CA2835800A1

CA2835800A1 - Procede et dispositif pour limiter les emissions de polluants gazeux par les megots d'anode

Info

Publication number: CA2835800A1
Application number: CA2835800A
Authority: CA
Inventors: Thierry Malard; Florent GAUTIER; Antoine De Gromard
Original assignee: Solios Environnement SA
Current assignee: Fives Solios SA
Priority date: 2011-05-16
Filing date: 2012-05-09
Publication date: 2012-11-22
Anticipated expiration: 2032-05-09
Also published as: CN103597125A; WO2012156616A1; CA2835800C; EP2710170A1; EP2710170B1; CN103597125B; FR2975405A1; FR2975405B1

Abstract

Procédé et dispositif pour le traitement de mégots (5) d'anode provenant de cuves de production d'aluminium par électrolyse ignée en recouvrant les mégots (5) d'anode par de l'alumine (8) ayant un pouvoir de captation du fluor, le procédé consistant en ce que, dès le retrait du mégot (5) de la cuve d'électrolyse, celui-ci est immergé dans de l'alumine (8) préalablement fluidisée pour faciliter l'immersion et en ce que la fluidisation de l'alumine est stoppée dès la fin de l'immersion de sorte que le mégot soit recouverte par de l'alumine statique jusqu'à la fin de son transfert de la cuve d'électrolyse à un poste équipé de dispositifs d'aspiration et de traitement des fumées, notamment un poste de concassage à chaud ou un poste de refroidissement, de sorte de confiner la partie et limiter son émission de polluants gazeux, notamment fluorés.

Description

PROCEDE ET DISPOSITIF POUR LIMITER LES EMISSIONS DE
POLLUANTS GAZEUX PAR LES MEGOTS D'ANODE
La présente invention concerne la réduction des effluents gazeux émis lors de la production industrielle d'aluminium par électrolyse ignée. Cette production est réalisée dans des cuves regroupées par plusieurs dizaines dans une halle d'électrolyse appelée potroom . Chaque cuve comprend des anodes précuites consommables et une cathode fixe afin de réaliser la réaction de réduction de l'alumine en aluminium qui vient se déposer au fond de ladite cuve. Cette réaction a lieu à une température supérieure à 950 C et en présence de fluor.
Lorsque les anodes sont consumées, elles sont retirées de la cuve par un pont roulant et sont généralement déposées à l'intérieur de la halle d'électrolyse, le temps qu'elles refroidissent. Dans la suite de ce document, nous appelons mégot d'anode, la partie inférieure de l'anode qui se trouvait en dessous du niveau de l'alumine de couverture dans la cuve d'électrolyse.
Le mégot d'anode comprend donc la partie carbonée restante, une partie de l'élément métallique sur lequel celle-ci est fixée ainsi que des résidus de bain fluorés et d'alumine de couverture dont la partie carbonée est recouverte.
Pendant leur refroidissement, tant que leur température est supérieure à environ 300 C, les résidus de bain d'électrolyse en contact avec l'air émettent du fluor gazeux (HF), très polluant. Le fluor gazeux résulte de la réaction des résidus de bain avec l'eau présente dans l'air sous forme de vapeur.
Le brevet CA2216923 décrit un procédé dans lequel les effluents émis par les mégots sont récupérés avec le dispositif de captage propre aux cuves d'électrolyse. Pour cela, les mégots sont placés dans une enceinte fermée placée au voisinage immédiat de la cuve et reliée au dispositif d'aspiration de celle-ci. Ce procédé n'est pas pleinement satisfaisant car il nécessite une manipulation délicate des mégots pour les placer dans leur enceinte fermée.
De plus, il ne permet pas de limiter les émissions d'effluents par les mégots et nécessite une capacité supplémentaire du dispositif de traitement des fumées des cuves d'électrolyse pour traiter les émanations provenant des

