Procédé pour la préparation électrolytique d'aluminium d'une grande pureté. La présente invention est relative à un procédé pour la. préparation d'aluminium d'une brande pureté, procédé conformément auquel le métal est extrait ou séparé électro- lytiquement d'un alliage dudit métal en fai sant passer le courant à travers un électro lyte qui flotte, îi. l'état fondu.
sur l'alliage fondu, cet alliage servaait d'anode et l'alu minium extrait se déposant sur une couche d'aluminium fondu qui sert de cathode et qui flotte à son tour sur l'électrolyte, ce dernier étant pratiquement libre de chlorures et étant composé de façon à. avoir une action sélec tive de dissolution de l'aluminium contenu clans l'alliage.
Dans un procédé de production de l'alu minium extrêmement répandu, @dans lequel l'aluminium est obtenu par réduction de son oxyde, on emploie, comme électrolyte, un bain de cryolite, mais dans le procédé selon l'in vention. procédé dans lequel le métal affiné doit flotter sur l'électrolyte, un tel bain ne peut pas être employé seul, car, à l'état fondu, il est moins dense que l'aluminium;
celui-ci coulerait clone au fond des récipients. On peut cependant préparer un bain réunis sant les -caractéristiques voulues de densité, de fluidité, de stabilité, de capacité de disso lution :de l'alumine, de conductibilité, ce bain possédant aussi la propriété de -dissoudre sé lectivement et de déposer l'aluminium pen dant l'électrolyse, en ajoutant à la. cryolite (ou de préférence à un mélange de fluorures d'aluminium et de sodium plus riche en fluorure d'aluminium que la. cryolite) des fluorures de métaux alcalino-terreux (ba ryum, strontium, calcium et magnésium).
Ces sels forment, avec la cryolite, des mélanges facilement fusibles; l'expérience a démontré que le fluorure de magnésium a une action moins prononcée que les autres fluorures pour augmenter la densité du bain. Il a été observé que, entre certaines limites, des mélanges, des substances précitées donnent d'excellents électrolytes et qu'avec un tel bain il n'y a pas de perte appréciable de fluorure d'alu minium par volatilisation à la température de travail.
La conductibilité électrique et le pouvoir -dissolvant (le l'alumine d'un tel bain sont également bons.
De plus, l'usage, clans un électrolyte, d'un sel halogène autre qu'un fluorure est en géné ral désavantageux et dans certains cas pra tiquement impossible. Il en est particulière ment ainsi dans les procédés dctiiié - à. pro duire de l'aluminium pratiquement pur parce que la, présence de chlorures, dans, le bain dé termine la, dissolution et le dépôt de substan ces antres que l'aluminium, -par exemple le zinc, le fer, le titane, le cuivre et, le silicium.
Il en résulte que si l'anode contient quelques- unes desdites substances, le métal formant la, ,cathode peut être souillé par elles dans une mesure impossible à admettre.
En d'autres teignes, si des anions de chlore existent dans le bain, il est difficile et, dans certains cas, impossible d'empêcher la dissolution de subs tances autres que l'aluminium contenues clan: l'anode et le dépôt desdites substances sur la cathode.
D'autre part, la présence d'anions d'oxygène peut être pe-innise. Par suite, dans le procédé faisant l'objet de la présente inven tion, on utilise un bain ou électrolyte qui peut contenir, outre les anions du fluor, des anion d'oxygène, mais qui est pratiquement exempt de chlorures et qui, par suite, comme le mon tre l'expérience, exerce une action sélective vraiment efficace sur l'alliage constituant l'a node;
en effet, l'aluminium est dissous à clusion d'autres métaux dans de.s conditions où il faudrait s'attendre à voir se dissoudre des quantités considérables d'autre métaux: ceux-ci se dissoudraient en fait réellement -si des quantités appréciables de chlorures exis taient dans le bain.
La densité de l'aluminium à 99,75 ï'o de pureté est d'environ 2,29 gr par centimètre cube à la, température de<B>1000</B> C. A. cette température, la densité de la cryolite fondue est d'environ 2,10 gr par centimètre cube.
Pour augmenter la densité de la ery olitc. de telle manière que l',aluminium flotte .sur elle à la température indiquée, on peut ajouter en viron 20 parties de fluorure de baryum à 80 parties de cryolite. Si l'on utilise le fluorure
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-dc, <SEP> calcium, <SEP> il <SEP> faut <SEP> environ <SEP> -10 <SEP> parties <SEP> de <SEP> ce
<tb> corps <SEP> pour <SEP> 60 <SEP> parties <SEP> de <SEP> cryolite.
<SEP> Tandis <SEP> que
<tb> le <SEP> mélange <SEP> ci-dessus <SEP> mentionné <SEP> de <SEP> cryolite <SEP> et
<tb> de <SEP> fluorure <SEP> (le <SEP> baryum <SEP> est <SEP> complètement
<tb> fondu <SEP> à <SEP> des <SEP> températures <SEP> dépassant <SEP> <B>965</B> <SEP> <SEP> C,
<tb> des <SEP> niélan <SEP> des <SEP> de <SEP> fluorure <SEP> de <SEP> calcium <SEP> et <SEP> dc
<tb> cryolite <SEP> contenant <SEP> environ <SEP> .10 <SEP> ,ô <SEP> ou <SEP> plus <SEP> en
<tb> poids <SEP> du <SEP> premier <SEP> corps, <SEP> nécessitent <SEP> une <SEP> tem pérature <SEP> supérieure <SEP> à <SEP> <B><I>1000</I></B> <SEP> <SEP> C <SEP> pour <SEP> "être <SEP> main tenues <SEP> en <SEP> fusion. <SEP> La.
<SEP> température <SEP> de <SEP> travail
<tb> du <SEP> bain <SEP> atteindrait <SEP> ainsi <SEP> une <SEP> valeur <SEP> indési rable <SEP> et <SEP> même <SEP> impossible <SEP> à <SEP> réaliser <SEP> pratique ment <SEP> dans <SEP> certains <SEP> cas. <SEP> Par <SEP> contre, <SEP> des <SEP> mé langes <SEP> <B>de,</B> <SEP> -cryolite <SEP> et <SEP> d'un <SEP> ou <SEP> plusieurs <SEP> fluo rures <SEP> de <SEP> métaux <SEP> alcalino-terreux <SEP> ayant <SEP> des
<tb> poids <SEP> atomiques <SEP> supérieurs <SEP> à <SEP> 80 <SEP> conviennent
<tb> en <SEP> général;
<SEP> toutefois, <SEP> le <SEP> radium <SEP> doit <SEP> être <SEP> bien
<tb> entendu <SEP> écarté <SEP> pour <SEP> des <SEP> raisons <SEP> évidentes.
<tb> C'est <SEP> ainsi <SEP> que <SEP> des <SEP> mélanges <SEP> de <SEP> cil <SEP> otite <SEP> et <SEP> (le
<tb> fluortiro <SEP> de <SEP> baryum <SEP> contenant <SEP> de <SEP> 20 <SEP> à <SEP> 60 <SEP> 'î)
<tb> en <SEP> poids <SEP> (c:
<SEP> fluorure <SEP> de <SEP> baryum <SEP> fondent <SEP> fa cilement <SEP> à. <SEP> des <SEP> températures <SEP> inférieures <SEP> à
<tb> <B>1000'</B> <SEP> C'. <SEP> et. <SEP> ont, <SEP> à <SEP> l'état. <SEP> fondu, <SEP> des <SEP> densités
<tb> comprises <SEP> entre <SEP> 2,38 <SEP> et <SEP> 3,15 <SEP> gr <SEP> par <SEP> centimètre
<tb> cube <SEP> ii, <SEP> <B>100()" <SEP> C</B>.
<SEP> Même <SEP> le <SEP> plus <SEP> dense <SEP> de <SEP> ces
<tb> mélanges <SEP> est <SEP> suffisamment <SEP> léger <SEP> pour <SEP> flotter
<tb> sur <SEP> un <SEP> -rand <SEP> nombre <SEP> d'alliages <SEP> d'aluminium
<tb> fondus <SEP> qui <SEP> conviennent <SEP> comme <SEP> anode <SEP> pour
<tb> l'affinage <SEP> électrolytique <SEP> de <SEP> l'aluminium.
