CA2841297A1

CA2841297A1 - Aluminum smelter including cells having a cathode outlet through the base of the casing, and a means for stabilizing the cells

Info

Publication number: CA2841297A1
Application number: CA2841297A
Authority: CA
Inventors: Olivier Martin; Steeve RENAUDIER; Benoit BARDET; Christian Duval
Original assignee: Rio Tinto Alcan International Ltd
Current assignee: Rio Tinto Alcan International Ltd
Priority date: 2011-07-12
Filing date: 2012-07-10
Publication date: 2013-01-17
Also published as: AU2012282372A1; EP2732074A2; IN2014CN00885A; EP2732074B1; BR112014000494A2; NO2732074T3; DK201370805A; NZ619720A; CN103649376A; WO2013007892A3; CN103649376B; EA029022B1; EA201490257A1; AR087123A1; FR2977898A1; WO2013007892A2; US20140138240A1

Abstract

Aluminerie comprenant: (i) une série de cuves (2) d'électrolyse, comprenant une anode (9), une cathode et un caisson muni d'une paroi latérale (7a) et d'un fond, chaque cathode comprenant au moins une sortie cathodique (12), (ii) un circuit électrique principal parcouru par un courant d'électrolyse, comprenant un conducteur électrique (14) relié à chaque sortie cathodique (12) d'une cuve N, et à l'anode (9) d'une cuve N+1, (iii) un moyen pour stabiliser les cuves (2) d'électrolyse parmi un circuit électrique secondaire (5, 6) ou l'utilisation d'une cathode à surface crénelée. Une des sorties cathodiques (12) de la cuve N traverse le fond du caisson; chaque conducteur électrique (14) s'étend depuis chaque sortie cathodique (12) de la cuve N en direction de la cuve N+1 et est parcouru lors du fonctionnement des cuves (2) d'électrolyse N, N+1 par le courant d'électrolyse dans un sens amont-aval uniquement.An aluminum plant comprising: (i) a series of electrolytic cells (2), comprising an anode (9), a cathode and a box having a side wall (7a) and a bottom, each cathode comprising at least one cathodic output (12), (ii) a main electrical circuit traversed by an electrolysis current, comprising an electrical conductor (14) connected to each cathode output (12) of an N tank, and to the anode (9) a vessel N + 1; (iii) means for stabilizing the electrolytic cells (2) among a secondary electric circuit (5, 6) or the use of a crenellated surface cathode. One of the cathode outlets (12) of the tank N passes through the bottom of the box; each electrical conductor (14) extends from each cathode outlet (12) of the tank N towards the tank N + 1 and is traversed during operation of the electrolytic tanks (2) N, N + 1 by the current Electrolysis in an upstream-downstream direction only.

Description

WO 2013/00789 WO 2013/00789

2 1 PCT/FR2012/000281 Aluminerie comprenant des cuves à sortie cathodique par le fond du caisson et des moyens de stabilisation des cuves La présente invention concerne une usine de production d'aluminium à partir d'alumine par électrolyse, également appelée aluminerie.
Il est connu de produire l'aluminium industriellement à partir d'alumine par électrolyse selon le procédé de Hall-Héroult. A cet effet, on prévoit une cuve d'électrolyse composée notamment d'un caisson en acier, d'un revêtement intérieur réfractaire, et d'une cathode en matériau carboné, reliée à des conducteurs servant à
l'acheminement du courant d'électrolyse. La cuve d'électrolyse contient également un bain électrolytique constitué notamment de cryolithe dans lequel est dissout de l'alumine. Le procédé de Hall-Héroult consiste à plonger partiellement un bloc carboné constituant l'anode dans ce bain électrolytique, l'anode étant consommée au fur et à mesure de l'état d'avancement de la réaction. Au fond de la cuve d'électrolyse se dépose par gravité
l'aluminium liquide, produit par la réaction d'électrolyse, ce qui forme une nappe d'aluminium liquide qui recouvre intégralement la cathode.
Généralement, les usines de production d'aluminium comprennent plusieurs centaines de cuves d'électrolyse connectées en série dans des halls. Ces cuves d'électrolyse sont parcourues par un courant d'électrolyse de l'ordre de plusieurs centaines de milliers d'Ampères, ce qui crée des champs magnétiques importants.
Suivant la distribution des différentes composantes du champ magnétique dans la cuve, la nappe d'aluminium peut être instable, ce qui dégrade fortement le rendement de la cuve. Il est connu notamment que la composante verticale du champ magnétique est un facteur déterminant pour la stabilité d'une cuve d'électrolyse.
Il est connu d'améliorer la stabilité des cuves d'électrolyse en minimisant la composante verticale du champ magnétique présente dans la cuve. Pour cela, on compense le champ magnétique vertical à l'échelle d'une cuve d'électrolyse grâce à une disposition particulière des conducteurs acheminant le courant d'électrolyse d'une cuve N
à une cuve N+1. Une partie de ces conducteurs, généralement des barres en aluminium, contournent les extrémités de la cuve N. La figure 1 illustre schématiquement, vue de dessus, une cuve 100 d'électrolyse dans laquelle le champ magnétique est auto-compensé grâce à la disposition des conducteurs 101 reliant cette cuve N 100 à
la cuve N+1 suivante 102 placée en aval. A cet effet, on remarque que des conducteurs 101 sont excentrés par rapport à la cuve 100 et la contournent. Une telle méthode d'autocompensation magnétique est notamment connue du document de brevet FR2469475.
Cependant, la méthode d'auto-compensation d'une cuve d'électrolyse impose beaucoup de contraintes de conception en raison de l'encombrement important dû
à la disposition particulière des conducteurs. De plus, la longueur importante des conducteurs pour la mise en uvre de cette solution génère de la perte électrique en ligne et nécessite beaucoup de matière (conducteurs en aluminium), d'où des couts élevés en terme de consommation énergétique et à la fabrication.
Une autre cause d'instabilité des cuves d'électrolyse, en plus de la composante verticale du champ magnétique, est la présence de courants électriques horizontaux dans la nappe d'aluminium. La figure 2 montre une cuve 200 d'électrolyse appartenant à l'état de la technique, parcourue par un courant d'électrolyse 1200. La cuve 200 d'électrolyse présente une anode 201, un caisson 202 contenant notamment un bain électrolytique 203, une nappe d'aluminium liquide 204 et une cathode 205. Il est à noter que les courants horizontaux sont importants dans les milieux parcourus particulièrement conducteurs. C'est le cas notamment lorsque le courant d'électrolyse 1200 parcourt la nappe d'aluminium liquide 204.
Aussi la présente invention a pour but de remédier en tout ou partie à ces inconvénients, en proposant une aluminerie dans laquelle la stabilité des liquides contenus dans les cuves d'électrolyse est améliorée, et présentant des coûts de conception, de fabrication et d'exploitation moindres.
A cet effet, la présente invention a pour objet une aluminerie comprenant :
(i) une série de cuves d'électrolyse, destinées à la production d'aluminium selon le procédé de Hall-Héroult, chaque cuve d'électrolyse comprenant au moins une anode, une cathode et un caisson muni d'une paroi latérale et d'un fond, chaque cathode comprenant au moins une sortie cathodique, (ii) un circuit électrique principal parcouru par un courant d'électrolyse, reliant électriquement les cuves d'électrolyse les unes aux autres, le courant d'électrolyse parcourant en premier lieu une cuve d'électrolyse N, placée à l'amont, et en deuxième lieu une cuve d'électrolyse N+1, placée à l'aval, WO 2013/007892 2 1 PCT / FR2012 / 000281 Aluminerie including tanks with cathodic exit by the bottom of the caisson and of the means of stabilizing the vats The present invention relates to an aluminum production plant from of alumina by electrolysis, also called aluminum smelter.
It is known to produce aluminum industrially from alumina by electrolysis according to the Hall-Héroult method. For this purpose, a tank is provided electrolysis composed in particular of a steel box, a lining refractory, and a cathode made of carbon material, connected to conductors serving routing electrolysis current. The electrolysis cell also contains a bath electrolytic consisting in particular cryolite in which is dissolved in alumina. The process of Hall-Héroult consists in partially immersing a carbon block constituting the anode in this electrolytic bath, the anode being consumed as and when the state progress of the reaction. At the bottom of the electrolysis tank is deposited by gravity liquid aluminum, produced by the electrolysis reaction, which forms an aluminum sheet liquid that completely covers the cathode.
Generally, aluminum production plants include several hundreds of electrolytic cells connected in series in halls. These vats electrolysis are traversed by an electrolysis current of the order of many hundreds of thousands of amps, which creates magnetic fields important.
According to the distribution of the different components of the magnetic field in tank, the aluminum sheet can be unstable, which greatly degrades the performance of the tank. It is known in particular that the vertical component of the magnetic field is a determining factor for the stability of an electrolytic cell.
It is known to improve the stability of the electrolytic cells by minimizing the vertical component of the magnetic field present in the tank. For that, we compensates the vertical magnetic field at the scale of an electrolysis cell thanks to a particular arrangement of the conductors carrying the electrolysis current a tank N
to an N + 1 tank. Some of these conductors, usually bars in aluminum, circumvent the ends of the tank N. Figure 1 illustrates schematically, seen from above, an electrolytic tank 100 in which the magnetic field is self-supporting.
compensated by the arrangement of the conductors 101 connecting the tank N 100 to tank N + 1 following 102 placed downstream. For this purpose, we note that 101 are eccentric with respect to the tank 100 and bypass it. Such a method magnetic self-compensation is in particular known from the patent document FR2469475.
However, the method of self-compensation of an electrolytic cell imposes many design constraints due to the large footprint due to to the particular arrangement of the drivers. In addition, the length of conductors for the implementation of this solution generates electric loss online and requires a lot of material (aluminum conductors), hence the costs high in term of energy consumption and manufacturing.
Another cause of instability of the electrolysis cells, in addition to the component vertical magnetic field, is the presence of electric currents horizontal the aluminum sheet. Figure 2 shows an electrolysis tank 200 owned by the state of the art, traversed by an electrolysis current 1200. The tank 200 electrolysis has an anode 201, a box 202 containing in particular a bath electrolytic 203, a liquid aluminum sheet 204 and a cathode 205. It should be noted that the horizontal currents are important in the environments particularly conductors. This is particularly the case when the electrolysis current 1200 go through the sheet of liquid aluminum 204.
Also the present invention aims to remedy all or part of these disadvantages, by proposing an aluminum smelter in which the stability of liquids contained in the electrolytic cells is improved, and presenting costs of less design, fabrication and operation.
For this purpose, the subject of the present invention is an aluminum smelter comprising:
(i) a series of electrolysis cells, intended for the production of aluminum according to Hall-Héroult process, each electrolytic cell comprising at least one anode, a cathode and a box having a side wall and a bottom, each cathode comprising least one cathodic output, (ii) a main electric circuit traversed by an electrolysis current, connecting electrically electrolytic cells to each other, the electrolysis current first going through an electrolysis cell N, placed upstream, and secondly an N + 1 electrolysis cell, placed downstream, WO 2013/007892