2 PCT/FR2012/051014 mégots. Enfin, il encombre le voisinage de la cuve d'électrolyse ce qui gêne le travail des opérateurs.
Le brevet CA2256145 décrit un procédé pour le refroidissement de mégots d'anodes et la réduction de leur émission de fluor gazeux. Selon ce procédé, les mégots d'anode traversent un tunnel capoté en étant immergés dans un lit d'alumine fluidisée. De l'air est injecté pour assurer la fluidisation de l'alumine et le refroidissement par convection des mégots. Les mégots traverse le tunnel pendant une durée d'environ 2 heures ce qui permet d'abaisser leur température en dessous de 300 C. Le refroidissement se poursuit ensuite à l'air libre. Pendant son passage dans le tunnel, l'alumine fluidisée entourant le mégot capte une grande partie des gaz fluorés émis, le solde étant repris par le système de ventilation du tunnel avant d'être épuré
par un dispositif traditionnel de traitement des fumées. Pour leur transfert de la cuve d'électrolyse au tunnel de refroidissement, les mégots sont placés dans des containers dans lesquels ils peuvent être recouverts d'alumine afin de limiter les émissions de fluor gazeux. Cette solution technique n'est pas pleinement satisfaisante car elle nécessite un tunnel d'une longueur importante, comprise entre 25 et 60 mètres, nécessitant des débits de fluidisation importants, ainsi que des moyens de manutention et de déplacement des anodes qui sont source potentiel de pannes. Le tunnel requiert également un dispositif relativement complexe d'injection d'air de sorte à fluidiser également l'alumine située au dessus des mégots. Le passage des mégots d'anodes dans des containers de liaison nécessite des opérations de manutention supplémentaires. De plus, tel qu'il est réalisé, le recouvrement des anodes chaudes par de l'alumine peut créer un phénomène de geyser d'alumine et nécessite de vidanger l'alumine après chaque usage du container.
L'invention proposée permet de limiter les émanations d'effluents gazeux par les mégots d'anode après leur retrait des cuves d'électrolyse, et de capter les émanations produites par un dispositif simple de mise en oeuvre. Elle consiste notamment, de préférence pour chaque mégot d'anode retiré d'une cuve, à isoler la partie du mégot recouverte de résidus de bain de l'air ambiant. Pour cela, le mégot est plongé dans un volume de poudre d'alumine contenu dans un bac de sorte que le mégot soit complètement immergé dans l'alumine. Le fluor gazeux éventuellement formé est immédiatement capté par l'alumine évitant ainsi toute pollution de la halle.

3 PCT/FR2012/051014 Ainsi, l'invention consiste en un procédé de traitement de mégots d'anode provenant de cuves de production d'aluminium par électrolyse ignée en recouvrant les mégots d'anode par de l'alumine ayant un pouvoir de captation du fluor, caractérisé en ce que, dès le retrait d'un mégot d'une cuve d'électrolyse, ledit mégot est immergé dans de l'alumine préalablement fluidisée pour faciliter l'immersion, et en ce que la fluidisation de l'alumine est stoppée dès la fin de l'immersion, de sorte que le mégot soit recouverte, par de l'alumine statique jusqu'à la fin de son transfert de ladite cuve d'électrolyse à un poste équipé d'au moins un dispositif d'aspiration et de traitement des fumées, notamment un poste de concassage à chaud ou un poste de refroidissement, de sorte à confiner le mégot et limiter son émission de polluants gazeux, notamment fluorés.
Selon l'invention, ledit volume d'alumine est fluidisé pour faciliter l'introduction du mégot d'anode encore chaud dans ce volume. La fluidisation est coupée dès que le mégot est en place. Après l'arrêt de la fluidisation, l'alumine retombe par gravité et recouvre le mégot d'anode conduisant au confinement de celui-ci. L'alumine joue alors le rôle de barrière physique, en limitant les mouvements de convection d'air autour du mégot, et de barrière chimique puisque le fluor gazeux émis par le mégot est immédiatement adsorbé par l'alumine.
Avantageusement, l'alumine est fluidisée lors du retrait du mégot d'anode pour faciliter le retrait.
La partie carbonée est à une température d'environ 700 C lorsque le mégot d'anode est retiré de la cuve d'électrolyse. A partir d'une température d'environ 300 C, l'émission de gaz fluoré par la partie carbonée devient suffisamment faible pour qu'il ne soit plus nécessaire de la confiner.
Après le transfert du mégot d'anode au poste de concassage à chaud équipé d'au moins un dispositif d'aspiration et de traitement des fumées, l'alumine est de nouveau fluidisée pour favoriser le retrait du mégot d'anode hors du volume d'alumine dans lequel ledit mégot a été confiné. La partie carbonée est concassée pour être utilisée pour la fabrication de nouvelles anodes. Après l'opération de concassage, les éléments carbonés sont maintenus sous au moins un dispositif d'aspiration et de traitement des