<tb> Un <SEP> ntcllange <SEP> fondu <SEP> de <SEP> cryolite <SEP> et <SEP> de <SEP> flux,
<tb> cure <SEP> de <SEP> strontium <SEP> contenant <SEP> de <SEP> 2ï1 <SEP> ô <SEP> à <SEP> 60
<tb> de <SEP> cette <SEP> dernière <SEP> substance <SEP> donne <SEP> également
<tb> des <SEP> densités <SEP> convenant <SEP> pour <SEP> l'obtention <SEP> dit
<tb> résultat <SEP> clierclié,
<SEP> niais <SEP> ceux <SEP> de <SEP> ces <SEP> mélanges
<tb> qui <SEP> contiennent <SEP> plus <SEP> de <SEP> 40 <SEP> @ <SEP> de <SEP> fluorure <SEP> de
<tb> strontium <SEP> :ont <SEP> en <SEP> général <SEP> moins <SEP> aisément <SEP> fu sibles <SEP> due <SEP> les <SEP> mélanges <SEP> avant <SEP> une <SEP> teneur <SEP> cor respondante <SEP> en <SEP> fluorure <SEP> de <SEP> baryum.
<tb> Lorsqu'on <SEP> travaille <SEP> avec <SEP> Lui <SEP> bain <SEP> du <SEP> type
<tb> ci-dessus <SEP> décrit, <SEP> on <SEP> a <SEP> reconnu <SEP> qu'il <SEP> se <SEP> forme
<tb> un <SEP> dépôt <SEP> considérable <SEP> de <SEP> sodium <SEP> métallique
<tb> sur <SEP> la. <SEP> cathode;
<SEP> ce <SEP> sodium, <SEP> qui <SEP> est <SEP> à <SEP> l'état <SEP> de
<tb> vapeur, <SEP> passe <SEP> à <SEP> travers <SEP> la <SEP> cathode <SEP> d'alu minium <SEP> fondu <SEP> q4 <SEP> donne <SEP> lien <SEP> à. <SEP> des <SEP> difficulté
<tb> au <SEP> point <SEP> de <SEP> vue <SEP> du <SEP> passage <SEP> du <SEP> courant <SEP> pro venant <SEP> du <SEP> métal-cathode. <SEP> Les <SEP> tiges <SEP> de <SEP> subs tance <SEP> charbonneuse <SEP> utilisées <SEP> pour <SEP> transporter
<tb> le <SEP> courant <SEP> lior:
s <SEP> de. <SEP> la <SEP> couche <SEP> flottante <SEP> d'a-ti- minium sont attaquées et même désagrégées par le sodium, mais on a reconnu que cette difficulté peut être .diminuée, sans modifier d'une manière appréciable la densité du bain fondu, en forçant .la teneur en fluorure d'alu minium par rapport à celle en fluorure de sodium, bien qu'une telle augmentation ait pour .effet d'élever, d'une manière appréciable, la résistance électrique du bain. On peut aussi dans le même but former .autour -des dites tiges une couche de la matière consti tuant le bain.
-Voici, à titre d'exemple, la composition ap- p.roxime.tive d'un bain ou électrolyte qui, d'après l'expérience, donne des résultats sa tisfaisants:
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Fluorure <SEP> de <SEP> baryum <SEP> 30 <SEP> à <SEP> 38
<tb> Fluorure <SEP> -de <SEP> sodium <SEP> 25 <SEP> à <SEP> 30
<tb> Fluorure <SEP> d'aluminium <SEP> 30 <SEP> à <SEP> 38
<tb> Alumine <SEP> 0,5 <SEP> à.0,7
<tb> Fluorures <SEP> de <SEP> calcium <SEP> et <SEP> de <SEP> magné sium <SEP> (constituant <SEP> les <SEP> impuretés
<tb> inévitables) <SEP> environ <SEP> 2 Un tel bain est complètement fondu à toutes les températures supérieures à environ <B>900'</B> C;
il permet -d'exécuter l'électrolyse<B>à</B> une température d'environ<B>950'</B> C; à. cette température, la stabilité du bain est satisfai sante, sa conductibilité électrique est bonne e1: sa densité l'est également; de plus, un tel bain est capable @de -dissoudre une quantité satisfaisante d'alumine.
Il est bien entendu que les fluorures de sodium :et d'aluminium -de l'électrolyte peu vent être fournis, tout au moins en partie, par de la, cryolite dont la- formule communé ment admise est-." <B>3</B> Na.FI . AIFlg.
On a reconnu que la densité de ces bains fondus décroît, lorsque la. température s'élève, plus rapidement que la. densité de l'alumi nium fondu; c'est pourquoi il est avantageux de prévoir une marge de sécurité bien nette entre les deux densités :afin que si la cuve se trouve surchauffée, le bain ne devienne pas suffisamment léger pour permettre à la couche supérieure -d'aluminium de -couler .au fond.
La densité d'un bain ayant la,compos,i- tion ci-dessus indiquée est comprise entre 2,5 et 2.7 à<B>950'</B> Cet entre 2,4 et<B>2,6</B> à<B>1100'</B> C; par suite, l'aluminium pur flottera sur le bain à ces températures, puisque la densité de ce métal à. 950 est d'environ 2,30, tandis qu'elle est de 2,26 gr par centimètre cuire à 1100 Il C.
Un bain contenant de la cryolite et 60<B>'A</B> de fluorure de baryum .dissout de 4 à 5 d'alumine; un bain .analogue contenant 40 de fluorure .de baryum, bain -qui aurait un poids spécifique d'environ 2,73, dissoudrait de 8 à 9 % d'alumine à<B>1000'</B> C. Des électro lytes de ce genre sont par suite avantageux pour les raisons qui vont être exposées.
L'alumine devient plus soluble ,dans un bain quelconque de cryolite lorsque la, tem pérature de ce bain est élevée, mis si l'on ajoute de l'alumine jusqu'à ce .que le bain soit saturé, on observera qu'une faible chute de température déterminera la précipitation d'une certaine quantité d'alumine sous la forme de corindon ou sous une forme analogue, le précipité entraînant avec lui une quantité plus -ou moins grande de bain. Dans une cuve en travail,<B>la</B> partie du bain -qui est en contact avec les parois, de même que la par tie qui formé la croûte supérieure ou qui vient en contact avec elle,
est habituellement à une température nettement inférieure à celle de la partie principale -du bain; par suite, s'il entre dans le bain une quantité suffisante d'alumine pour saturer la. partie principale dudit bain, la circulation naturelle provoque le dépôt sur les parois de la cuve, d'une par tie de l'alumine sous la forme d'une croûte qui s'épaissit. La. pratique de .ce travail a montré que, lorsque l'alumine a cristallisé sous cette forme une première fois, il est ex trêmement difficile ,de la, redissoudre dans le bain.
Une -certaine quantité d'une telle croûte. à l'intérieur de la cuve, est utile pour l'amélioration -des propriétés d'isolement ca lorifique et électrique de la cuve, mass, pour empêcher la formation d'un -dépôt trop im portant qui, sans cela, remplirait progressive ment la. cuve et s'opposerait au travail, il im-
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porte <SEP> de <SEP> maintenir <SEP> la <SEP> teneur <SEP> en <SEP> alumine <SEP> à
<tb> une <SEP> valeur <SEP> inférieure <SEP> au <SEP> point <SEP> de <SEP> saturation.
<tb> Pour <SEP> inainteirir <SEP> cette <SEP> condition, <SEP> il <SEP> est <SEP> par
<tb> .uïte <SEP> désirable, <SEP> dans <SEP> la <SEP> pratique.
<SEP> de <SEP> donner
<tb> au <SEP> bain <SEP> la <SEP> propriété <SEP> de <SEP> dissoudre <SEP> une <SEP> quantité
<tb> considérable <SEP> d'alumine, <SEP> afin <SEP> de <SEP> permettre <SEP> les
<tb> variations <SEP> inévitables <SEP> dues <SEP> aux <SEP> conditions <SEP> du
<tb> travail; <SEP> l'une <SEP> quelconque <SEP> des <SEP> causes <SEP> ci-après
<tb> peut <SEP> agir <SEP> pour <SEP> ajouter <SEP> de <SEP> l'alumine <SEP> au <SEP> bain:
<tb> _I) <SEP> L'livrlroli-se <SEP> du <SEP> fluorure <SEP> d'aluminium
<tb> par <SEP> l'humidité. <SEP> L'action <SEP> de <SEP> capillarité <SEP> fait
<tb> monter, <SEP> d'une <SEP> manière <SEP> continue, <SEP> nu(- <SEP> certaine
<tb> partie <SEP> du <SEP> bain <SEP> entre <SEP> la <SEP> ouche <SEP> supérieure <SEP> du
<tb> métal <SEP> et <SEP> la <SEP> paroi <SEP> .de <SEP> la. <SEP> cuve;
<SEP> cette <SEP> partie <SEP> du
<tb> bain <SEP> forme <SEP> une <SEP> croûte <SEP> au-dessus <SEP> du <SEP> métal,
<tb> croûte <SEP> qui <SEP> est <SEP> maintenue <SEP> à <SEP> une <SEP> température
<tb> élevée <SEP> et <SEP> qui <SEP> est. <SEP> exposée <SEP> a, <SEP> l'action <SEP> de <SEP> l'air.