3 PCT/FR2012/000281 ledit circuit électrique principal comprenant un conducteur électrique relié à
chaque sortie cathodique de la cuve d'électrolyse N, le conducteur électrique étant également relié à la au moins une anode de la cuve d'électrolyse N+1, en vue d'acheminer le courant d'électrolyse de la cuve d'électrolyse N
à la cuve d'électrolyse N+1, caractérisée en ce que l'aluminerie comprend en outre (iii) au moins un moyen pour stabiliser les cuves d'électrolyse parmi au moins un circuit électrique secondaire parcouru par un courant électrique, permettant de compenser le champ magnétique créé par le courant d'électrolyse, ou l'utilisation d'une cathode à
surface crénelée, et en ce que une au moins parmi la ou les sorties cathodiques de la cathode de la cuve d'électrolyse N traverse le fond du caisson, chaque conducteur électrique s'étendant depuis chaque sortie cathodique de la cuve d'électrolyse N en direction de la cuve d'électrolyse N+1 est parcouru lors du fonctionnement des cuves (2) d'électrolyse N, N+1 par le courant d'électrolyse (li) dans un sens amont-aval uniquement.
Ainsi, l'invention permet d'améliorer la stabilité des cuves d'électrolyse dans l'aluminerie, en agissant à la fois sur les courants horizontaux traversant les cuves et sur le champ magnétique généré par le courant d'électrolyse et/ou la stabilité
cinétique de la nappe d'aluminium contenu dans les cuves. Elle permet simultanément une réduction de l'encombrement et de la masse des conducteurs acheminant le courant d'électrolyse d'une cuve à une autre, et par conséquent une réduction des coûts associés à
la conception et la fabrication de l'aluminerie selon l'invention. Les pertes d'énergies sont en outre réduites.
Selon une autre caractéristique de l'aluminerie selon l'invention, les cuves d'électrolyse sont alignées suivant un axe, et en ce que le conducteur électrique s'étend de manière sensiblement rectiligne et de manière sensiblement parallèle à
l'axe d'alignement des cuves d'électrolyse.
Selon une autre caractéristique de l'aluminerie selon l'invention, chaque cathode comprend en outre au moins une sortie cathodique traversant la paroi latérale avale du caisson.

= CA 02841297 2014-01-08 WO 2013/007892 3 PCT / FR2012 / 000281 said main electrical circuit comprising an electrical conductor connected to each cathodic output of the electrolysis cell N, the electrical conductor being also connected to the at least one anode of the tank N + 1 electrolysis, in order to convey the electrolysis current of the tank Electrolysis N
to the N + 1 electrolysis cell, characterized in that the aluminum smelter further comprises (iii) at least one means for stabilizing the electrolytic cells among at least a secondary electric circuit traversed by an electric current, allowing to compensate the magnetic field created by the electrolysis current, or the use of a cathode to crenellated surface, and in that at least one of the cathode outlet (s) of the cathode of the tank Electrolysis N crosses the bottom of the box, each electrical conductor extending from each cathodic output of the electrolytic cell N towards the electrolytic cell N + 1 is traveled during the operation of electrolytic cells (2) N, N + 1 by the electrolysis current (li) in an upstream-downstream direction only.
Thus, the invention makes it possible to improve the stability of electrolysis cells in the smelter, acting both on the horizontal currents crossing the tanks and on the magnetic field generated by the electrolysis current and / or the stability kinetics of the aluminum foil contained in the tanks. It allows a simultaneous reduction of congestion and mass of conductors carrying the current electrolysis from one tank to another, and therefore a reduction in the costs associated with the design and manufacture of the aluminum plant according to the invention. The loss energies are in further reduced.
According to another characteristic of the aluminum plant according to the invention, the tanks electrolysis are aligned along an axis, and in that the driver electrical stretches substantially rectilinearly and substantially parallel to axis alignment of the electrolysis tanks.
According to another characteristic of the aluminum plant according to the invention, each cathode further comprises at least one cathode output crossing the side wall swallows caisson.

= CA 02841297 2014-01-08 WO 2013/007892

4 PCT/FR2012/000281 Cette caractéristique présente l'avantage de diminuer davantage l'encombrement et la masse des conducteurs électriques acheminant le courant d'électrolyse d'une cuve à
une autre. Cette sortie cathodique traverse la paroi latérale du caisson de la cuve N au niveau de son côté aval, afin de respecter la caractéristique selon laquelle chaque conducteur électrique s'étend en direction de la cuve N+1, dans un sens amont-aval uniquement. Du fait de la proximité du côté aval de la cuve N et de la cuve N+1, la longueur du conducteur électrique reliant cette sortie cathodique à l'anode de la cuve N+1 est inférieure à celle d'un conducteur électrique reliant une sortie cathodique par le fond de la cuve N à l'anode de la cuve N+1. Ainsi, ce mode de réalisation présente l'avantage d'une diminution de l'encombrement et de la longueur des conducteurs électriques par rapport à un mode de réalisation de l'aluminerie selon l'invention dans lequel les cuves comportent des sorties cathodiques par le fond uniquement.
Préférentiellement, chaque sortie cathodique aval traversant la paroi latérale du caisson de la cuve d'électrolyse N comprend une barre métallique, plus particulièrement formée d'acier, avec un insert ou une plaque en cuivre.
Cela permet d'équilibrer la tension au niveau de la sortie cathodique traversant le fond du caisson par rapport à celle au niveau de la sortie cathodique traversant la paroi latérale du caisson.
De manière avantageuse, le caisson de la cuve d'électrolyse N comprend plusieurs arceaux fixés à la paroi latérale et au fond du caisson, les conducteurs électriques reliés à
chaque sortie cathodique traversant le fond du caisson de la cuve d'électrolyse N
s'étendant entre les arceaux.
Cette caractéristique présente l'avantage de diminuer l'encombrement des conducteurs électriques acheminant le courant d'électrolyse d'une cuve à une autre.
Avantageusement, les cuves d'électrolyse comprennent des moyens de court-ci rcuitage.
Les moyens de court-circuitage permettent de court-circuiter une cuve d'électrolyse en vue de la retirer pour des opérations de maintenance, tout en continuant l'exploitation des autres cuves de la série.
Avantageusement, les moyens de court-circuitage de la cuve d'électrolyse N+1 comprennent au moins un conducteur électrique de court-circuitage placé à
demeure entre la cuve d'électrolyse N et la cuve d'électrolyse N+1, chaque conducteur électrique de court-circuitage étant relié électriquement à un des conducteurs électriques relié à une WO 2013/007892 4 PCT / FR2012 / 000281 This feature has the advantage of further reducing clutter and the mass of electrical conductors carrying the electrolysis current of a tank to another. This cathodic output passes through the side wall of the box of the tank N at its downstream side, in order to respect the characteristic that each electrical conductor extends towards the vessel N + 1, in an upstream direction downstream only. Because of the proximity of the downstream side of the tank N and the tank N + 1, the length of the electrical conductor connecting this cathodic output to the anode of the tank N + 1 is less than that of an electrical conductor connecting an output cathodic by the bottom from the tank N to the anode of the tank N + 1. Thus, this embodiment presents the advantage a reduction in the size and length of the conductors electric by to an embodiment of the aluminum plant according to the invention in which the vats have cathodic outputs from the bottom only.
Preferably, each downstream cathodic output crossing the side wall of chamber of the electrolysis cell N comprises a metal bar, plus particularly formed of steel, with an insert or a copper plate.
This balances the voltage at the cathodic output crossing the bottom of the box compared to that at the cathodic exit crossing the wall side of the box.
Advantageously, the well of the electrolysis cell N comprises many hoops attached to the side wall and the bottom of the box, the drivers connected to each cathodic output passing through the bottom of the tank casing Electrolysis N
extending between the hoops.
This characteristic has the advantage of reducing the bulk of electrical conductors carrying the electrolysis current from a tank to a other.
Advantageously, the electrolysis cells comprise short-circuit means.
ci rcuitage.
The short-circuiting means make it possible to short-circuit a tank electrolysis with a view to removing it for maintenance operations, while continuing operations other tanks in the series.
Advantageously, the short-circuiting means of the electrolytic cell N + 1 include at least one short-circuiting electrical conductor dwelling between the electrolytic cell N and the electrolysis cell N + 1, each conductor electric short circuit being electrically connected to one of the conductors connected to a WO 2013/007892