4 PCT/FR2012/051014 fumées, au moins jusqu'à ce que leur température soit descendue en dessous de 300 C.
Dans une variante avantageuse de l'invention, après le transfert du mégot d'anode au poste de refroidissement équipé d'au moins un dispositif d'aspiration et de traitement des fumées, l'alumine est de nouveau fluidisée pour favoriser le refroidissement de la partie carbonée du mégot d'anode. Le refroidissement est avantageusement maintenu jusqu'à ce que la température de la partie carbonée soit descendue en dessous de 300 C.
L'invention consiste également en un dispositif pour le traitement de mégots d'anode, permettant de mettre en oeuvre le procédé décrit précédemment, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un bac contenant de l'alumine en quantité suffisante pour recouvrir le mégot d'anode et un moyen de fluidisation de cette alumine.
L'invention consiste, mises à part les dispositions exposées ci-dessus, en un certain nombre d'autres dispositions dont il sera plus explicitement question ci-après à propos d'exemples de réalisation, décrits avec référence aux dessins annexés, mais qui ne sont nullement limitatifs. Sur ces dessins :
- Fig.1 représente une vue schématique en perspective d'une anode consommée, - Fig. 2 représente une vue schématique en perspective d'un exemple de réalisation de réceptacle à mégots selon l'invention, - Fig. 3 représente une vue schématique en coupe verticale d'un réceptacle à mégots selon l'invention, et, - Fig. 4 représente une vue schématique d'un réceptacle à mégots selon l'invention placé à un poste équipé d'un dispositif d'aspiration et de traitement des fumées.
La figure 1 représente une vue schématique d'une anode simple consommée, standard pour la production d'aluminium par électrolyse ignée.
Elle est composée d'une partie carbonée 1 accrochée à une tige métallique 2, longue de 2 à 3 m, et servant à l'alimentation en courant électrique et à
la

5 PCT/FR2012/051014 fixation à la cuve d'électrolyse. Lors de son retrait de la cuve d'électrolyse, une couche d'alumine de couverture résiduelle 12 reste au dessus de la partie carbonée 1 et recouvre une partie de la tige métallique 2. Le mégot d'anode 5 est donc composé de la partie carbonée 1, de l'alumine de couverture résiduelle 12 et de la partie de la tige métallique 2 qui est recouverte par l'alumine de couverture résiduelle 12. Il existe également des anodes doubles composées de deux parties carbonées telles que 1 accrochées à une seule partie ou tige métallique 2.
Selon l'exemple de réalisation de l'invention représenté en Fig. 2, les réceptacles 3 à mégots sont composés d'une structure métallique définissant des bacs 4a, 4b, 4c à l'intérieur desquels sont déposés les mégots d'anode 5. Dans cet exemple, le réceptacle 3 est composé de 3 bacs et peut donc accueillir trois mégots d'anode double tels que 5. Selon d'autres exemples de réalisation, les réceptacles 3 auront un nombre de bacs différent, par exemple 2 ou 4.
Le fond de chaque bac 4 comprend une plaque 6 d'un matériau permettant de retenir l'alumine 8 tout en ayant une porosité suffisante pour assurer le rôle de toile de fluidisation. Cette plaque 6 peut, par exemple, être un fritté métallique. Elle est supportée par des renforts non représentés sur cette figure. La zone 7 sous la plaque 6 de fritté métallique est alimentée en gaz de fluidisation afin d'assurer la fluidisation de l'alumine 8. Le gaz de fluidisation est avantageusement de l'air mais peut être d'une autre nature, par exemple de l'azote.
Le dispositif d'alimentation en gaz de fluidisation de la zone 7 n'est pas représenté sur les figures. La plaque 6 de fritté métallique et la charge d'alumine 8 génèrent une perte de charge qui favorise une répartition homogène du gaz sur toute la surface de la plaque 6 de fritté métallique.
Néanmoins, selon le nombre de renforts de soutient de la plaque 6 de fritté
métallique et leur géométrie, le dispositif d'alimentation en gaz de fluidisation peut comprendre plusieurs arrivées de gaz de sorte de répartir le débit sur différents secteurs de la surface de la zone 7.
Sur la Fig. 2, sont représentées les trois situations dans lesquelles peut se trouver un bac 4. Ainsi, le bac 4a est vide, sans alumine, le bac 4b est rempli d'alumine fluidisée 8a et le bac 4c contient un mégot d'anode 5