<tb> Le>. <SEP> bain <SEP> en <SEP> excès <SEP> qui <SEP> ne <SEP> s'est <SEP> pus <SEP> solidifié
<tb> pour <SEP> former <SEP> cette <SEP> croûte <SEP> retombe <SEP> goutte <SEP> à
<tb> goutte <SEP> à. <SEP> travers <SEP> le <SEP> métal <SEP> de <SEP> temps <SEP> en <SEP> temps,
<tb> et, <SEP> lorsque <SEP> la <SEP> croûta <SEP> est <SEP> déplacée <SEP> ou <SEP> brisée,
<tb> ries <SEP> fragments <SEP> de <SEP> cette <SEP> croûte <SEP> plongent <SEP> < < <SEP> tra vr <SEP> rs <SEP> le <SEP> métal <SEP> et <SEP> retournent <SEP> à.
<SEP> la <SEP> partie <SEP> princi pale <SEP> <B>du</B> <SEP> bain;
<tb> B) <SEP> La <SEP> réaction <SEP> de <SEP> l'oxyde <SEP> de <SEP> sodium <SEP> (on
<tb> de <SEP> l'livdrate) <SEP> sur <SEP> le <SEP> fluorure <SEP> d'aluniiniuni.
<tb> Une <SEP> quantité <SEP> plus <SEP> ou <SEP> moins <SEP> grande <SEP> de <SEP> sodium
<tb> est <SEP> toujours <SEP> mise <SEP> en <SEP> libertf <SEP> à <SEP> la, <SEP> cathode <SEP> et
<tb> une <SEP> partie <SEP> de <SEP> ce <SEP> sodium <SEP> liasse <SEP> à, <SEP> travers <SEP> la.
<tb> coudre <SEP> de <SEP> métal, <SEP> probablement <SEP> sous <SEP> forme <SEP> de
<tb> vapeur. <SEP> et <SEP> atteint <SEP> la <SEP> croûte <SEP> supérieure <SEP> oir <SEP> ce
<tb> corps <SEP> est <SEP> ox@-dé <SEP> par <SEP> le <SEP> contact <SEP> avec <SEP> l'air;
<tb> (') <SEP> L'oxydation <SEP> directe <SEP> de <SEP> la <SEP> couche <SEP> d'a Irirniniuni <SEP> flottant <SEP> sur <SEP> le <SEP> bain <SEP> par <SEP> l'air <SEP> qui
<tb> pénètre <SEP> < i. <SEP> travers <SEP> des <SEP> craquelures <SEP> de <SEP> la <SEP> croûte
<tb> supérieure;
<tb> D) <SEP> La <SEP> poussière <SEP> d'alumine <SEP> qui <SEP> existe <SEP> tou jours <SEP> en <SEP> suspension <SEP> clans <SEP> l'air <SEP> d'un <SEP> atelier
<tb> fonctionnant <SEP> d'après <SEP> le <SEP> procédé <SEP> Hall <SEP> pour <SEP> la
<tb> production <SEP> de <SEP> l'aluminium <SEP> se <SEP> dépose <SEP> sur <SEP> la
<tb> croûte <SEP> de <SEP> la,
<SEP> cuve <SEP> d'affinage <SEP> si <SEP> celle-ci <SEP> se
<tb> trouve <SEP> dans <SEP> le <SEP> même <SEP> atelier.
<tb> Il <SEP> est <SEP> tellement <SEP> important <SEP> d'éviter <SEP> la <SEP> sa turation <SEP> du <SEP> bain <SEP> que <SEP> clans <SEP> l'industrie <SEP> de <SEP> l'a luminium <SEP> telle <SEP> qu'elle <SEP> est <SEP> réellement <SEP> prati quée, <SEP> il <SEP> est <SEP> généralement <SEP> nécessaire <SEP> d'enlever
<tb> de <SEP> l'alumine <SEP> de <SEP> temps <SEP> à. <SEP> autre. <SEP> Ceci <SEP> peut <SEP> être
<tb> fait <SEP> convenablement <SEP> de <SEP> diverses <SEP> manières.
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Sur <SEP> le <SEP> dessin <SEP> annexé, <SEP> on <SEP> a. <SEP> représenté, <SEP> à
<tb> titre <SEP> d'exemple, <SEP> un <SEP> uïode <SEP> d'exécution <SEP> d'une
<tb> cuve <SEP> pour <SEP> la <SEP> mise <SEP> en <SEP> aeuvre <SEP> du <SEP> procédé <SEP> pour
<tb> obtenir <SEP> (le <SEP> l'aluminium <SEP> selon <SEP> la <SEP> présente <SEP> in vention.
<tb> Sur <SEP> ces <SEP> clessins: <SEP> la <SEP> fib. <SEP> 1 <SEP> est <SEP> une <SEP> vue <SEP> en
<tb> plan <SEP> -de <SEP> la <SEP> cuve;
<tb> Les <SEP> fig. <SEP> ? <SEP> et <SEP> sont <SEP> des <SEP> coupes <SEP> transver sales, <SEP> faites <SEP> par <SEP> ?-? <SEP> et <SEP> 3-3 <SEP> de <SEP> la <SEP> fia <SEP> 1,
<tb> respectivement;
<tb> Les <SEP> fig. <SEP> d <SEP> et:
<SEP> 5 <SEP> sont <SEP> des <SEP> coupes <SEP> transver sales <SEP> de <SEP> détail <SEP> faites <SEP> par <SEP> d-4 <SEP> et <SEP> 5-5 <SEP> respec tivement: <SEP> de <SEP> la <SEP> fig. <SEP> 1, <SEP> ces <SEP> coupes <SEP> montrant <SEP> les
<tb> raccords <SEP> établis <SEP> pour <SEP> la <SEP> cireulation <SEP> de <SEP> l'eau
<tb> vers <SEP> des <SEP> chambre. <SEP> de <SEP> refroidissement, <SEP> à <SEP> par tir <SEP> de <SEP> ces <SEP> chambres <SEP> et <SEP> entre <SEP> elles;
<tb> La_ <SEP> fig. <SEP> 6 <SEP> ,est <SEP> une <SEP> coupe <SEP> transversale <SEP> (le
<tb> détail <SEP> faite <SEP> par <SEP> 6-6 <SEP> de <SEP> la <SEP> fig. <SEP> 1 <SEP> et <SEP> montrant
<tb> le <SEP> mode <SEP> de <SEP> connexion <SEP> des <SEP> électrodes <SEP> supé rieures <SEP> à <SEP> des <SEP> barres <SEP> omnibus <SEP> négatives;
<tb> La <SEP> fig. <SEP> 7, <SEP> enfin, <SEP> est <SEP> une <SEP> coupe <SEP> transver sale <SEP> d'un <SEP> détail <SEP> faite <SEP> par <SEP> le <SEP> même <SEP> plan <SEP> que
<tb> la <SEP> fi-,. <SEP> 2 <SEP> et. <SEP> montrant <SEP> le <SEP> mode <SEP> de <SEP> fixation <SEP> de
<tb> la. <SEP> portion <SEP> supérieure <SEP> de <SEP> la <SEP> cuve <SEP> il <SEP> la <SEP> portion
<tb> inférieure <SEP> pour <SEP> l'obtention <SEP> d'une <SEP> résistance
<tb> mécanique <SEP> suffisante <SEP> :ans <SEP> qu'il <SEP> existe <SEP> d;
<SEP> con nexion <SEP> électrique <SEP> entre <SEP> les <SEP> deux <SEP> partie.