5 PCT/FR2012/000281 sortie cathodique de la cuve traversant le fond du caisson de la cuve d'électrolyse N+1, et chaque conducteur électrique de court-circuitage étant situé à une faible distance d'un des conducteurs électriques relié à une des sorties cathodiques de la cuve d'électrolyse N.
Selon une autre caractéristique de l'aluminerie selon l'invention, les moyens de court-circuitage de la cuve d'électrolyse N+1 comprennent au moins un conducteur électrique de court-circuitage placé à demeure entre la cuve d'électrolyse N
et la cuve d'électrolyse N+1, chaque conducteur électrique de court-circuitage étant relié
électriquement à un des conducteurs électriques relié à une sortie cathodique de la cuve traversant le fond du caisson de la cuve d'électrolyse N, et chaque conducteur électrique de court-circuitage étant situé à une faible distance d'un des conducteurs électriques relié
à une des sorties cathodiques de la cuve d'électrolyse N+1.
La faible distance entre le conducteur de court-circuitage et l'autre conducteur forme des emplacements pour l'introduction de cales de court-circuitage. Ces cales de court-circuitage peuvent être introduite par le dessus ou par le dessous dans le deuxième cas.
Préférentiellement, au moins un circuit électrique secondaire comprend des conducteurs électriques longeant le côté droit et/ou le côté gauche des cuves d'électrolyse d'au moins une file de cuves d'électrolyse.
De manière avantageuse, le au moins un circuit électrique secondaire comprend des conducteurs électriques s'étendant le long d'au moins une file de cuves d'électrolyse, sous lesdites cuves d'électrolyse.
De manière avantageuse, les conducteurs électriques du au moins un circuit électrique secondaire sont en matériau supraconducteur. Cela permet de diminuer la chute de tension à laquelle chaque circuit secondaire est soumis, ce qui permet des économies d'énergie et d'utiliser une sous-station d'alimentation de chaque circuit électrique secondaire de puissance plus faible, donc moins coûteuse. Cette caractéristique permet également de réduire les coûts de matière, par rapport à des conducteurs en aluminium ou en cuivre. Elle permet enfin de diminuer la taille des conducteurs électriques, ce qui se traduit par un gain de place dans l'aluminerie.
Selon une autre caractéristique de l'aluminerie selon l'invention, le conducteur électrique du au moins un circuit électrique secondaire longe au moins deux fois les cuves d'électrolyse de la ou des files.

WO 2013/007892 5 PCT / FR2012 / 000281 cathodic outlet of the tank passing through the bottom of the tank box electrolysis N + 1, and each short-circuiting electrical conductor being located at a low distance of one electrical conductors connected to one of the cathode outlets of the tank electrolysis NOT.
According to another characteristic of the aluminum plant according to the invention, the means of short circuiting of the N + 1 electrolytic cell comprise at least one driver electrical short-circuiting placed permanently between the electrolysis cell N
and the tank N + 1 electrolysis, each short-circuiting electrical conductor being joined electrically to one of the electrical conductors connected to a cathodic output of the tank through the bottom of the chamber of the electrolysis cell N, and each driver electric short-circuiting being located a short distance from one of the drivers electric connected at one of the cathode outlets of the N + 1 electrolytic cell.
The short distance between the shorting conductor and the other driver form locations for the introduction of shims for shorting. These holds short-can be introduced from above or from below into the second case.
Preferably, at least one secondary electrical circuit comprises electrical conductors along the right side and / or the left side of the tanks electrolysis of at least one row of electrolytic cells.
Advantageously, the at least one secondary electrical circuit comprises electrical conductors extending along at least one line of tanks electrolysis, under said electrolysis vessels.
Advantageously, the electrical conductors of the at least one circuit secondary electric are made of superconducting material. This allows to decrease the voltage drop at which each secondary circuit is subjected, which allows save energy and use a substation power each circuit secondary electric power lower, so less expensive. This feature also helps to reduce material costs, compared Has aluminum or copper conductors. It finally reduces the size of the electrical conductors, which results in a saving of space in the smelter.
According to another characteristic of the aluminum plant according to the invention, the driver electrical circuit of the at least one secondary electrical circuit runs along at least two times the vats electrolysis of the queues.

WO 2013/007892

6 PCT/FR2012/000281 Cette caractéristique offre la possibilité de diminuer l'intensité du courant parcourant ce circuit secondaire en vue de réaliser des économies d'énergie.
L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description détaillée qui est exposée ci-dessous en regard des dessins annexés dans lesquels :
- La figure 1 est une vue schématique de dessus d'une cuve d'électrolyse de l'état de la technique, - La figure 2 est une vue schématique d'une cuve d'électrolyse appartenant à
l'état de la technique, - La figure 3 une vue schématique de dessus d'une aluminerie selon un mode particulier de réalisation de la présente invention, - La figure 4 est une vue schématique d'une cuve N et d'une cuve N+1 d'une aluminerie selon un mode particulier de réalisation de l'invention, - Les figures 5 et 6 sont des vues en coupe selon respectivement les lignes 1-1 et Il-Il de la figure 4, - La figure 7 est une vue schématique d'une cuve d'électrolyse selon le mode de réalisation de la figure 4, - La figure 8 est une vue schématique de dessus de la cuve N et de la cuve N+1 d'une aluminerie selon le mode particulier de réalisation de la figure 4, - La figure 9 est une vue en coupe selon la ligne 111-11I de la figure 8, - La figure 10 est une vue schématique d'une cuve N et d'une cuve N+1 d'une aluminerie selon un autre mode particulier de réalisation de l'invention, - Les figures 11 et 12 sont des vues en coupe selon respectivement les lignes IV-IV et V-V de la figure 10, - La figure 13 est une vue schématique de dessus de la cuve N et de la cuve N+1 d'une aluminerie selon le deuxième mode particulier de réalisation de l'invention, - La figure 14 est une vue en coupe selon la ligne VI-V1 de la figure - Les figures 15 et 16 sont des vues schématiques de dessus d'une aluminerie 1 selon des modes particuliers de réalisation de l'invention, WO 2013/007892 6 PCT / FR2012 / 000281 This characteristic offers the possibility of decreasing the intensity of the current browsing this secondary circuit to achieve energy savings.
The invention will be better understood by means of the detailed description which is exposed below with reference to the accompanying drawings in which:
FIG. 1 is a schematic view from above of an electrolysis cell of the state of the technique, FIG. 2 is a schematic view of an electrolysis cell belonging to the state of the technique, - Figure 3 a schematic top view of an aluminum smelter according to a mode particular embodiment of the present invention, FIG. 4 is a schematic view of an N tank and an N + 1 tank of a aluminum plant according to a particular embodiment of the invention, - Figures 5 and 6 are sectional views respectively along the lines 1-1 and He-He of Figure 4, FIG. 7 is a schematic view of an electrolytic cell according to the mode of embodiment of FIG.
FIG. 8 is a schematic view from above of the vessel N and the vessel N + 1 an aluminum smelter according to the particular embodiment of FIG.
FIG. 9 is a sectional view along the line 111-11I of the figure 8, FIG. 10 is a schematic view of an N tank and an N + 1 tank of a aluminum plant according to another particular embodiment of the invention, - Figures 11 and 12 are sectional views respectively according to the lines IV-IV and VV of Figure 10, FIG. 13 is a schematic view from above of the vessel N and of the vessel N + 1 of an aluminum smelter according to the second particular embodiment of the invention, FIG. 14 is a sectional view along line VI-V1 of FIG.

