Lors de la poussée, on fait plus particulièrement glisser le bloc anodique par rapport à la ou les lames. Selon une variante, on retire la lame avant la poussée.
On a représentée sur la figure 4 une lame 46 permettant d'obtenir dans une vibrotasscuse une première rainure 31a selon l'invention. Cette lame 46 comporte plus particulièrement un moyen 48 pour l'accrochage de la lame dans le fond du
On observe également en traits pointillés sur la figure 2A,2B des évidements 36 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 36 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.
L'existence de la seconde portion II de la première rainure 31a, qui débouche sur la face inférieure de l'anode destinée à être disposée en regard d'une face supérieure d'une cathode disposée au fond de la cuve d'électrolyse est dictée par une adaptation d'une manière classique de fabriquer des blocs anodiques. Comme cette seconde portion II est une source de fragilisation du bloc anodique, on essaye de diminuer sa longueur et donc son impact de sorte que l'invention se limite à des blocs anodiques dans lesquels la longueur Lo est inférieure à la moitié de Lõ,õ,, et de préférence inférieure à
25% de liõõõ
et encore de préférence inférieure à 10% de Lmax.
Une manière classique de fabriquer un bloc anodique rainuré consiste à
introduire le matériau constitutif du bloc anodique dans un moule de forme globalement parallélépipédique et comportant une ou plusieurs lames fixées dans le fond du moule pour former les rainures par complémentarité. Le matériau du bloc anodique est alors tassé par pressurisation ou vibrotassage, les faces latérales du moule relevées et le bloc anodique poussé au-delà du fond du moule. Lors de la poussée, on fait plus particulièrement glisser le bloc anodique par rapport à la ou les lames. Selon une variante, on retire la lame avant la poussée.
On a représentée sur la figure 4 une lame 46 permettant d'obtenir dans une vibrotasscuse une première rainure 31a selon l'invention. Cette lame 46 comporte plus particulièrement un moyen 48 pour l'accrochage de la lame dans le fond du
14 moule. Ce moyen 48 pour l'accrochage est plus particulièrement constitué de vis. La portion de la lame servant à cet accrochage correspond plus particulièrement à
la seconde portion II de la première rainure 31a.
Comme visible sur la figure 4, la lame 46 peut comporter en outre par exemple une encoche 50 complémentaire d'un moyen de fixation réversible prévu dans une face latérale du moule. Bien que facultative, cette fixation à une extrémité
opposée au moyen 48 pour l'accrochage de la lame 46 dans le fond du moule permet un bon maintien de la lame dans le moule, notamment verticalement et/ou latéralement.
Ce maintien de la lame permet d'améliorer la qualité de la fabrication des anodes, notamment de diminuer le taux de fissuration des anodes à la cuisson, et d'augmenter la durée d'utilisation de la lame qui a de fait moins tendance à se voiler.
Lors du démoulage du bloc anodique 13a, on désengage le moyen de fixation réversible de l'encoche 50, on soulève les faces latérales du moule et on fait glisser le bloc anodique par rapport à la lame 46.
Aussi, la lame peut en outre être avantageusement fixée par rapport à une paroi latérale du moule au niveau de l'extrémité de la lame proche du moyen 48 pour l'accrochage de la lame 46. L'utilisation d'un tel second moyen de fixation réversible, qui peut par exemple être constitué par une gorge réalisée dans la paroi latérale du moule et dans laquelle coulisse et vient se loger l'extrémité de la lame, permet également de limiter les mouvements, la déformation et l'usure de la lame.
Selon une variante du procédé de fabrication, la lame 46 peut être montée de façon amovible dans le moule de sorte à ce que l'on peut retirer la lame 46 du bloc anodique 13a avant la poussée du bloc anodique 13a hors du moule.
On a représenté sur la figure 5 un autre bloc anodique 13b avec une première rainure 3 lb comportant un fond 40 incliné par rapport à l'horizontale de manière à
améliorer la vitesse d'évacuation des gaz et à favoriser l'évacuation des gaz vers un point particulier de la cuve d'électrolyse. L'inclinaison du fond 40 par rapport à
l'horizontale est plus particulièrement comprise entre 1 et 100.