<tb> La <SEP> cuve <SEP> inférieure <SEP> ou <SEP> partie <SEP> inférieure <SEP> 10
<tb> de <SEP> la <SEP> cuve <SEP> est <SEP> faite <SEP> de <SEP> préférence <SEP> eu <SEP> acier <SEP> et
<tb> affecte <SEP> la <SEP> forme- <SEP> cl'un <SEP> récipient <SEP> cylindrique
<tb> <B>,</B> <SEP> ayi <SEP> <B>,</B> <SEP> nt <SEP> un <SEP> dianiétre# <SEP> notablement <SEP> supérieur <SEP> à
<tb> la <SEP> hauteur;
<SEP> < i, <SEP> sa. <SEP> partie <SEP> supérieure <SEP> (ou <SEP> près
<tb> de <SEP> cette <SEP> partie-) <SEP> cette <SEP> cuve <SEP> est <SEP> munie <SEP> d'une
<tb> chambre <SEP> de <SEP> circulation <SEP> ou <SEP> .de <SEP> refroidissement
<tb> 11 <SEP> obtenue <SEP> cri <SEP> formant <SEP> sur <SEP> le <SEP> bord <SEP> supérieur
<tb> de <SEP> la <SEP> cuve <SEP> un <SEP> rebord <SEP> 1<B>2</B>de <SEP> largeur <SEP> appropriée
<tb> a'étemdant <SEP> vers. <SEP> l'extérieur, <SEP> une <SEP> bague <SEP> évasée
<tb> ou <SEP> conique <SEP> 12a <SEP> étant <SEP> soudée <SEP> ou <SEP> fixée <SEP> de <SEP> toute
<tb> coutre <SEP> manière <SEP> étanche <SEP> sur <SEP> la.
<SEP> face <SEP> inférieure
<tb> du <SEP> rebord <SEP> 12 <SEP> ainsi <SEP> que <SEP> sur <SEP> le <SEP> corps <SEP> (le <SEP> la <SEP> cuve
<tb> à <SEP> un <SEP> niveau <SEP> inférieur.
<tb> au-dessus <SEP> de <SEP> la <SEP> portion <SEP> inférieure <SEP> 1Ü <SEP> de
<tb> la <SEP> cuve <SEP> est <SEP> disposée <SEP> une <SEP> portion <SEP> supérieure
<tb> de <SEP> cuve <SEP> 13 <SEP> qui <SEP> peut <SEP> être <SEP> faite <SEP> également <SEP> en
<tb> acier <SEP> et <SEP> qui <SEP> comporte <SEP> des <SEP> paroi: <SEP> creuse: <SEP> mé nageant <SEP> une <SEP> chambre <SEP> supérieure <SEP> de <SEP> circula tion <SEP> d'eau <SEP> 1-1. <SEP> La <SEP> surface <SEP> interne <SEP> de <SEP> la <SEP> par- tie supérieure de la cuve s'évase comme l'in dique le .dessin.
Pour assurer l'isolement électrique .des deux portions -de la .cuve, on a interposé entre elles une rondelle plate ou garniture 15 faite en amiante ou autre ma- t-ère appropriée.
Afin de donner à. la construction une ré sistance mécanique suffisante, les deux por tions -de la. cuve sont réunies au moyen de goujons 16 disposés verticalement, traversant le rebord 12 et vissés clans des tampons sou dés sur le fond de la portion supérieure de la cuvé à l'intérieur de la. chambre de Pircula- tion d'eau. Pour empêcher la connexion élec trique, on a garni les trous du rebord 12 dans lesquels passent les goujons .au moyen de douilles 18 et de rondelles 19 isolantes.
Grâce à la. circulation d'eau, les douilles et les ron delles précitées ne sont pas soumises à une température élevée; par suite, elles peuvent être faites en une substance isolante prati quement quelconque qui ne se ramollisse pas à des températures inférieures à 100 C et qui puisse résister aux efforts d'écrasement exercés par Ici goujons.
Des raccords appropriés pour la circula tion d'eau sont prévus; pour plus de simpli cité et de commodité, ces raccords sont cons truits et organisés de telle manière que l'eau s'écoule à travers les deux chambres succes sivement, et cela à. travers la chambre infé rieure d'abord. A cet effet, la chambre 11 est munie à sa partie ,inférieure d'un raccord d'alimentation 20 relié.par un tuyau 21 à une source appropriée quelconque d'eau non figu rée, et, à la.
partie supérieure (pour empêcher la, formation de poches d'air) d'un raccord de sortie 22 relié par un tuyau 23 au raccord d'entrée 24 par lequel l'eau provenant de la chambre de circulation inférieure est intro duite à la, partie inférieure de la chambre de circulation supérieure. Cette dernière est munie d'un raccard de sortie 25 (disposé à la partie supérieure pour empêcher la. formation de poches d'air), raccord qui est relié par le conduit 27 à un tuyau de décharge 26.
Afin d'éviter les pertes d'électricité à la terre, .les tuyaux 21 et 27 peuvent être en caoutchouc; le tuyau 23 peut également âtre fait de la même substance pour maintenir l'isolement électrique -des deux portions de la cuve; l'eau utilisée pour le refroidissement doit être suffisamment pure pour empêcher le passage d'une quantité appréciable de cou rant die l'une des portions de la cuve :à l'autre suivant le voltage adopté pour le travail.
Sur le fond de la portion inférieure de la cuve est placée une couche 28 d'une substance isolante -de la -chaleur (par exemple bauxite pulvérisée, alumine, magnésie, briques réfrac taires) -dans le but de diminuer ou de réduire au minimum les pertes de chaleur à travers le fond de la cuve;
sur cette couche est placé un revêtement 29 d'une matière réfractaire conductrice de l'électricité (charbon de préfé rence) et à la partie supérieure -de ce revête ment est ménagée une cavité destinée à rece voir l'alliage. Le revêtement constituant le fond peut être formé d'une manière commode et satisfaisante en tassant dans la cuve mé tallique un mélange,de goudron, de brai et de coke granulé ou pulvérisé, ce travail étant effectué à une température suffisamment éle vée pour rendre la masse plastique; la cuve et son contenu .sont ensuite placés dans un four dans lequel la. température est progres sivement élevée jusqu'à une valeur d'environ <B>600'</B> C pour cuire et solidifier la. masse char bonneuse.
Une bonne connexion électrique peut être assurée entre la cuve métallique et son re vêtement au moyen -de plaques . collectrices métalliques 31 soudées sur la. surface interne de la cuve de .manière à faire corps avec celle- ci tant au point de vue électrique qu'au point de vue mécanique. Ces plaques se prolongent à l'intérieur du revêtement qui est moulé au tour -d'elles. Dans le plan des plaques collet- .
trices, la cuve est munie extérieurement de tampons métalliques -de contact 32 soudés de préférence sur la cuve de manière à faire corps avec celle-ci .au point de vue électrique et au point de vue mécanique; des barres omnibus en cuivre, en aluminium ou en tout autre métal approprié sont fortement serrées par des boulons sur les tampons précités.
Les
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barre: <SEP> omnibus <SEP> peuvent <SEP> affecter <SEP> la <SEP> forme <SEP> de
<tb> plaques <SEP> planes <SEP> allongées <SEP> 33 <SEP> entourant <SEP> la <SEP> por tion <SEP> inférieure <SEP> de <SEP> la <SEP> cuve, <SEP> les <SEP> extrémitës <SEP> des dites <SEP> plaques <SEP> faisant <SEP> saillie <SEP> d'un <SEP> côté <SEP> de <SEP> la
<tb> cuve <SEP> pour <SEP> en <SEP> permettre <SEP> commodément <SEP> la <SEP> con nexion <SEP> à. <SEP> l'une <SEP> des <SEP> barres <SEP> d'une <SEP> source <SEP> appro priée <SEP> (-non <SEP> figurée) <SEP> de <SEP> murant <SEP> #continu. <SEP> Pen dant <SEP> l'affinage, <SEP> ces <SEP> barres <SEP> omnibus <SEP> sont <SEP> re liées <SEP> à <SEP> la <SEP> borne <SEP> positive <SEP> de <SEP> la..
<SEP> source <SEP> de <SEP> cou rant <SEP> de <SEP> telle <SEP> manière <SEP> que <SEP> le <SEP> courant <SEP> pénètre
<tb> dans <SEP> la <SEP> cuve <SEP> par <SEP> la <SEP> partie <SEP> inférieure. <SEP> Le <SEP> re vêtement <SEP> de <SEP> charbon <SEP> ?9 <SEP> constitue <SEP> ce <SEP> qui, <SEP> pour
<tb> la. <SEP> commodité <SEP> de <SEP> l'exposé, <SEP> pourrait <SEP> êtr(- <SEP> ap pelé <SEP> l'électrode <SEP> inférieure <SEP> de <SEP> la <SEP> cuve.