- Figures 15 and 16 are schematic top views of an aluminum smelter 1 according to particular embodiments of the invention, WO 2013/007892

7 PCT/FR2012/000281 - Les figures 17, 18 et 19 sont des vues schématiques de profil de cathodes crénelées pouvant équiper une cuve d'une aluminerie selon un mode de réalisation de l'invention, - La figure 20 est une vue schématique de face d'un bloc cathodique crénelé
pouvant équiper une cuve d'une aluminerie selon un mode de réalisation de l'invention, - La figure 21 est une vue schématique de dessus d'un bloc cathodique crénelé
pouvant équiper une cuve d'une aluminerie selon un mode de réalisation de l'invention.
La figure 3 montre une aluminerie 1 comprenant une pluralité de cuves 2 d'électrolyse. Les cuves 2 d'électrolyse peuvent être par exemple rectangulaires. Elles présentent alors deux grands côtés 2a correspondant à leur longueur et deux petits côtés 2b correspondant à leur largeur.
Les petits côtés 2b de chaque cuve 2 peuvent être divisés en un côté gauche et un côté droit. Côté gauche et côté droit sont définis par rapport à un observateur placé au niveau du circuit électrique principal 4 et regardant dans le sens global d'acheminement du courant d'électrolyse l.
Les grands côtés 2a de chaque cuve 2 peuvent être divisés en un côté amont et un côté aval. Le côté amont correspond au grand côté 2a d'une cuve 2 adjacent à
la cuve 2 précédente, c'est-à-dire celle parcourue d'abord par le courant d'électrolyse l. Le côté
aval correspond au grand côté 2a d'une cuve 2 adjacent à la cuve 2 suivante, c'est-à-dire celle parcourue ensuite par le courant d'électrolyse I. D'une manière plus générale, amont et aval sont définis par rapport au sens global de circulation du courant d'électrolyse l.
Dans l'exemple de la figure 3, les cuves 2 sont alignées suivant deux axes parallèles, de manière à former une file F et une file F'. Chaque file F, F' peut comporter par exemple une centaine de cuves 2. Les files F et F' sont connectées électriquement en série l'une à l'autre. Les cuves 2 sont reliées électriquement en série les unes aux autres.
Une série de cuves 2, pouvant contenir plusieurs files F, F', est reliée à ses extrémités à
une sous-station d'alimentation 3. Le courant d'électrolyse l parcourt les cuves 2 les unes après les autres, définissant un circuit électrique principal 4.
Dans le mode de réalisation de la figure 3, les cuves 2 d'électrolyse sont agencées de sorte que leurs grands côtés 2a soient perpendiculaires à leur axe d'alignement.
Comme cela est visible sur la figure 3, l'aluminerie 1 comprend deux circuits électriques secondaires 5 et 6 distincts du circuit électrique principal 4.

WO 2013/007892 7 PCT / FR2012 / 000281 FIGS. 17, 18 and 19 are schematic views of cathode profiles crenellations which can equip a tank of an aluminum smelter according to a realisation of the invention, FIG. 20 is a schematic front view of a crenulate cathode block can equip a tank of an aluminum plant according to an embodiment of the invention, FIG. 21 is a schematic view from above of a crenulate cathode block can equip a tank of an aluminum plant according to an embodiment of the invention.
Figure 3 shows an aluminum smelter 1 comprising a plurality of tanks 2 electrolysis. The electrolysis tanks 2 may be for example rectangular. They then have two long sides 2a corresponding to their length and two short sides 2b corresponding to their width.
The short sides 2b of each tank 2 can be divided into a left side and a right side. Left side and right side are defined relative to a observer placed level of the main electrical circuit 4 and looking in the overall direction routing electrolysis current l.
The long sides 2a of each tank 2 can be divided into an upstream side and a downstream side. The upstream side corresponds to the long side 2a of a tank 2 adjacent to the tank 2 previous, that is to say, that first traversed by the current of electrolysis l. The side downstream corresponds to the long side 2a of a tank 2 adjacent to the next tank 2, that is to say that then traveled by the electrolysis current I. In a more generally, upstream and downstream are defined in relation to the overall direction of movement of the current electrolysis l.
In the example of FIG. 3, the tanks 2 are aligned along two axes parallel, so as to form a file F and a file F '. Each file F, F ' may include for example a hundred tanks 2. The lines F and F 'are connected electrically in series to each other. The tanks 2 are electrically connected in series with to each other.
A series of tanks 2, which can contain several rows F, F ', is connected to its ends to a power substation 3. The electrolysis current I goes through the tanks 2 each after others, defining a main electrical circuit 4.
In the embodiment of FIG. 3, the electrolysis tanks 2 are arranged so that their long sides 2a are perpendicular to their axis alignment.
As can be seen in FIG. 3, the aluminum smelter 1 comprises two circuits secondary electric 5 and 6 separate from the main electric circuit 4.

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8 PCT/FR2012/000281 Les circuits électriques secondaires 5 et 6 sont respectivement parcourus par des courants électriques 12 et 13. La valeur de l'intensité des courants électriques 12 et 13, est comprise entre 20% et 100% de celle de l'intensité du courant d'électrolyse l et de préférence entre 40% et 70%, et plus particulièrement encore de l'ordre de la moitié. Le sens d'acheminement des courants électriques 12 et 13 est avantageusement le même que le sens d'acheminement du courant d'électrolyse 11. Les circuits électriques secondaires 5 et 6 peuvent chacun être reliés à une sous-station d'alimentation respective 20 et 21, distincte de la sous-station d'alimentation 3, comme cela est visible par exemple sur la figure 15 ou sur la figure 16.
Les circuits électriques secondaires 5 et 6 sont formés par des conducteurs électriques disposés parallèlement aux axes d'alignement des cuves 2. Ils longent les côtés droits et gauches des cuves 2 d'électrolyse de chaque file F, F' de la série. Les circuits électriques secondaires 5 et 6 peuvent également passer en tout ou partie sous les cuves 2 d'électrolyse.
Afin de stabiliser les liquides contenus dans les cuves 2 d'électrolyse, il est possible d'utiliser, de manière alternative ou complémentaire à l'utilisation des circuits électriques secondaires 5 et 6, un ou plusieurs blocs cathodiques 8 présentant une face supérieure crénelée, comme cela est visible sur les figures 17 à 21. La face supérieure de ces blocs cathodiques 8 comprend au moins un canal 8a s'étendant longitudinalement sur une partie au moins de la longueur des blocs cathodiques 8. En fonctionnement, la surface supérieure des crénaux est recouverte par la nappe d'aluminium et les canaux 8a sont donc occupés par la nappe 11 d'aluminium qui se forme au cours de la réaction d'électrolyse. La hauteur de la nappe d'aluminium au dessus de la surface supérieure des créneaux est notamment comprise entre 3 et 20 cm. Ainsi, les créneaux et canaux 8a permettent de limiter les mouvements de la nappe 11 d'aluminium pendant la réaction d'électrolyse et contribuent ainsi à la stabilité et à un meilleur rendement des cuves 2 d'électrolyse.
Chaque cuve 2 d'électrolyse peut contenir une pluralité de blocs cathodiques 8 placés les uns à côté des autres. Au lieu de canaux 8a sur la face supérieure d'une ou plusieurs de ces blocs cathodiques 8, il est possible de prévoir une face supérieure inclinée, de sorte que les blocs cathodiques 8 placées les uns à côté des autres forment des canaux 8b, comme cela est représenté schématiquement sur la figure 19.
De tels blocs cathodiques à face supérieure crénelée sont notamment connus du document de brevet US5683559.

= CA 02841297 2014-01-08 8 PCT / FR2012 / 000281 The secondary electrical circuits 5 and 6 are respectively traversed by of the electric currents 12 and 13. The value of the currents intensity 12 and 13, is between 20% and 100% of the intensity of the electrolysis current l and of preferably between 40% and 70%, and more particularly in the order of half. The direction of routing of the electric currents 12 and 13 is advantageously the even that the direction of routing of the electrolysis current 11. Electrical circuits secondary 5 and 6 can each be connected to a respective substation 20 and 21, separate from the power substation 3, as can be seen by example on the Figure 15 or in Figure 16.
Secondary electrical circuits 5 and 6 are formed by conductors electrically arranged parallel to the alignment axes of the tanks.
along left and right sides of the electrolysis tanks 2 of each file F, F 'of the series. The Secondary electrical circuits 5 and 6 can also be used for all or part under the electrolysis tanks 2.
In order to stabilize the liquids contained in the electrolysis tanks 2, it is is possible to use, in an alternative or complementary way to the use of electrical circuits 5 and 6, one or more cathode blocks 8 having a face higher crenellated, as can be seen in FIGS. 17 to 21. The upper face of these blocks 8 comprises at least one channel 8a extending longitudinally on a at least part of the length of the cathode blocks 8. In operation, the area superior of the crenals is covered by the sheet of aluminum and the channels 8a are therefore occupied by the sheet of aluminum 11 that is formed during the reaction electrolysis. The height of the aluminum sheet above the surface superior of crenellations is in particular between 3 and 20 cm. Thus, the slots and 8a channels allow to limit the movements of the aluminum sheet 11 during the reaction electrolysis and thus contribute to stability and better performance vats 2 electrolysis.
Each electrolytic cell 2 may contain a plurality of cathode blocks 8 placed next to each other. Instead of channels 8a on the upper side one or several of these cathode blocks 8, it is possible to provide a face higher inclined, so that the cathode blocks 8 placed next to the others form 8b channels, as shown schematically in Figure 19.
Such cathodic blocks with a crenellated upper face are notably known from patent document US5683559.