On a représenté sur la figure 6 un autre bloc anodique 13c avec une première rainure 31e ayant une longueur maximale Lia?, dans un plan parallèle à la face inférieure plus courte que la longueur L du bloc anodique 13e et débouchant sur une unique face 5 latérale 22 du bloc anodique 13e. La longueur Lo de la première rainure 31e débouchant sur la face inférieure 23 est inférieure à la moitié de Lm ax pour conserver l'intégrité physique et la résistance du bloc anodique tout en maintenant des propriétés de drainage importantes des gaz.
10 On a représenté sur la figure 7 un autre bloc anodique 13d avec une première rainure 31d s'étendant à travers le matériau du bloc anodique 13d entre les deux faces latérales courtes 21, 22 opposées sans déboucher sur la face inférieure 23 du bloc anodique 31d. Une telle première rainure 31d est particulièrement avantageuse du fait quelle n'influe pas sur l'intégrité du bloc anodique au niveau de la face inférieure
la seconde portion II de la première rainure 31a.
Comme visible sur la figure 4, la lame 46 peut comporter en outre par exemple une encoche 50 complémentaire d'un moyen de fixation réversible prévu dans une face latérale du moule. Bien que facultative, cette fixation à une extrémité
opposée au moyen 48 pour l'accrochage de la lame 46 dans le fond du moule permet un bon maintien de la lame dans le moule, notamment verticalement et/ou latéralement.
Ce maintien de la lame permet d'améliorer la qualité de la fabrication des anodes, notamment de diminuer le taux de fissuration des anodes à la cuisson, et d'augmenter la durée d'utilisation de la lame qui a de fait moins tendance à se voiler.
Lors du démoulage du bloc anodique 13a, on désengage le moyen de fixation réversible de l'encoche 50, on soulève les faces latérales du moule et on fait glisser le bloc anodique par rapport à la lame 46.
Aussi, la lame peut en outre être avantageusement fixée par rapport à une paroi latérale du moule au niveau de l'extrémité de la lame proche du moyen 48 pour l'accrochage de la lame 46. L'utilisation d'un tel second moyen de fixation réversible, qui peut par exemple être constitué par une gorge réalisée dans la paroi latérale du moule et dans laquelle coulisse et vient se loger l'extrémité de la lame, permet également de limiter les mouvements, la déformation et l'usure de la lame.
Selon une variante du procédé de fabrication, la lame 46 peut être montée de façon amovible dans le moule de sorte à ce que l'on peut retirer la lame 46 du bloc anodique 13a avant la poussée du bloc anodique 13a hors du moule.
On a représenté sur la figure 5 un autre bloc anodique 13b avec une première rainure 3 lb comportant un fond 40 incliné par rapport à l'horizontale de manière à
améliorer la vitesse d'évacuation des gaz et à favoriser l'évacuation des gaz vers un point particulier de la cuve d'électrolyse. L'inclinaison du fond 40 par rapport à
l'horizontale est plus particulièrement comprise entre 1 et 100.
On a représenté sur la figure 6 un autre bloc anodique 13c avec une première rainure 31e ayant une longueur maximale Lia?, dans un plan parallèle à la face inférieure plus courte que la longueur L du bloc anodique 13e et débouchant sur une unique face 5 latérale 22 du bloc anodique 13e. La longueur Lo de la première rainure 31e débouchant sur la face inférieure 23 est inférieure à la moitié de Lm ax pour conserver l'intégrité physique et la résistance du bloc anodique tout en maintenant des propriétés de drainage importantes des gaz.
10 On a représenté sur la figure 7 un autre bloc anodique 13d avec une première rainure 31d s'étendant à travers le matériau du bloc anodique 13d entre les deux faces latérales courtes 21, 22 opposées sans déboucher sur la face inférieure 23 du bloc anodique 31d. Une telle première rainure 31d est particulièrement avantageuse du fait quelle n'influe pas sur l'intégrité du bloc anodique au niveau de la face inférieure
15 23. La lame introduite dans le moule de la vibrotasseuse pour le moulage du bloc anodique est alors accrochée sur les faces latérales du moule et non au fond du moule. Les parois latérales opposées du moule peuvent par exemple présenter deux trous en forme de fentes à l'intérieur desquels la lame est coulissée, maintenue en suspension et fixée au moyen de dispositifs de verrouillage. Un vérin de pose et de retrait associé à un dispositif de préhension de la lame peuvent être utilisés pour mettre en place la lame dans le moule avant le chargement des matériaux constitutifs de l'anode et la retirer du bloc anodique compacté cru et du moule avant déchargement du moule.