<tb> L'électrode <SEP> supérieure <SEP> est <SEP> formée <SEP> d'un
<tb> nombre <SEP> convenable <SEP> de <SEP> barres <SEP> 34 <SEP> [le <SEP> graphite
<tb> de <SEP> fort <SEP> diamètre <SEP> et <SEP> de <SEP> faible <SEP> longueur <SEP> dispc) sées <SEP> verticalement <SEP> et <SEP> munies <SEP> de <SEP> <U>ti-us</U> <SEP> <B>35 <SEP> c1;
#</B>
<tb> (.1livre <SEP> (ou <SEP> d'un <SEP> .autre <SEP> métal) <SEP> qui, <SEP> par <SEP> leur
<tb> partie <SEP> supérieure, <SEP> sont <SEP> visées <SEP> ou <SEP> fixées <SEP> sur
<tb> elles <SEP> de <SEP> toute <SEP> autre <SEP> manière <SEP> convenable. <SEP> Ces
<tb> tiges <SEP> métalliques <SEP> servent <SEP> à. <SEP> supporter <SEP> les <SEP> élec trodes <SEP> supérieure; <SEP> et <SEP> livrent <SEP> passalge <SEP> au <SEP> cou rant; <SEP> dan:, <SEP> ce <SEP> but, <SEP> elle, <SEP> sont <SEP> fixée;
<SEP> clé <SEP> ma nière <SEP> réglable <SEP> et <SEP> amovible <SEP> au <SEP> moyen <SEP> de <SEP> pin s'étendant
<tb> ces <SEP> 36, <SEP> sur <SEP> les <SEP> barres <SEP> omnibus <SEP> <B>37</B>
<tb> horizontalement <SEP> au-dessus <SEP> de <SEP> la <SEP> cuve <SEP> dans
<tb> une <SEP> direction <SEP> transversale. <SEP> Pour <SEP> faciliter <SEP> l'ac eéaux <SEP> cylindres <SEP> de <SEP> graphite, <SEP> ainsi <SEP> (lue <SEP> pour
<tb> rendre <SEP> plus <SEP> aisés <SEP> le <SEP> réglage, <SEP> le <SEP> reinpla(ement,
<tb> ete., <SEP> on <SEP> a <SEP> disposé <SEP> les <SEP> barres <SEP> omnibus <SEP> à. <SEP> deux
<tb> niveaux <SEP> différents, <SEP> comme <SEP> l'indique <SEP> le <SEP> des sin;
<SEP> elles <SEP> sont <SEP> supportées <SEP> par <SEP> un <SEP> certain
<tb> nombre <SEP> de <SEP> montants <SEP> 38 <SEP> auxquels <SEP> elles <SEP> sont
<tb> fixées <SEP> do <SEP> manière <SEP> à <SEP> former <SEP> une <SEP> charpente <SEP> ri Celle-ci <SEP> repose <SEP> sur <SEP> la <SEP> portion <SEP> supérieure
<tb> de <SEP> la. <SEP> cuve <SEP> dont <SEP> elle <SEP> est <SEP> isolée <SEP> par <SEP> tout <SEP> mayen
<tb> approprié <SEP> -convenable <SEP> (non <SEP> figuré). <SEP> 3 <SEP> propr ment <SEP> parler, <SEP> la.
<SEP> couche <SEP> d'aluminium <SEP> flottant
<tb> sur <SEP> le <SEP> bain <SEP> et <SEP> la <SEP> couche <SEP> #l'alliage <SEP> se <SEP> trouvant
<tb> sous <SEP> le <SEP> bain <SEP> constituent <SEP> res.pectiv <SEP> emerit <SEP> les
<tb> électrodes <SEP> supérieure <SEP> et <SEP> inférieure, <SEP> mais <SEP> ces
<tb> couches <SEP> sont <SEP> désignées <SEP> ici <SEP> sous <SEP> les <SEP> noms <SEP> de
<tb> cathode. <SEP> et <SEP> d'anode <SEP> et <SEP> il <SEP> semble <SEP> par <SEP> suite <SEP> ad missible <SEP> et <SEP> commode <SEP> de <SEP> désigner <SEP> les <SEP> cylindre,
<tb> de <SEP> graphite <SEP> et <SEP> le <SEP> revêtement <SEP> inférieur <SEP> en <SEP> char bon <SEP> (ou <SEP> leurs <SEP> équivalents) <SEP> sous <SEP> le <SEP> nom <SEP> d'élec trodes <SEP> supérieure <SEP> et <SEP> inférieure.
EMI0006.0002
Le <SEP> iiétal <SEP> tout <SEP> être <SEP> extrait. <SEP> de <SEP> la <SEP> partie <SEP> su
<tb> périeure <SEP> de <SEP> la <SEP> cuve <SEP> par <SEP> une <SEP> encoche <SEP> ou <SEP> trot
<tb> de <SEP> coulée <SEP> 3f1, <SEP> qui <SEP> peut <SEP> être <SEP> obturé <SEP> au <SEP> moyei
<tb> do <SEP> toute <SEP> substance <SEP> réfractaire <SEP> appropriée. <SEP> L(
<tb> métal <SEP> a.nodc <SEP> en <SEP> fusion <SEP> petit <SEP> être <SEP> extrait <SEP> de <SEP> 1@
<tb> partie <SEP> lllfét'leure <SEP> de <SEP> la <SEP> cube <SEP> par <SEP> 1111 <SEP> troll <SEP> d(
<tb> coulée <SEP> 40 <SEP> qui <SEP> est <SEP> normalement <SEP> maintenu <SEP> ferra(
<tb> par <SEP> un <SEP> lioti:li(ln <SEP> rie <SEP> charbon <SEP> de <SEP> bois <SEP> conipau.
<tb> ou <SEP> d'une <SEP> autre <SEP> matière <SEP> appropriée.
EMI0006.0003
Sur <SEP> la, <SEP> surface <SEP> interne <SEP> .de <SEP> la, <SEP> cuve <SEP> est <SEP> dis.
<tb> posé <SEP> un <SEP> revêtement <SEP> l5 <SEP> situé. <SEP> au-dessus <SEP> du <SEP> re vêtement <SEP> en <SEP> charbon <SEP> ?f) <SEP> et <SEP> recouvrant <SEP> le <SEP> joint
<tb> qui <SEP> existe <SEP> entre <SEP> les <SEP> deux <SEP> portions <SEP> de <SEP> la. <SEP> cuv(
<tb> <B>.</B> <SEP> ain <SEP> si <SEP> qu'une <SEP> partie <SEP> de <SEP> la <SEP> portion <SEP> supérieur(
<tb> clé <SEP> la <SEP> cuve <SEP> ou <SEP> même <SEP> la. <SEP> totalité <SEP> (le <SEP> rette <SEP> por l:iou. <SEP> Dan. <SEP> toutes <SEP> cade <SEP> la <SEP> pratique, <SEP> c(:
<SEP> re vêtement <SEP> latéral <SEP> doit <SEP> être <SEP> fait <SEP> en <SEP> une <SEP> subs tance <SEP> capable <SEP> c1' < issurer <SEP> un <SEP> isolement <SEP> thermi que <SEP> et <SEP> électrique, <SEP> afin <SEP> de <SEP> réduire <SEP> la <SEP> quantité
<tb> de <SEP> chaleur <SEP> con(luitc@ <SEP> aux <SEP> chambres <SEP> de <SEP> circula.
<tb> tio1i <SEP> d'eau <SEP> et <SEP> d'enipê(@lier <SEP> l'écoulement <SEP> du <SEP> cou rant. <SEP> (_lc#etrlquc# <SEP> autour <SEP> d'une <SEP> partie <SEP> qllulcon que <SEP> du <SEP> contenu <SEP> <B>du</B> <SEP> la <SEP> cuve <SEP> soumis <SEP> au <SEP> traite ment <SEP> électrolytique <SEP> clans <SEP> l'opération <SEP> d'affi nage.