= CA 02841297 2014-01-08

9 La face supérieure de ces blocs cathodiques 8 pourvus de canaux 8a longitudinaux peut également comporter un canal central 8c transversal, s'étendant au moins partiellement sur la largeur des blocs cathodiques 8. Le canal central 8c croise ainsi le ou les canaux 8a s'étendant au moins partiellement sur la longueur des blocs cathodiques 8.
Dans l'exemple des figures 20 et 21, le bloc cathodique 8 comprend sur sa face supérieure un canal central 8c disposé perpendiculairement aux canaux 8a s'étendant de manière sensiblement parallèle à la longueur du bloc cathodique 8.
Classiquement, comme cela est visible sur la figure 4, une cuve 2 d'électrolyse comprend un caisson 7 métallique, par exemple en acier. Le caisson 7 métallique présente une paroi latérale 7a et un fond 7b. Il est garni intérieurement par des matériaux réfractaires (non visibles). La cuve 2 d'électrolyse comporte également une cathode formée de blocs cathodiques 8 en matériau carboné et des anodes 9 en matériau carboné
également. Les anodes 9 sont destinées à être consommées au fur et à mesure de la réaction d'électrolyse dans un bain électrolytique 13 comportant notamment de la cryolithe et de l'alumine. Les anodes 9 sont reliées à une structure porteuse par des tiges 9 The upper face of these cathode blocks 8 provided with channels 8a longitudinal may also include a transverse central channel 8c, extending at least partially over the width of the cathode blocks 8. The central channel 8c crosses this way or the channels 8a extending at least partially over the length of the blocks cathodic 8.
In the example of FIGS. 20 and 21, the cathode block 8 comprises on its face a central channel 8c arranged perpendicularly to the channels 8a extending from substantially parallel to the length of the cathode block 8.
Conventionally, as can be seen in FIG. 4, a tank 2 electrolysis comprises a metal box 7, for example steel. The box 7 metallic has a side wall 7a and a bottom 7b. It is lined internally by materials refractory (not visible). The electrolysis tank 2 also comprises a cathode formed of cathode blocks 8 of carbon material and anodes 9 of material carbon also. The anodes 9 are intended to be consumed as and when the electrolysis reaction in an electrolytic bath 13 comprising in particular the cryolite and alumina. The anodes 9 are connected to a supporting structure by rods

10. Au cours de la réaction d'électrolyse, une nappe 11 d'aluminium liquide se forme. La cathode comprend des sorties cathodiques 12 traversant le caisson 7. Les sorties cathodiques 12 sont formées par exemple par des barres métalliques fixées sur les blocs cathodiques 8. Les sorties cathodiques 12 sont elles-mêmes reliées à des conducteurs électriques 14 permettant d'acheminer le courant d'électrolyse 11 depuis les sorties cathodiques 12 d'une cuve N (celle de gauche sur la figure 4) vers les anodes 9 d'une cuve N+1 (celle de droite sur la figure 4).
Le courant d'électrolyse l traverse d'abord l'anode 9 de la cuve N, puis le bain électrolytique 13, la nappe 11 d'aluminium liquide, la cathode, les sorties cathodiques 12 et les conducteurs électriques 14 qui l'acheminent ensuite vers l'anode 9 de la cuve suivante N+1.
Comme cela est représenté à la figure 4, qui illustre un mode particulier de réalisation de la présente invention, les sorties cathodiques 12 traversent avantageusement le fond 7b du caisson 7. Cela permet de réduire les courants électriques horizontaux en vue d'améliorer le rendement des cuves 2. En effet, pour une même masse d'acier utilisée pour la partie horizontale sous les anodes de la sortie cathodique, la densité de courant globale est diminuée et donc la chute de potentiel.
Aussi, les lignes de courant tendent à s'étendre de façon sensiblement rectiligne, et donc verticalement dans la nappe d'aluminium comme naturellement entre les anodes et les conducteurs électriques. La figure 7 montre à cet effet les lignes de courant parcourant une cuve 2 d'électrolyse. On remarque que les courants électriques horizontaux, en = CA 02841297 2014-01-08 particulier dans la nappe 11 d'aluminium liquide, sont sensiblement réduits par rapport à
ceux de la figure 2.
Un autre point remarquable est que les conducteurs électriques 14 s'étendent de manière rectiligne et parallèle à l'axe d'alignement des cuves 2 d'électrolyse depuis les sorties cathodiques 12 de la cuve N en direction de la cuve N+1 de sorte à
être parcouru lors du fonctionnement des cuves 2 d'électrolyse N, N+1 par le courant d'électrolyse uniquement dans un sens amont-aval. Le sens amont-aval correspond au sens global de circulation du courant d'électrolyse I. Ainsi, un observateur placé au niveau d'une cuve 2 d'électrolyse N et se déplaçant dans le sens amont-aval ne peut que se diriger que vers la cuve N+1. En particulier, pour atteindre la cuve N+1, cet observateur ne peut rebrousser chemin, même partiellement, en direction de la cuve N-1.
De plus, les conducteurs électriques 14 reliés aux sorties cathodiques 12 traversant le fond 7b du caisson 7 ne s'étendent pas sous la totalité de la largeur du caisson 7 de la cuve N; il n'y a aucune traversée complète d'une cuve 2 d'électrolyse sous son caisson 7 ou sur les côtés du caisson par un conducteur électrique 14. En particulier, ils ne traversent pas le plan contenant la paroi latérale amont du caisson 7 de la cuve N.
L'extension rectiligne uniquement vers l'aval parallèlement à l'axe d'alignement des cuves 2 d'électrolyse constitue le trajet électrique le plus court pouvant relier une sortie cathodique de la cuve N, traversant le fond 7b du caisson 7 de cette cuve N, jusqu'à
l'anode 9 de la cuve N+1 suivante. En effet, comme cela a été précédemment mentionné, le courant d'électrolyse 11 parcourant la cuve N traverse les sorties cathodiques 12 puis les conducteurs électriques 14 reliés aux sorties cathodiques 12. Le courant d'électrolyse l en parcourant les conducteurs électriques 14 est acheminé en ligne droite parallèlement à l'axe d'alignement des cuves 2 en direction de la cuve N+1 suivante. Cela permet notamment de faire des économies d'énergie.
De plus, cette disposition permet de limiter l'encombrement à proximité des cuves 2 d'électrolyse. Il devient alors possible de réduire l'entraxe séparant deux cuves 2 adjacentes afin d'augmenter la place disponible dans l'aluminerie 1, par exemple pour ajouter des cuves 2 d'électrolyse supplémentaires ou diminuer la taille des bâtiments.
En outre, le fait d'utiliser des conducteurs électriques 14 s'étendant de manière rectiligne d'une cuve à l'autre parallèlement à l'axe d'alignement des cuves 2 simplifie la structure de ces conducteurs électriques 14. Leur modularité rend leur fabrication plus économique.

= CA 02841297 2014-01-08 WO 2013/007892 10. During the electrolysis reaction, a sheet of liquid aluminum 11 form. The cathode comprises cathode outputs 12 passing through the box 7. The exits 12 are formed for example by metal bars fixed on the blocks The cathodic outputs 12 are themselves connected to conductors 14 for routing the electrolysis current 11 since the exits 12 of an N tank (the one on the left in FIG. 4) towards the anodes 9 of a tank N + 1 (the one on the right in FIG. 4).
The electrolysis current first passes through the anode 9 of the tank N, then the bath electrolyte 13, the sheet 11 of liquid aluminum, the cathode, the outlets cathodic 12 and the electrical conductors 14 which then convey it to the anode 9 of tank next N + 1.
As shown in Figure 4, which illustrates a particular mode of Embodiment of the present invention, cathodic outputs 12 pass through advantageously the bottom 7b of the box 7. This reduces the currents horizontal electrodes in order to improve the efficiency of the tanks.
for a same mass of steel used for the horizontal part under the anodes of the exit cathode, the overall current density is decreased and thus the fall of potential.
Also, the current lines tend to extend substantially rectilinear, and therefore vertically in the aluminum sheet as naturally between the anodes and the electrical conductors. Figure 7 shows the current lines for this purpose browsing an electrolysis tank 2. We notice that the electric currents horizontal, in = CA 02841297 2014-01-08 particularly in the sheet 11 of liquid aluminum, are substantially reduced compared to those of Figure 2.
Another remarkable point is that the electrical conductors 14 extend of rectilinear manner and parallel to the axis of alignment of the electrolysis tanks 2 since the cathode outlets 12 of the tank N towards the tank N + 1 so as to to be traveled during the operation of the electrolytic cells 2 N, N + 1 by the current electrolysis only in an upstream-downstream direction. The upstream-downstream direction corresponds to the meaning global flow of the electrolysis current I. Thus, an observer placed at the level of of a tank 2 electrolysis N and moving in the upstream-downstream direction can only be directed only towards N + 1 tank. In particular, to reach the N + 1 tank, this observer can not turn back way, even partially, in the direction of the tank N-1.
In addition, the electrical conductors 14 connected to the cathode outlets 12 crossing the bottom 7b of the box 7 do not extend under the entire width of the box 7 of the N tank; there is no complete crossing of an electrolysis tank 2 under its box 7 or on the sides of the box by an electrical conductor 14. In particular, they do not not pass through the plane containing the upstream side wall of the box 7 of the N. tank The straight extension only downstream parallel to the axis alignment of 2 electrolysis tanks is the shortest electrical path that can connect an output cathode of the tank N, passing through the bottom 7b of the box 7 of this tank N, until the anode 9 of the next tank N + 1. Indeed, as it was previously mentionned, the electrolysis current 11 flowing through the vessel N passes through the outlets cathodic 12 and then the electrical conductors 14 connected to the cathode outlets 12. The current electrolysis l by traversing the electrical conductors 14 is routed in a straight line in parallel to the alignment axis of the tanks 2 towards the next tank N + 1. it allows in particular to save energy.
In addition, this arrangement makes it possible to limit the space requirement near the vats 2 electrolysis. It becomes possible to reduce the distance between two vats 2 adjacent to increase the available space in the aluminum smelter 1, by example for add additional electrolysis cells 2 or decrease the size of buildings.
In addition, the fact of using electrical conductors 14 extending from way rectilinear from one tank to another parallel to the axis of alignment of the tanks 2 simplifies the structure of these electrical conductors. 14. Their modularity makes their manufacture more economic.