L'invention s'étend également à un bloc anodique comportant uniquement une ou plusieurs premières rainures, sans secondes rainures. L'intégrité structurelle du bloc anodique sera alors proche d'un bloc anodique sans rainures et une évacuation améliorée des gaz sera obtenue pendant .1a période où la (ou les) première(s) rainure déboucheront sous la face inférieure sur une longueur conséquente.
L'invention s'étend également à un bloc anodique comportant uniquement une ou plusieurs premières rainures, sans secondes rainures. L'intégrité structurelle du bloc anodique sera alors proche d'un bloc anodique sans rainures et une évacuation améliorée des gaz sera obtenue pendant .1a période où la (ou les) première(s) rainure déboucheront sous la face inférieure sur une longueur conséquente.
16 L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits ci-dessus niais s'étend à tous les modes de réalisations accessibles de façon simple à l'homme du métier au regard de l'enseignement donné ci-dessous.
Le fond des secondes rainures et la paroi inférieure de la première rainure peuvent être par exemple prévues à des hauteurs légèrement différentes de sorte à ce que les première et secondes rainures coexistent pendant un laps de temps ou au contraire à
ce qu'il y ait un laps de temps sans rainure effective après l'usure des secondes rainure et l'apparition effective de la première rainure. Le nombre de première(s) et ou de seconde(s) rainures peut varier, de même que leur positionnements respectifs et/ou orientations respectives.
On a ainsi représenté un autre bloc anodique 13e sur la figure 8A et 8B de face selon respectivement la face latérale courte 21 et une face latérale longue 34. Le bloc anodique 13e comporte deux secondes rainures 32, 33 s'étendant longitudinalement et quatre premières rainures 31e s'étendant latéralement et ne débouchant pas sur la face inférieure 23. Les premières rainures 31e s'étendent donc transversalement aux secondes rainures 32,33. Le fond 44 des secondes rainures est avantageusement disposé en dessous de la paroi inférieure 42 des premières rainures 31e, ce qui évite d'affaiblir la résistance du bloc anodique 13e par des entrecroisements des différentes rainures.
Aussi, selon des variantes de l'invention, on peut entendre par seconde rainure, toute rainure du type connu de l'art antérieur, débouchant sur la face inférieure sur une longueur égale ou sensiblement égale à leur longueur maximale. Les secondes rainures peuvent notamment être du type connu des documents de brevet WO
2006/137739 ou US 7 179 353.
Le fond des secondes rainures et la paroi inférieure de la première rainure peuvent être par exemple prévues à des hauteurs légèrement différentes de sorte à ce que les première et secondes rainures coexistent pendant un laps de temps ou au contraire à
ce qu'il y ait un laps de temps sans rainure effective après l'usure des secondes rainure et l'apparition effective de la première rainure. Le nombre de première(s) et ou de seconde(s) rainures peut varier, de même que leur positionnements respectifs et/ou orientations respectives.
On a ainsi représenté un autre bloc anodique 13e sur la figure 8A et 8B de face selon respectivement la face latérale courte 21 et une face latérale longue 34. Le bloc anodique 13e comporte deux secondes rainures 32, 33 s'étendant longitudinalement et quatre premières rainures 31e s'étendant latéralement et ne débouchant pas sur la face inférieure 23. Les premières rainures 31e s'étendent donc transversalement aux secondes rainures 32,33. Le fond 44 des secondes rainures est avantageusement disposé en dessous de la paroi inférieure 42 des premières rainures 31e, ce qui évite d'affaiblir la résistance du bloc anodique 13e par des entrecroisements des différentes rainures.
Aussi, selon des variantes de l'invention, on peut entendre par seconde rainure, toute rainure du type connu de l'art antérieur, débouchant sur la face inférieure sur une longueur égale ou sensiblement égale à leur longueur maximale. Les secondes rainures peuvent notamment être du type connu des documents de brevet WO
2006/137739 ou US 7 179 353.