<SEP> Le <SEP> r(#vêt(@ment <SEP> doit <SEP> être <SEP> suffisaninient
<tb> réfractaire <SEP> pour <SEP> rester <SEP> à <SEP> l'état <SEP> solide <SEP> aux <SEP> tein pératures <SEP> auxquelles <SEP> il. <SEP> est <SEP> soumis <SEP> pendant <SEP> l'o pération <SEP> d'affinage <SEP> électrolytique. <SEP> Dans <SEP> eus
<tb> condition.., <SEP> un <SEP> revêtement <SEP> fait <SEP> {d'un <SEP> mélange
<tb> de <SEP> fluorures <SEP> métalliques <SEP> et <SEP> d'alumine <SEP> a <SEP> donné,
<tb> fana <SEP> la. <SEP> pratique, <SEP> des <SEP> résultats <SEP> très <SEP> satis_
<tb> Faionts.
<tb> Dan, <SEP> la, <SEP> réalisation <SEP> du <SEP> procédé, <SEP> le <SEP> in(- lange <SEP> d'aluminium <SEP> et'd'autres <SEP> substances <SEP> oc cupe <SEP> à.
<SEP> l'état <SEP> fondu, <SEP> .la <SEP> partie <SEP> inférieure <SEP> (le <SEP> la
<tb> cuve, <SEP> comme <SEP> le <SEP> dessin <SEP> hindique <SEP> en <SEP> 11;. <SEP> Sur
<tb> cette <SEP> inatiére <SEP> flnttr, <SEP> une <SEP> couche <SEP> 1ï <SEP> de <SEP> bain
<tb> fonda <SEP> ou <SEP> él(@(@trolyte <SEP> et, <SEP> sur <SEP> cette <SEP> eouelle <SEP> flot#(,
<tb> a <SEP> son <SEP> tour <SEP> une <SEP> eouclle <SEP> -1-8 <SEP> d'aluminium <SEP> fondu,
<tb> les <SEP> éleel <SEP> rodes <SEP> supé <SEP> ricurc <SEP> s <SEP> plongeant <SEP> dans <SEP> cette
<tb> dernière <SEP> couch(@ <SEP> < ( <SEP> une <SEP> profondeur <SEP> suffisante
<tb> pour <SEP> assurer <SEP> un <SEP> bon <SEP> contact. <SEP> électrique.
<SEP> Lcs
<tb> couches <SEP> en <SEP> fusion <SEP> sont <SEP> de <SEP> préférence <SEP> formé- dans <SEP> la <SEP> cuve <SEP> en <SEP> v <SEP> versant <SEP> successivement <SEP> les
<tb> matière. <SEP> préalablement <SEP> fondue:; <SEP> pour <SEP> former
<tb> la. <SEP> couche <SEP> première <SEP> d'aluminium, <SEP> on <SEP> utilise <SEP> le
<tb> métal <SEP> le <SEP> plus <SEP> pur <SEP> qu'il <SEP> soit <SEP> possible <SEP> d'obtenir.
La cuve peut également être mise en -marche de la manière suivante: Les électrodes supérieures sont abaissées et amenées en contact avec la couche infé rieure .de charbon; on fait passer le courant, ce qui détermine .la production d'une certaine quantité de chaleur et la fusion d'une petite quantité de matière pulvérisée ou .granulée destinée à constituer le bain et disposée au tour des électrodes. Ces dernières sont rele vées au fur et à mesure que la fusion se pour suit et une quantité supplémentaire de la ma tière destinée à former le bain est ajoutée, jus qu'à ce qu'une masse suffisante d'électrolyte fondu ait été obtenue.
L'alliage ou mélange fondu constituant l'anode est ensuite versé dans la cuve. On peut utiliser presque tous les alliages d'aluminium ayant une densité su périeure à celle tdu bain fondu et restant mo biles pendant l'opération d'affinage. Toute fois, .on utilise de préférence un alliage dont les principaux constituants sont l'aluminium et le cuivre.
Cet alliage doit être fourni en quantité suffisante pour qu'il forme une couche continue (jouant le rôle de conducteur éIe4rtri- due) sur le fond de la cuve pendant tout le cours de l'opération d'affinage. Une couche ,de bain de hauteur suffisante doit être utili sée pour que le métal se trouvant à la partie supérieure (l'aluminium pur) ne vienne en au cun cas en contact avec une partie quelconque de la croûte latérale qui a été antérieurement recouverte par l'alliage-anode. On remarquera, à ce point -de vue,
que les changements de composition de l'alliage-anode, changements gent dans la touche précitée. Dans ces dus à l'opération d'extraction, provoquent des changements correspondants dans le volume et dans la position des surfaces supérieure et inférieure de la couche de bain. De l'alumi nium fondu (de préférence le métal ,le plus pur qu'il soit possible d'obtenir) est placé sur le bain fondu pour servir de cathode.
Le procédé d'extraction peut alors être commencé, l'alliage servant d'anode et la couche supérieure de métal de cathode, le cou rant étant amené de la couche supérieure de métal par des électrodes en graphite qui plon- l'aluminium est dissous de l'alliage- anode et il !est déposé à l'état fondu sur la ca thode. Cette opération est poursuivie jusqu'à, ce que la quantité voulue d'aluminium ait été extraite @de l'anode et ajoutée à la cathode.
Une partie de la couche supérieure de métal est alors extraite .et falliage-anode appauvri est enlevé par le trou de coulée 40, une nou velle quantité d'alliage à l'état fondu étant amenée dans la cuve de toute manière appro priée et de préférence en évitant tout mélange # vec le métal affiné qui flotte sur
le bain Cette opération peut. être commodément exécu tée au moyen d'un entonnoir en charbon qui, après avoir été chauffé au préalable, est introduit dans la -cuve jusqu'à ce qu'il atteigne presque le -fend de cette dernière, l'appareil ayant été de préférence mis hors .circuit. Le métal affiné pris dans l'entonnoir peut être puisé au moyen d'une cuillère à main après quoi l'alliage frais est versé. L'entonnoir est ensuite enlevé et le procédé recommence.
L'al liage frais introduit est de préférence en quantité suffisante pour faire monter le bain et la couche supérieure de métal jusqu'à ce que la surface -de cette dernière vienne au même niveau qu'avant l'extraction du métal affiné. Ces opérations peuvent être répétées de temps à autre, aussi souvent que cela .est nécessaire, sans interrompre d'une manière ap préciable le procédé qui, sauf ces interrup tions, se poursuit d'une manière continue.
Le rendement obtenu dans le procédé dé pend dans une grande mesure -de l'efficacité des dispositions adoptées pour empêcher les pertes de chaleur. Théoriquement, presqu'a.u- cune quantité d'énergie n'est nécessaire pour l'extraction, mais, dans la pratique, à défaut d'une autre source appropriée de chaleur, on est conduit à -dépenser une quantité suffisante d'énergie électrique pour maintenir l'anode, le bain et la -cathode à l'état fondu;
par suite, la quantité d'énergie .électrique qui doit être fournie est presque exactement l'équivalent de la quantité de chaleur .qu'on laisse -perdre. Lorsqu'on a amélioré l'isolement de la cuve dans toute la mesure possible pratiquement, il ne reste plus rien à faire pour limiter la quantité. de chaleur s'échappant d'un corps chauffé de dimensions données; avec le mini mum de perte de chaleur, la quantité d'éner gie qu'il e:st nécessaire de faire passer dans la cuve sera également réduite au minimum.
Dans l'intérêt de l'é;@onomie de courant, le travail devra se faire dans la cuve sous une tension aussi faible qu'il est possible dans la, pratique. En conséquence, l'électrolyte qui forme, la. partie principale de la résistance doit être en couche aussi mince que possible:
on a reconnu qu'une couche d'environ 65 à 100 mm d,, c=paisseur donne en général satisfaction. Avec un bain ou électrolyte d'une épaisseur quelconque préalablement déterminée la den sité de courant admise varie entre une limite inférieure, qui est suffisante pour maintenir l'anode, le bain et la cathode à l'état fondu, et une limite supérieure à laquelle .la.
volatili- sation du bain est excessive ou à laquelle une proportion trop grande des impuretés de l'a node entre en solution. Ces limites, avec les diverses compositions de bain qui ont donné (les résultats satisfaisants aux inventeurs, sont d'environ 800 C et 1100 C respectivement, avec une température de travail voisine, de préférence, -de 950 C.
La limite inférieure de densité, de courant admise dépend aussi, dans une mesure importante, des -dimensions cIc# la cuve, car le rapport de la surface au volume est moindre dans une grande cuve que dans une petite.