= CA 02841297 2014-01-08 WO 2013/007892

11 PCT/FR2012/000281 Il est à noter que cette disposition particulière est rendue possible notamment par l'existence du premier circuit électrique secondaire 5 et du deuxième circuit électrique secondaire 6 qui compensent les effets du champ magnétique créé par le courant d'électrolyse I, ou celle de la cathode à face supérieure crénelée qui stabilise les mouvements de la nappe 11 d'aluminium liquide. Il n'est en effet pas nécessaire de configurer les conducteurs électriques 14 de manière à obtenir une auto-compensation des effets de ce champ magnétique à l'échelle de chaque cuve 2 d'électrolyse.
Les figures 5 et 6 montrent une vue en coupe d'une cuve 2 d'électrolyse selon un mode de réalisation de l'invention, respectivement selon la ligne 1-1 et la ligne 11-11 de la figure 4. Il est possible de voir que le caisson 7 d'une cuve 2 est soutenu par une pluralité
d'arceaux 15. Les arceaux 15 sont disposés autour du caisson 7. Les arceaux 15 sont fixés contre la paroi latérale 7a et le fond 7b du caisson 7. Ils sont disposés parallèlement les uns par rapport aux autres. Un espace, délimité entre deux arceaux 15 consécutifs, est avantageusement occupé par les conducteurs électriques 14. On remarquera que les conducteurs électriques 14 peuvent raccorder les sorties cathodiques 12 par paires.
La figure 8 montre schématiquement le dessus d'une cuve N (à gauche sur la figure 8), placée en amont, et d'une cuve N+1 (à droite sur la figure 8), placée en aval, selon le mode de réalisation de la figure 4. La figure 9 montre une vue en coupe selon la ligne III-III de la figure 8. Les circuits électriques secondaires 5 et 6, disposés parallèlement aux petits côtés 2b des cuves 2 d'électrolyse, sont visibles. On remarquera également sous le caisson 7, les conducteurs électriques 14 qui s'étendent en ligne droite en direction de la cuve N+1. On remarquera également les arceaux 15 fixés sur la paroi latérale 7b du caisson 7 de la cuve N et entre lesquels s'étendent les conducteurs électriques 14. Les sorties cathodiques 12 peuvent être alignées selon un axe parallèle aux grands côtés 2a de la cuve 2 d'électrolyse, comme cela est visible en pointillés sur la figure 8.
La figure 10 illustre de façon schématique un autre mode particulier de réalisation d'une aluminerie 1 selon la présente invention. Les figures 11 et 12 montrent une vue en coupe respectivement selon les lignes 1V-IV et V-V de la figure 10. Dans ce mode de réalisation, les cuves 2 d'électrolyse présentent des premières sorties cathodiques 12 traversant le fond 7b du caisson 7, tandis que des deuxièmes sorties cathodiques 12, situées à l'aval des premières sorties cathodiques 12, traversent la paroi latérale 7a aval du caisson 7. Les cuves 2 d'électrolyse de l'aluminerie 1 selon ce deuxième mode de réalisation présentent ainsi des sorties cathodiques 12 mixtes >, car traversant le fond 7b et la paroi latérale 7a.

WO 2013/007892 11 PCT / FR2012 / 000281 It should be noted that this particular provision is made possible especially by the existence of the first secondary electrical circuit 5 and the second circuit electric secondary 6 that compensate for the effects of the magnetic field created by the current Electrolysis I, or that of the crenate-facing cathode which stabilizes movements of the sheet 11 of liquid aluminum. It is indeed not necessary to configure the electrical conductors 14 so as to obtain a compensation effects of this magnetic field at the scale of each electrolysis tank 2.
FIGS. 5 and 6 show a sectional view of an electrolytic cell 2 according to a embodiment of the invention, respectively along the line 1-1 and the line 11-11 of the figure 4. It is possible to see that the box 7 of a tank 2 is supported by plurality The arches 15 are arranged around the casing 7. The arches 15 are fixed against the side wall 7a and the bottom 7b of the box 7. They are arranged in parallel one to another. A space, delimited between two arches 15 consequential, is advantageously occupied by the electrical conductors 14. It will be noted that electrical conductors 14 can connect the cathode outputs 12 to pairs.
Figure 8 shows schematically the top of a tank N (left on the figure 8), placed upstream, and a tank N + 1 (on the right in FIG.
downstream, according to the embodiment of FIG. 4. FIG. 9 shows a sectional view according to line III-III of Figure 8. The secondary electrical circuits 5 and 6 arranged parallel to 2b small sides of electrolysis tanks 2, are visible. We will notice also under the box 7, the electrical conductors 14 which extend in a straight line in direction of the N + 1 tank. Note also the arches 15 fixed on the side wall 7b of box 7 of the tank N and between which extend the conductors 14. The cathode outputs 12 may be aligned along an axis parallel to the major sides 2a of the electrolysis tank 2, as can be seen in dashed lines in FIG.
8.
Figure 10 schematically illustrates another particular mode of production of an aluminum smelter 1 according to the present invention. Figures 11 and 12 show a view in respectively along lines 1V-IV and VV of Figure 10.
mode of realization, the electrolysis tanks 2 have first outputs cathodic 12 passing through the bottom 7b of the casing 7, while second outlets cathodic 12, located downstream of the first cathode outlets 12, pass through the wall lateral 7a downstream 7. The tanks 2 electrolysis of aluminum smelter 1 according to this second mode of realization thus have mixed cathode outputs 12> because crossing the bottom 7b and the side wall 7a.

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12 PCT/FR2012/000281 Cette disposition permet de faire davantage d'économies de matière, en raison de la diminution de la longueur, donc de la masse, des conducteurs électriques 14.
Avantageusement, les deuxièmes sorties cathodiques 12 traversant la paroi latérale 7a peuvent comporter un élément en un matériau meilleur conducteur électrique que l'acier, notamment en cuivre, sous la forme par exemple d'une plaque 16 ou d'un insert.
La plaque 16 en cuivre disposée sur une barre en acier permet, par sa conductivité
électrique élevée, de rééquilibrer les tensions au niveau des premières sorties cathodiques 12, traversant le fond 7b, et les deuxièmes sorties cathodiques 12, traversant la paroi latérale 7a, et de limiter ainsi les courants électriques horizontaux dans la nappe d'aluminium.
La figure 13 montre de façon schématique le dessus d'une cuve N, placée en amont (celle de gauche sur la figure 13), et d'une cuve N+1, placée en aval (celle de droite sur la figure 13), d'une aluminerie 1 selon le mode de réalisation présenté à la figure 10. La figure 14 est une vue en coupe selon la ligne VI-VI de la figure 13. Comme dans le mode de réalisation présenté à la figure 4, les conducteurs électriques 14 s'étendent entre les arceaux 15. De plus, ils s'étendent de manière rectiligne et sont parcourus lors du fonctionnement des cuves 2 d'électrolyse N, N+1 par le courant d'électrolyse uniquement en direction de la cuve N+1 située en aval de la cuve N, depuis les sorties cathodiques 12 traversant le fond 7b du caisson de la cuve N, afin de permettre l'acheminement du courant d'électrolyse l des sorties cathodiques 12 de la cuve N vers l'anode 9 de la cuve N+1.
Comme dans le mode de réalisation présenté à la figure 4, les circuits électriques secondaires 5 et 6 sont parallèles à l'axe d'alignement des cuves 2.
L'aluminerie 1 peut aussi comprendre avantageusement des moyens de court-circuitage de chaque cuve 2. Ces moyens de court-circuitage peuvent comprendre des conducteurs électriques 17 de court-circuitage, visibles sur les figures 4, 8, 10 et 13. Les conducteurs électriques 17 de court-circuitage sont disposés entre deux cuves d'électrolyse successives. Sur les figures 4, 8, 10 et 13, les conducteurs électriques 17 sont placés au contact des conducteurs électriques 14 reliés aux sorties cathodiques 12 traversant le fond 7b du caisson 7 de la cuve N+1, et à distance des conducteurs électriques 14 reliés aux sorties cathodiques 12 de la cuve N, de telle manière qu'un court espace sépare les conducteurs électriques 17 de court-circuitage des conducteurs électriques 14 reliés aux sorties cathodiques 12 de la cuve N, comme cela est notamment visible sur la figure 10.