6 PCT/FR2012/051014 confiné dans un volume d'alumine non fluidisée 8b. En production, l'ensemble des bacs 4 est rempli d'alumine 8.
La fluidisation de l'alumine 8 est avantageusement pilotée individuellement, bac 4 par bac, de sorte de limiter cet état au bac 4 où la fluidisation est nécessaire.
Il est avantageux de conserver une épaisseur minimale d'alumine 8 sous le mégot d'anode 5 et d'éviter que les mégots 5 ne viennent en contact contre la plaque 6 de fritté métallique. Selon l'exemple de réalisation de la Fig. 3, deux traverses 9 servent de buttées ou d'entretoises entre le mégot d'anode 5 et la plaque 6. Les traverses 9 sont placées à quelques centimètres au-dessus de la plaque de fritté métallique 6, par exemple 10 cm. Le nombre, la forme et les dimensions de ces traverses 9 sont choisies de sorte de ne pas augmenter les pertes de charges pour le gaz de fluidisation et de permettre un accès aux opérateurs pour les opérations de vidange et de nettoyage des bacs 4. Par exemple, les traverses 9 peuvent être réalisées en profilé en I ou en T. Les traverses 9 sont par exemple fixées par leurs extrémités longitudinales sur deux parois verticales opposées de la structure métallique 3. Elles peuvent également reposer sur la plaque 6 si une reprise de charge est prévue en dessous de la plaque 6.
Comme représenté en Fig. 2 et Fig. 3, la tige 2 d'anode peut être stabilisée au moyen d'attaches amovibles 10. Celles-ci sont par exemple fixées entre le bord de la structure métallique 3 et la tige 2 de l'anode.
Pour un mégot d'anode 5 d'environ 0,3 m3, la quantité d'alumine 8 nécessaire par bacs 4 est d'environ 1,8 m3. Les dimensions des bacs 4 sont définies par les dimensions de la partie carbonée 1 des mégots 5 et le volume d'alumine 8 nécessaire. Les bacs 4 ont par exemple une longueur de 2 m, une largeur de 2 m pour une hauteur de 1 m. La hauteur d'alumine 8 avant l'immersion du mégot est d'environ 0,6 m.
L'alimentation des bacs 4 en gaz de fluidisation peut être réalisée par différents moyens, par exemple en se connectant sur le réseau d'air de fluidisation des cuves d'électrolyse. Un réseau spécifique d'air peut également être réalisé pour la fluidisation des bacs 4 pour l'ensemble du potroom. Selon une autre variante, chaque réceptacle 3 peut être équipé

7 PCT/FR2012/051014 d'un ventilateur délivrant le débit d'air nécessaire au réceptacle. Le débit et la pression d'alimentation de l'air de fluidisation de l'alumine sont ajustés lors de la mise en service de l'installation. Par exemple, un bac 4 est alimenté
avec un débit d'environ 270 m3/h sous une pression d'environ 1500 daPa.
L'alumine 8 utilisée n'a pas besoin d'avoir un pouvoir de captation très élevé. Elle sert principalement de barrière physique pour empêcher la convection de l'air autour de l'anode. Ainsi, de l'alumine 8 fluorée utilisée dans les cuves d'électrolyse peut être utilisée dans les bacs 4. En variante, de l'alumine 8 pure, non fluorée, peut être utilisée.
Lors du retrait du mégot 5 du bac 4, un tas d'alumine peut rester en place sur le dessus de la partie carbonée 1. Une partie de cette alumine est susceptible de tomber sur le sol lors du déplacement du mégot 5. Pour éviter cela, après avoir levé le mégot 5 au dessus du lit d'alumine, l'opérateur peut chasser cette alumine au moyen d'un outil manuel ou d'un jet de gaz. Selon une variante de réalisation, des buses latérales peuvent être placées en partie supérieure du bac 4 pour réaliser cette opération automatiquement lors du retrait du mégot 5.
Pour rendre la manutention plus aisée, les réceptacles 3 à mégots comprennent des moyens permettant d'être pris en charge par exemple par un véhicule à fourches ou par un pont roulant. Ainsi, après la mise en place des mégots 5 dans les bacs 4, il est possible de déplacer les réceptacles 3 dans un espace situé au voisinage de la potroom, dans lequel sera réalisé
par exemple le refroidissement des mégots 5 ou leur concassage.
Généralement, une potroom comprend 1 ou 2 rangées parallèles de cuves d'électrolyse. Les opérations de remplacement des anodes sont réalisées le long des potroom. Il convient donc de placer un réceptacle 3 comprenant trois bacs 4 à mégots 5 toutes les trois cuves sur toute rangée au même moment que sont disposées les anodes neuves prêt des cuves. Ainsi, pour une halle d'électrolyse contenant une centaine de cuves, une trentaine de réceptacles 3 à mégot sont suffisants.
Il est nécessaire de renouveler périodiquement l'alumine 8 contenue dans les bacs 4 de sorte à conserver un pouvoir de captation suffisant. La fluidisation de l'alumine 8 à chaque opération de dépose et de retrait de