Dans une cuve ayant en section transver sale à travers l'électrolyte une surface d'en viron 0,90 m-, on a. reconnu que le courant qui convient le mieux en général est un courant de 8500 ampères, mais que le procédé peut être appliqué avec des courants compris entre <B>7500</B> et<B>12,000</B> ampères. La -densité de cou rant préférable .dans une cuve ayant la sec- t-on transversale d'électrolyte précitée est doue de 9530 ampères par mètre carré avec une valeur minimum admise d'environ 8395 ampères et une valeur maximum d'environ 13,455 ampères par .mètre carré.
Avec la densité de courant indiquée, la force électro motrice totale entre les bornes de la cuve peut être d'environ 6 volts. Des cuves plus 4#randts peuvent être utilisées avec des densi tés de courant plus faibles et des voltages plus bas:
en faisant varier la grandeur de la cuve, la composition du bain, sa conductibilité et l'efficacité de l'isolement de la chaleur, on peut mettre en oeuvre pratiquement le procédé électrolytique faisant l'objet de l'invention avec des densités de courant comprises entre 5385 et ?6,91() ampères par mètre carré de section transversale du bain. En général, la limite inférieure pratique de voltage est voi sine de 3,5 volt; la<B>,</B> limite supérieure est, bien entendu, indéfinie.
Les électrodes 34 peuvent être protégées contre l'oxydation dans l'air par un revête ment inoxydable qui peut être constitué par la matière formant le bain, matière que l'on applique sur les tiges :eus forme de couche mince et qu'on laisse solidifier sur elles.
Il est bien entendu que l'invention ii'e#t pas limitée aux détails décrits ou figurés et qu'elle peut être réalisée de diverses autres manières et av ec d'autres appareils. L'expres sion "fluorure d'un métal .alcalino-terreux ayant un poids atomique supérieur à. 80" qui est employée ci-après, doit être prie clans un sens général pour comprendre soit le fluorure.
d.c baryum, :soit le fluorure de strontium, soit les deux, chacun de ces métaux avant un poids atomique supérieur à la valeur indiquée.
Process for the electrolytic preparation of high purity aluminum. The present invention relates to a method for. preparation of pure aluminum bristle, a process whereby the metal is electrolytically extracted or separated from an alloy of said metal by passing the current through a floating electrolyte, Ii. molten state.
on the molten alloy, this alloy served as the anode and the extracted aluminum settling on a layer of molten aluminum which serves as a cathode and which in turn floats on the electrolyte, the latter being practically free of chlorides and being composed so as to. have a selective action of dissolving the aluminum contained in the alloy.
In an extremely widespread process for producing aluminum, in which aluminum is obtained by reduction of its oxide, a cryolite bath is used as electrolyte, but in the process according to the invention. a process in which the refined metal must float on the electrolyte, such a bath cannot be used alone, since, in the molten state, it is less dense than aluminum;
this would sink cloned to the bottom of the containers. However, a combined bath can be prepared with the desired characteristics of density, fluidity, stability, dissolving capacity: alumina, conductivity, this bath also having the property of -dissolving selectively and depositing the liquid. aluminum during electrolysis, adding to the. cryolite (or preferably a mixture of aluminum fluorides and sodium richer in aluminum fluoride than cryolite) fluorides of alkaline earth metals (ba ryum, strontium, calcium and magnesium).
These salts form easily fusible mixtures with cryolite; experience has shown that magnesium fluoride has a less pronounced action than other fluorides in increasing the density of the bath. It has been observed that, between certain limits, mixtures of the aforementioned substances give excellent electrolytes and that with such a bath there is no appreciable loss of aluminum fluoride by volatilization at the working temperature. .
The electrical conductivity and the dissolving power (the alumina of such a bath are also good.
In addition, the use, in an electrolyte, of a halogen salt other than a fluoride is generally disadvantageous and in some cases practically impossible. This is particularly so in the processes dctiiié - à. produce almost pure aluminum because the presence of chlorides in the bath results in the dissolution and deposition of substances other than aluminum, for example zinc, iron, titanium, copper and, silicon.
As a result, if the anode contains some of said substances, the metal forming the cathode may be contaminated by them to an extent impossible to accept.
In other moths, if chlorine anions exist in the bath, it is difficult and, in some cases, impossible to prevent the dissolution of substances other than aluminum contained in the anode: the anode and the deposition of said substances. on the cathode.
On the other hand, the presence of oxygen anions can be negative. Consequently, in the process forming the subject of the present invention, a bath or electrolyte is used which may contain, in addition to fluorine anions, oxygen anions, but which is practically free of chlorides and which, therefore , as the experiment shows, exerts a really effective selective action on the alloy constituting the node;
in fact, aluminum is dissolved with the fusion of other metals under conditions where one would expect to see dissolving considerable quantities of other metals: these would in fact actually dissolve - if appreciable quantities of chlorides existed in the bath.
The density of aluminum at 99.75% purity is about 2.29 gr per cubic centimeter at the temperature of <B> 1000 </B> At this temperature, the density of molten cryolite is of about 2.10 gr per cubic centimeter.
To increase the density of the ery olitc. such that the aluminum floats on it at the indicated temperature, about 20 parts of barium fluoride can be added to 80 parts of cryolite. If fluoride is used
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-dc, <SEP> calcium, <SEP> it <SEP> need <SEP> approximately <SEP> -10 <SEP> parts <SEP> of <SEP> this
<tb> body <SEP> for <SEP> 60 <SEP> parts <SEP> of <SEP> cryolite.
<SEP> While <SEP> that
<tb> the <SEP> mixture <SEP> above mentioned <SEP> <SEP> of <SEP> cryolite <SEP> and
<tb> of <SEP> fluoride <SEP> (the <SEP> barium <SEP> is <SEP> completely
<tb> fade <SEP> at <SEP> of <SEP> temperatures <SEP> exceeding <SEP> <B> 965 </B> <SEP> <SEP> C,
<tb> of <SEP> niélan <SEP> of <SEP> of <SEP> fluoride <SEP> of <SEP> calcium <SEP> and <SEP> dc
<tb> cryolite <SEP> containing <SEP> approximately <SEP> .10 <SEP>, ô <SEP> or <SEP> plus <SEP> in
<tb> weight <SEP> of the <SEP> first <SEP> body, <SEP> require <SEP> a <SEP> temperature <SEP> greater <SEP> than <SEP> <B> <I> 1000 </ I> </B> <SEP> <SEP> C <SEP> for <SEP> "to be <SEP> hand held <SEP> in <SEP> merge. <SEP> The.
<SEP> temperature <SEP> of <SEP> work
<tb> of <SEP> bath <SEP> would reach <SEP> thus <SEP> an <SEP> value <SEP> unwanted <SEP> and <SEP> even <SEP> impossible <SEP> to <SEP> achieve < SEP> practically <SEP> in <SEP> some <SEP> cases. <SEP> By <SEP> against, <SEP> of <SEP> mixtures <SEP> <B> of, </B> <SEP> -cryolite <SEP> and <SEP> of a <SEP> or < SEP> several <SEP> fluorides <SEP> of <SEP> alkaline earth <SEP> metals <SEP> having <SEP>
<tb> atomic <SEP> weights <SEP> greater than <SEP> to <SEP> 80 <SEP> are suitable
<tb> in general <SEP>;
<SEP> however, <SEP> the <SEP> radium <SEP> must <SEP> be <SEP> well
<tb> Heard <SEP> Discarded <SEP> for <SEP> of <SEP> obvious <SEP> reasons.
<tb> It is <SEP> and <SEP> that <SEP> of <SEP> mixtures <SEP> of <SEP> cil <SEP> otitis <SEP> and <SEP> (the
<tb> fluortiro <SEP> from <SEP> barium <SEP> containing <SEP> from <SEP> 20 <SEP> to <SEP> 60 <SEP> 'î)
<tb> in <SEP> weight <SEP> (c:
<SEP> <SEP> barium <SEP> fluoride <SEP> melt <SEP> easily <SEP> to. <SEP> <SEP> temperatures <SEP> lower <SEP> than
<tb> <B> 1000 '</B> <SEP> C'. <SEP> and. <SEP> have, <SEP> to <SEP> state. <SEP> fade, <SEP> of <SEP> densities
<tb> included <SEP> between <SEP> 2.38 <SEP> and <SEP> 3.15 <SEP> gr <SEP> by <SEP> centimeter
<tb> cube <SEP> ii, <SEP> <B> 100 () "<SEP> C </B>.