WO 2013/007892 12 PCT / FR2012 / 000281 This provision allows for greater material savings, due to of the decreasing the length, therefore the mass, of the electrical conductors 14.
Advantageously, the second cathode outlets 12 passing through the wall lateral 7a may comprise an element made of a better electrical conductor material than steel, especially copper, in the form for example of a plate 16 or an insert.
The copper plate 16 arranged on a steel bar allows, by its conductivity high electricity, to rebalance the voltages at the level of the first exits 12, passing through the bottom 7b, and the second cathodic outputs 12, crossing the side wall 7a, and thus limit the horizontal electric currents in the tablecloth aluminum.
Figure 13 schematically shows the top of a tank N, placed in uphill (the one on the left in FIG. 13), and an N + 1 tank placed downstream (the one right on the 13), an aluminum smelter 1 according to the embodiment shown in FIG.
Figure 10. The FIG. 14 is a sectional view along the line VI-VI of FIG.
in the mode embodiment shown in FIG. 4, the electrical conductors 14 extend between 15. In addition, they extend in a straight line and are covered during the operation of electrolytic cells 2 N, N + 1 by the electrolysis current only towards the tank N + 1 situated downstream of the tank N, from the outlets cathodic 12 through the bottom 7b of the vessel of the vessel N, to allow the routing of electrolysis current l of the cathode outlets 12 from the tank N to the anode 9 of the tank N + 1.
As in the embodiment shown in FIG.
electrical secondary 5 and 6 are parallel to the axis of alignment of the tanks 2.
The aluminum smelter 1 may also advantageously comprise short-circuit means.
circuiting of each tank 2. These short-circuiting means can comprise of the electrical conductors 17 short-circuiting, visible in Figures 4, 8, 10 and 13. The 17 short-circuiting electrical conductors are arranged between two tanks successive electrolysis. In FIGS. 4, 8, 10 and 13, the drivers electric 17 are placed in contact with the electrical conductors 14 connected to the outputs cathodic 12 passing through the bottom 7b of the box 7 of the tank N + 1, and away from the conductors 14 connected to the cathode outlets 12 of the tank N, such way that a short space separates the electrical conductors 17 from short-circuiting conductors 14 connected to the cathode outlets 12 of the tank N, as is especially visible in Figure 10.

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13 PCT/FR2012/000281 Les conducteurs électriques 17 de court-circuitage sont destinés à court-circuiter une cuve N+1, par exemple pour enlever cette dernière pour des opérations de maintenance. La distance entre les conducteurs électriques 17 de court-circuitage et les conducteurs électriques 14 reliés aux sorties cathodiques 12 de la cuve N est alors comblée par une cale en un élément conducteur (non représenté) de manière à
conduire le courant d'électrolyse h de la cuve N à la cuve N+2 via cette cale, les conducteurs électriques 17 de court-circuitage et les conducteurs électriques 14 normalement disposés sous la cuve N+1 (c'est-à-dire les conducteurs électriques 14 reliés aux sorties cathodiques 12 traversant le fond 7b du caisson 7 de la cuve N+1 lorsque celle-ci est en place).
Il est également possible de prévoir des conducteurs électriques 17 de court-circuitage placés au contact des conducteurs électriques 14 reliés aux sorties cathodiques 12 de la cuve N et à distance des conducteurs électriques 14 reliés aux sorties cathodiques 12 de la cuve N+1 traversant le fond 7a du caisson 7.
Les conducteurs électriques 17 de court-circuitage peuvent être en aluminium.
Etant donné qu'ils ne sont parcourus qu'occasionnellement lors de court-circuitage par le courant d'électrolyse h (pour des opérations de maintenance d'une cuve 2, soit à
intervalles de plusieurs années), ils peuvent être dimensionnés pour travailler à la plus haute densité de courant admissible, ce qui permet de limiter leur masse.
Enfin, il est à noter que, de manière avantageuse, les conducteurs électriques formant les circuits électriques secondaires 5 et/ou 6 peuvent être en matériau supraconducteur.
Ces matériaux supraconducteurs peuvent par exemple comporter du BiSrCaCuO, du YaBaCuO, des matériaux connus des demandes de brevet W02008011184, US20090247412 ou encore d'autres matériaux connus pour leurs propriétés supraconductrices.
Les matériaux supraconducteurs sont utilisés pour transporter du courant avec peu ou pas de perte par génération de chaleur par effet Joule, car leur résistivité est nulle lorsqu'ils sont maintenus en-dessous de leur température critique.
A titre d'exemple, un câble supraconducteur comprend une âme centrale en cuivre ou en aluminium, des rubans ou des fibres en matériau supraconducteur, et une enveloppe cryogénique. L'enveloppe cryogénique peut être formée par une gaine contenant un fluide de refroidissement, par exemple de l'azote liquide. Le fluide de refroidissement permet de maintenir la température des matériaux supraconducteurs à

WO 2013/007892 13 PCT / FR2012 / 000281 The short-circuiting electrical conductors 17 are intended to short-circuit circuited a tank N + 1, for example to remove the latter for operations of maintenance. The distance between the electrical conductors 17 short-circuit and electrical conductors 14 connected to the cathode outlets 12 of the tank N is so filled by a wedge into a conductive element (not shown) so as to drive the electrolysis current h from the tank N to the tank N + 2 via this hold, the conductors 17 electrical short-circuiting and electrical conductors 14 normally arranged under the vessel N + 1 (that is, the connected electrical conductors 14 at the outputs 12 through the bottom 7b of the box 7 of the tank N + 1 when the latter this is in square).
It is also possible to provide electrical conductors 17 of short circuit placed in contact with the electrical conductors 14 connected to the outputs cathode 12 of the tank N and away from the electrical conductors 14 connected to the exits cathodic 12 of the tank N + 1 passing through the bottom 7a of the box 7.
The electrical conductors 17 shorting may be aluminum.
Being given that they are traveled only occasionally during short-circuiting speak electrolysis current h (for maintenance operations of a tank 2, either at intervals of several years), they can be sized to work at the most high current density permitting to limit their mass.
Finally, it should be noted that, advantageously, electrical conductors forming the secondary electrical circuits 5 and / or 6 may be material superconductor.
These superconducting materials may for example comprise BiSrCaCuO, YaBaCuO, materials known from patent applications WO2008011184, US20090247412 or other materials known for their properties Superconducting.
Superconducting materials are used to carry current with little or no loss by heat generation by Joule effect, because their resistivity is zero when kept below their critical temperature.
For example, a superconducting cable comprises a central core in copper or aluminum, ribbons or fibers of superconducting material, and a cryogenic envelope. The cryogenic envelope may be formed by a sheath containing a cooling fluid, for example liquid nitrogen. The fluid of cooling helps maintain the temperature of the materials superconductors WO 2013/007892