8 PCT/FR2012/051014 mégot 5 permet d'assurer un brassage de l'alumine 8 et donc un enrichissement en fluor homogène de l'ensemble du bac 4. La fréquence de vidange est liée à la qualité d'alumine utilisée. Plus le pouvoir de captation initial de l'alumine 8 sera important et plus les vidanges pourront être espacées. Ainsi, l'usage d'alumine pure, non fluorée, à la place de l'alumine destinée aux cuves permet de renouveler moins fréquemment les bacs 4. Il est avantageux d'organiser une vidange périodique à une fréquence définie ou à l'occasion de l'évacuation des déchets de bain d'électrolyse. La vidange des bacs 4 sera avantageusement réalisée après le transfert des réceptacles 3 vers un espace approprié.
Chaque bac 4 du dispositif selon l'invention comprend une ou plusieurs trappes de vidange placées juste au dessus de la plaque 6 de fritté
métallique. Il est avantageux de fluidiser l'alumine lors de la vidange de sorte à faciliter son évacuation. La plaque ou toile de fluidisation 6 est suffisamment solide pour qu'un opérateur puisse entrer dans le réceptacle 3 à mégot enlever les fragments de mégots 5 d'anode tombés sur le fond.
Sur la Fig. 4 est représenté schématiquement un réceptacle 3 à
mégots 5 selon l'invention, placé à un poste 11 équipé de dispositifs 13 d'aspiration et de traitement des fumées. Ce poste 11 peut être notamment un poste de concassage à chaud ou un poste de refroidissement des mégots d'anode 5.

Claims

REVENDICATIONS

1. Procédé de traitement de mégots d'anode (5) provenant de cuves de production d'aluminium par électrolyse ignée, en recouvrant les mégots d'anode (5) par de l'alumine ayant un pouvoir de captation du fluor, caractérisé en ce que, dès le retrait d'un mégot (5) d'une cuve d'électrolyse, ledit mégot d'anode (5) est immergé dans de l'alumine (8) préalablement fluidisée pour faciliter l'immersion, et en ce que la fluidisation de l'alumine (8) est stoppée dès la fin de l'immersion, de sorte que le mégot d'anode (5) soit recouvert par de l'alumine statique jusqu'à la fin de son transfert de ladite cuve d'électrolyse à un poste (11) équipé d'au moins un dispositif d'aspiration et de traitement des fumées (13), notamment un poste de concassage à chaud ou un poste de refroidissement, de sorte à confiner le mégot d'anode (5) et limiter son émission de polluants gazeux, notamment fluorés.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, ledit mégot d'anode (5) étant en place audit poste (11), équipé d'au moins un dispositif d'aspiration et de traitement des fumées (13), l'alumine (8) est fluidisée pour favoriser le refroidissement de la partie carbonée dudit mégot (5).

3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le refroidissement de la partie carbonée dudit mégot (5) favorisé par l'alumine (8) fluidisée est maintenu jusqu'à ce que la température de la dite partie carbonée soit descendue en dessous de 300 C.

4. Procédé selon l'une quelconques des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'alumine (8) est fluidisée lors du retrait du mégot d'anode (5).

5. Dispositif pour le traitement de mégots d'anode, permettant de mettre en oeuvre le procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé
en ce qu'il comprend au moins un bac (4) contenant de l'alumine (8) en quantité suffisante pour recouvrir le mégot d'anode (5) et un moyen de fluidisation de cette alumine (8).

6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un réceptacle (3) à mégot, en une structure métallique, définissant au moins un bac (4), et de préférence plusieurs bacs adjacents (4a, 4b, 4c), pouvant chacun accueillir au moins un mégot d'anode (5).

7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le fond de chaque bac (4) comprend une plaque (6) d'un matériau permettant de retenir l'alumine (8) tout en ayant une porosité suffisante pour assurer le rôle de toile de fluidisation, une zone (7) sous la plaque (6) étant alimentée en gaz de fluidisation, tel que de l'air.

8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que ladite plaque (6) est en un matériau fritté métallique.

9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que chaque bac est équipé de traverses (9) servant de butée sur laquelle vient reposer un mégot d'anode (5) immergé dans ledit bac (4) pour éviter que ledit mégot (5) ne vienne en contact avec le fond dudit bac (4) et conserver une épaisseur d'alumine (8) sous ledit mégot d'anode (5).

10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend de plus des attaches amovibles (10) fixées entre la tige (2) d'un mégot d'anode (5) et un bord d'un bac (4) permettant de stabiliser ledit mégot d'anode (5) immergé dans ledit bac (4).