Claims (17)
1. Bloc anodique (13, 13a-13e) en carbone pour anode précuite (4) pour utilisation dans une cellule d'électrolyse (1) de métal comportant une face supérieure (24), une face inférieure (23) destinée à être disposée en regard d'une face supérieure d'une cathode (9) et quatre faces latérales (21,22,34) et comprenant au moins une première rainure (31a-31e) débouchant sur au moins une des faces latérales, dans lequel la première rainure a une longueur maximale L max dans un plan parallèle à la face inférieure, et caractérisé en ce que la première rainure ne débouche pas sur lesdites faces inférieure ou supérieure, ou débouche sur lesdites faces inférieure ou supérieure sur une longueur L o inférieure à la moitié de la longueur maximale L max.
2. Bloc anodique selon la revendication 1, dans laquelle la première rainure débouche sur deux faces latérales opposés (21,22) du bloc anodique.
3. Bloc anodique selon la revendication 1 ou 2, comportant au moins une seconde rainure (32,33) de longueur maximale L'max dans un plan parallèle à la face inférieure et débouchant sur la face inférieure sur une longueur L'0 égale à L'max
4. Bloc anodique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, comportant une pluralité de premières rainures.
5. Bloc anodique (13a-13d) selon la revendication 3, comportant deux secondes rainures (32,33) et une première rainure (31a-31d), dans lequel la première et les secondes rainures s'étendent parallèlement dans le sens longitudinal du bloc anodique et dans lequel la première rainure est disposée à mi-distance entre les deux secondes rainures.
6. Bloc anodique (13d,13e) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel la première rainure (31d, 31e) ne débouche pas sur lesdites faces inférieure (23) ou supérieure (24).
7. Bloc anodique (13a-13e) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel la première rainure débouche sur la face inférieure (23) sur une longueur Lo inférieure à la moitié de la longueur maximale L max.
8. Bloc anodique selon la revendication 7, dans lequel la longueur Lo sur laquelle débouche la première rainure sur la face inférieure est inférieure à 25% de la longueur maximale L max.
9. Bloc anodique selon la revendication 7, dans lequel la longueur Lo sur laquelle débouche la première rainure sur la face inférieure est inférieure à 10% de la longueur maximale L max.
10. Anode précuite (4) comportant au moins un bloc anodique selon l'une quelconque des revendications 1 à 9.
11. Cellule (1) de production d'aluminium par électrolyse ignée comportant une pluralité d'anodes (4), caractérisée en ce qu'au moins une des anodes est une anode selon la revendication 10.
12. Procédé pour la fabrication d'aluminium comprenant les étapes consistant à :
- fournir au moins une anode selon la revendication 10;
- installer l'anode dans une cuve d'électrolyse d'aluminium au dessus d'une cathode ;
- faire passer du courant dans la cuve d'électrolyse à travers l'anode ; et - récupérer l'aluminium obtenu par électrolyse dans le fond de la cuve d'électrolyse..
- fournir au moins une anode selon la revendication 10;
- installer l'anode dans une cuve d'électrolyse d'aluminium au dessus d'une cathode ;
- faire passer du courant dans la cuve d'électrolyse à travers l'anode ; et - récupérer l'aluminium obtenu par électrolyse dans le fond de la cuve d'électrolyse..
13. Procédé pour la fabrication d'un bloc anodique selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel :
- on introduit une lame (46) à l'intérieur d'un moule d'une vibro-tasseuse ;
- on charge le moule de la vibrotasseuse avec des matériaux carbonés constitutifs du bloc anodique ;
- on effectue un vibro-tassage des matériaux carbonés ; et - on décharge du moule le bloc anodique ainsi formé.
- on introduit une lame (46) à l'intérieur d'un moule d'une vibro-tasseuse ;
- on charge le moule de la vibrotasseuse avec des matériaux carbonés constitutifs du bloc anodique ;
- on effectue un vibro-tassage des matériaux carbonés ; et - on décharge du moule le bloc anodique ainsi formé.
14. Procédé selon la revendication 13, dans lequel on retire la lame du moule avant déchargement du bloc anodique.
15. Procédé selon la revendication 13, dans lequel on décharge le bloc anodique par glissement par rapport à la lame.
16. Procédé selon l'une quelconque des revendications 13 à 15, dans lequel on fixe la lame (46) au fond du moule.
17. Procédé selon l'une quelconque des revendications 13 à 16, dans lequel on fixe la lame (46) sur une paroi latérale ou deux parois latérales opposées du moule.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EEER | Examination request |
Effective date: 20150608 |
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| MKLA | Lapsed |
Effective date: 20220721 |