14 PCT/FR2012/000281 une température inférieure à leur température critique, par exemple inférieure à 100 K
(Kelvin), ou comprise entre 4 K et 80 K.
L'utilisation de conducteurs électriques en matériau supraconducteur pour former les circuits électriques secondaires 5 et 6 est particulièrement intéressante du fait de leur longueur, de l'ordre de deux kilomètres. L'utilisation de conducteurs électriques en matériau supraconducteur nécessite une tension moindre par rapport à celle nécessitée par des conducteurs électriques en aluminium ou en cuivre. Ainsi, il est possible de diminuer la tension de 30 V à 1 V. Cela représente une réduction de la consommation d'énergie de l'ordre de 75 % à 99 % par rapport à des conducteurs électriques en aluminium. De plus, le coût des sous-stations d'alimentation 20 et 21, respectivement du circuit électrique secondaire 5 et du circuit électrique secondaire 6, est réduit en conséquence.
Les conducteurs électriques des circuits électriques secondaires 5 et 6 peuvent longer avantageusement au moins deux fois une file F de cuves 2 d'électrolyse.
Le faible encombrement des conducteurs électriques en matériau supraconducteur par rapport à des conducteurs électriques en aluminium ou en cuivre (section jusqu'à 150 fois plus faible que la section d'un conducteur en cuivre pour une intensité
égale, et davantage encore par rapport à un conducteur en aluminium) facilite en effet la réalisation de plusieurs tours en série dans les boucles formées par les circuits électriques secondaires 5 et 6.
De plus, il est possible de contenir le conducteur électrique d'un circuit à
l'intérieur d'une unique gaine de refroidissement quelque soit le nombre de tours réalisés par ce même conducteur. A un endroit donné, la gaine peut donc contenir plusieurs passages du même conducteur électrique en matériau supraconducteur.
Le fait que la boucle formée par les circuits électriques secondaires 5 et 6 comprennent plusieurs tours en série permet de diviser (autant de fois que le nombre de tours réalisés) l'intensité du courant électrique 12, 13 traversant respectivement le circuit électrique secondaire 5 et le circuit électrique secondaire 6. La réduction de la valeur de cette intensité permet de diminuer les pertes d'énergie par effet Joule au niveau des jonctions entre les conducteurs électriques en matériau supraconducteur et les pôles des sous-stations d'alimentation. La diminution de l'intensité globale avec des conducteurs électriques en matériau supraconducteur permet de diminuer la taille des sous-stations d'alimentation 20 et 21. Par exemple, la sous-station d'alimentation 20 ou 21 du circuit électrique secondaire 5 ou du circuit électrique secondaire 6 comprenant un conducteur WO 2013/007892 14 PCT / FR2012 / 000281 a temperature below their critical temperature, for example lower at 100 K
(Kelvin), or between 4 K and 80 K.
The use of electrical conductors of superconducting material for form the secondary circuits 5 and 6 are particularly interesting because of their length, of the order of two kilometers. The use of drivers electric superconducting material requires less voltage compared to that necessitated by electrical conductors made of aluminum or copper. So, he is possible to decrease the voltage from 30 V to 1 V. This represents a reduction in consumption 75% to 99% of energy compared to electrical conductors in aluminum. In addition, the cost of substations 20 and 21, respectively secondary electrical circuit 5 and the secondary electrical circuit 6, is reduced in result.
Electrical conductors of secondary electrical circuits 5 and 6 can advantageously at least twice a row F of electrolysis tanks 2.
The small size of the electrical conductors of superconducting material compared to aluminum or copper electrical conductors (section up to 150 times smaller than the section of a copper conductor for an intensity equal, and even more with respect to an aluminum conductor) facilitates realization several rounds in series in the loops formed by the circuits electrical Secondary 5 and 6.
In addition, it is possible to contain the electrical conductor of a circuit to interior a single cooling jacket whatever the number of turns made by same driver. In a given place, the sheath can therefore contain several passages from same electrical conductor made of superconducting material.
The fact that the loop formed by the secondary electrical circuits 5 and 6 include several rounds in series can divide (as many times as the number of realized turns) the intensity of the electric current 12, 13 crossing respectively the circuit secondary electrical system 5 and the secondary electrical circuit 6. The reduction the value of this intensity makes it possible to reduce energy losses by Joule effect at level of junctions between the electrical conductors of superconducting material and the poles substations. The decrease in overall intensity with conductors electrical devices made of superconducting material makes it possible to reduce the size of stations 20 and 21. For example, the substation 20 or 21 of the circuit secondary electrical system 5 or the secondary electrical circuit 6 comprising a driver WO 2013/007892

15 PCT/FR2012/000281 électrique en matériau supraconducteur peut délivrer un courant d'intensité de l'ordre de 5 kA à 40 kA. Cela permet ainsi d'utiliser des équipements couramment vendus dans le commerce et donc peu onéreux.
Il est à noter que les conducteurs électriques en matériau supraconducteur peuvent être disposés sous les cuves 2 d'électrolyse.
Ainsi, l'aluminerie 1 selon l'invention présente un ensemble de caractéristiques dont la combinaison concourt par un effet de synergie à la réduction des coûts de conception, fabrication et d'exploitation de cette aluminerie 1, et l'augmentation de son rendement.
Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits ci-dessus, ces modes de réalisation n'ayant été donnés qu'à titre d'exemples. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments ou par la substitution d'équivalents techniques, sans pour autant sortir du domaine de protection de l'invention. 15 PCT / FR2012 / 000281 electric superconducting material can deliver a current of intensity of the order of 5 kA at 40 kA. This allows the use of commonly sold equipment in the trade and therefore inexpensive.
It should be noted that electrical conductors of superconducting material can be placed under the electrolysis tanks 2.
Thus, the aluminum plant 1 according to the invention has a set of characteristics of which the combination contributes by a synergistic effect to the reduction of the costs of design, manufacturing and operating this aluminum smelter 1, and increasing its performance.
Of course, the invention is not limited to the embodiments described above above, these embodiments having been given only by way of examples. of the modifications are possible, in particular from the point of view of various elements or by the substitution of technical equivalents, without leave the field of protection of the invention.

Claims

1. Aluminerie (1) comprising:
(i) a series of electrolytic tanks (2) for production of aluminum according to the Hall-Héroult process, each electrolytic cell (2) comprising at least one anode (9), a cathode (8) and a box (7) provided with a side wall (7a) and a bottom (7b), each cathode (8) comprising at least one cathode output (12), (ii) a main electrical circuit (4) traversed by an electrolysis current (I1), connecting electrically the electrolytic tanks (2) to each other, the electrolysis current (I1) first traversing a tank (2) Electrolysis N, placed upstream, and secondly a tank (2) N + 1 electrolysis, placed at downstream said main electrical circuit (4) comprising an electrical conductor (14) connected to each cathode output (12) of the electrolysis vessel (2) N, the electrical conductor (14) also being connected to the at least one anode (9) of the electrolytic cell (2) N + 1, for conveying the electrolysis current (I1) of the tank (2) electrolysis N to the tank (2) N + 1 electrolysis, characterized in that the aluminum smelter (1) further comprises (iii) at least one means for stabilizing the electrolytic cells (2) from among minus one secondary electric circuit (5, 6) traversed by an electric current (I2, I3), allowing to compensate the magnetic field created by the electrolysis current (I1), or use a cathode with a crenellated surface, and in that at least one of the cathode output (s) (12) of the cathode (8) of the tank (2) N electrolysis through the bottom (7b) of the box (7), each electrical conductor (14) extending from each cathode output (12) of the electrolytic cell (2) N towards the electrolytic cell (2) N + 1 is traveled during operation of the electrolytic cells (2) N, N + 1 by the current Electrolysis (I1) in an upstream-downstream direction only.

2. Aluminerie (1) according to claim 1, characterized in that the vats (2) electrolysis are aligned along an axis, and in that the driver electric (14) extends substantially rectilinearly and substantially parallel to the axis alignment of the electrolytic cells (2).

3. Aluminerie (1) according to claim 1 or claim 2, characterized in this each cathode (8) further comprises at least one cathode outlet (12) passing through the downstream side wall (7a) of the box (7).

4. Smelter (1) according to one of claims 1 to 3, characterized in that each downstream cathode output (12) passing through the side wall (7a) of the box (7) of the electrolytic tank (2) N comprises a metal bar, more particularly formed of steel, with a copper insert or plate (16).

5. Smelter (1) according to one of claims 1 to 4, characterized in that the box (7) of the electrolysis tank (2) N comprises several arches (15) fixed to the wall lateral (7a) and bottom (7h) of the box (7), the electrical conductors (14) connected to each cathode output (12) passing through the bottom (7b) of the box (7) of the tank (2) electrolysis N extending between the arches (15).

6. Smelter (1) according to one of claims 1 to 5, characterized in that the Electrolytic tanks (2) comprise short-circuiting means.

7. Smelter (1) according to claim 6, characterized in that the means of short-circuiting of the N + 1 electrolytic cell (2) comprises at least one driver electrical short-circuiting (17) permanently placed between the tank (2) electrolysis N and the electrolytic tank (2) N + 1, each electrical conductor (17) of short circuit being electrically connected to one of the electrical conductors (14) connected to an output cathode (12) of the tank (2) passing through the bottom (7b) of the box (7) of the tank (2) N + 1 electrolysis, and each short-circuiting electrical conductor (17) being located at a short distance one of the electrical conductors (14) connected to one of the cathode outlets (12) of the tank (2) electrolysis N.

8. Smelter (1) according to claim 6, characterized in that the means of short-circuiting of the N + 1 electrolytic cell (2) comprises at least one driver electrical short-circuiting (17) permanently placed between the tank (2) electrolysis N and the electrolytic tank (2) N + 1, each electrical conductor (17) of short circuit being electrically connected to one of the electrical conductors (14) connected to an output cathode (12) of the tank (2) passing through the bottom (7b) of the box (7) of the tank (2) electrolysis N, and each electrical conductor (17) shorting being located at a low distance one of the electrical conductors (14) connected to one of the cathode outlets (12) of the tank (2) N + 1 electrolysis.

9. Aluminerie (1) according to one of claims 1 to 8, characterized in that the water least one secondary electrical circuit (5, 6) includes conductors electrical along the right side and / or the left side of the electrolysis tanks (2) least one line (F, F ') of electrolytic tanks (2).

10. Aluminerie (1) according to one of claims 1 to 9, characterized in that that the at least one secondary electrical circuit (5, 6) includes conductors electrical extending along at least one line (F, F ') of electrolytic tanks (2), under said electrolytic tanks (2).

11. Smelter (1) according to one of claims 9 to 10, characterized in that that electrical conductors of the at least one secondary electrical circuit (5, 6) are in superconducting material.

12. Aluminerie (1) according to claim 11, characterized in that the driver electrical circuit of the at least one secondary electrical circuit (5, 6) runs along at least twice electrolytic tanks (2) for the line (s) (F, F ').