<SEP> Even <SEP> the <SEP> plus <SEP> dense <SEP> of <SEP> these
<tb> mixtures <SEP> is <SEP> light enough <SEP> <SEP> to <SEP> float
<tb> on <SEP> a <SEP> -rand <SEP> number <SEP> of aluminum <SEP> alloys
<tb> fades <SEP> which <SEP> suit <SEP> as <SEP> anode <SEP> for
<tb> <SEP> electrolytic <SEP> refining of <SEP> aluminum.
<tb> A <SEP> ntcllange <SEP> melted <SEP> from <SEP> cryolite <SEP> and <SEP> from <SEP> stream,
<tb> cure <SEP> of <SEP> strontium <SEP> containing <SEP> of <SEP> 2ï1 <SEP> ô <SEP> to <SEP> 60
<tb> of <SEP> this <SEP> last <SEP> substance <SEP> gives <SEP> also
<tb> of <SEP> densities <SEP> suitable <SEP> for <SEP> obtaining <SEP> says
<tb> result <SEP> clierclié,
<SEP> but <SEP> those <SEP> of <SEP> these <SEP> mixtures
<tb> which <SEP> contain <SEP> plus <SEP> of <SEP> 40 <SEP> @ <SEP> of <SEP> fluoride <SEP> of
<tb> strontium <SEP>: have <SEP> in <SEP> general <SEP> less <SEP> easily <SEP> fu sibles <SEP> due <SEP> the <SEP> mixtures <SEP> before <SEP> a <SEP> corresponding <SEP> content <SEP> in <SEP> fluoride <SEP> of <SEP> barium.
<tb> When <SEP> is working <SEP> with <SEP> Him <SEP> bath <SEP> of the <SEP> type
<tb> above <SEP> described, <SEP> on <SEP> has <SEP> recognized <SEP> that it <SEP> is <SEP> form
<tb> a <SEP> considerable <SEP> deposit <SEP> of metallic <SEP> sodium <SEP>
<tb> on <SEP> la. <SEP> cathode;
<SEP> this <SEP> sodium, <SEP> which <SEP> is <SEP> to <SEP> the state <SEP> of
<tb> steam, <SEP> passes <SEP> to <SEP> through <SEP> the <SEP> cathode <SEP> of molten aluminum <SEP> <SEP> q4 <SEP> gives <SEP> link <SEP > to. <SEP> of <SEP> difficulty
<tb> at <SEP> point <SEP> of <SEP> view <SEP> of <SEP> passage <SEP> of current <SEP> <SEP> coming <SEP> from <SEP> metal-cathode. <SEP> The <SEP> stems <SEP> of <SEP> coal material <SEP> <SEP> used <SEP> for <SEP> transport
<tb> the current <SEP> <SEP> lior:
s <SEP> of. <SEP> the <SEP> floating <SEP> layer of a-tinium are attacked and even disintegrated by sodium, but it has been recognized that this difficulty can be alleviated, without modifying in an appreciable way the density of the molten bath, forcing the content of aluminum fluoride over that of sodium fluoride, although such an increase has the effect of appreciably raising the electrical resistance of the bath. bath. For the same purpose, it is also possible to form around said rods a layer of the material constituting the bath.
-Here, by way of example, the app.roxime.tive composition of a bath or electrolyte which, according to experience, gives satisfactory results:
EMI0003.0010
Fluoride <SEP> of <SEP> barium <SEP> 30 <SEP> to <SEP> 38
<tb> Fluoride <SEP> -de <SEP> sodium <SEP> 25 <SEP> to <SEP> 30
<tb> Aluminum <SEP> fluoride <SEP> 30 <SEP> to <SEP> 38
<tb> Alumina <SEP> 0.5 <SEP> to 0.7
<tb> Fluorides <SEP> of <SEP> calcium <SEP> and <SEP> of <SEP> magnesium <SEP> (constituting <SEP> the <SEP> impurities
<tb> inevitable) <SEP> approximately <SEP> 2 Such a bath is completely melted at all temperatures above approximately <B> 900 '</B> C;
it allows the electrolysis to be carried out <B> at </B> a temperature of about <B> 950 '</B> C; at. At this temperature, the stability of the bath is satisfactory, its electrical conductivity is good e1: its density is also good; in addition, such a bath is capable of dissolving a satisfactory amount of alumina.
It is understood that the fluorides of sodium: and of aluminum -of the electrolyte can be supplied, at least in part, by cryolite, the commonly accepted formula of which is-. "<B> 3 </B> Na.FI. AIFlg.
It has been recognized that the density of these molten baths decreases when the. temperature rises, faster than the. density of molten aluminum; this is why it is advantageous to provide a very clear safety margin between the two densities: so that if the tank is overheated, the bath does not become sufficiently light to allow the upper aluminum layer to flow. basically.
The density of a bath having the composition indicated above is between 2.5 and 2.7 at <B> 950 '</B> Cet between 2.4 and <B> 2.6 </ B> to <B> 1100 '</B> C; as a result, pure aluminum will float on the bath at these temperatures, since the density of this metal at. 950 is about 2.30, while it is 2.26 gr per centimeter cook at 1100 He C.
A bath containing cryolite and 60 <B> 'A </B> of barium fluoride. Dissolves 4 to 5 alumina; an analog bath containing 40 barium fluoride, which bath would have a specific gravity of about 2.73, would dissolve 8 to 9% alumina at <B> 1000 '</B> C. Electrolytes of this kind are therefore advantageous for the reasons which will be explained.
The alumina becomes more soluble in any cryolite bath when the temperature of this bath is high, so if alumina is added until the bath is saturated, it will be observed that a A small drop in temperature will determine the precipitation of a certain quantity of alumina in the form of corundum or in a similar form, the precipitate carrying with it a greater or less quantity of bath. In a working tank, <B> the </B> part of the bath -which is in contact with the walls, as well as the part which forms the upper crust or which comes into contact with it,
is usually at a much lower temperature than the main part of the bath; consequently, if it enters the bath a sufficient quantity of alumina to saturate the. main part of said bath, the natural circulation causes the deposition on the walls of the tank, of a part of the alumina in the form of a crust which thickens. Practice of this work has shown that when the alumina has crystallized in this form for the first time, it is extremely difficult to redissolve it in the bath.
A -some amount of such a crust. inside the tank, is useful for improving the thermal and electrical insulation properties of the tank, mass, to prevent the formation of an excessively large deposit which would otherwise gradually fill up. the. tank and would be opposed to work, he
EMI0004.0001
door <SEP> of <SEP> maintain <SEP> the <SEP> content <SEP> in <SEP> alumina <SEP> at
<tb> a <SEP> value <SEP> lower <SEP> than the <SEP> point <SEP> of <SEP> saturation.
<tb> For <SEP> inainteirir <SEP> this <SEP> condition, <SEP> it <SEP> is <SEP> by
<tb> .uïte <SEP> desirable, <SEP> in <SEP> the practical <SEP>.
<SEP> from <SEP> give
<tb> at <SEP> bath <SEP> the <SEP> property <SEP> of <SEP> dissolve <SEP> a <SEP> quantity
<tb> considerable <SEP> of alumina, <SEP> so <SEP> of <SEP> allow <SEP> the
<tb> inevitable <SEP> variations <SEP> due <SEP> to <SEP> conditions <SEP> of the
<tb> work; <SEP> any <SEP> <SEP> of the <SEP> causes <SEP> below
<tb> can <SEP> act <SEP> to <SEP> add <SEP> of <SEP> alumina <SEP> to <SEP> bath:
<tb> _I) <SEP> Livrlroli-se <SEP> of <SEP> aluminum fluoride <SEP>
<tb> by <SEP> humidity. <SEP> The <SEP> action of <SEP> capillarity <SEP> causes
<tb> climb, <SEP> in a <SEP> way <SEP> continuous, <SEP> naked (- <SEP> certain
<tb> part <SEP> of <SEP> bath <SEP> between <SEP> the <SEP> upper <SEP> <SEP> of
<tb> metal <SEP> and <SEP> the <SEP> wall <SEP> .of <SEP> the. <SEP> tank;
<SEP> this <SEP> part <SEP> of the
<tb> bath <SEP> forms <SEP> a <SEP> crust <SEP> above <SEP> of the <SEP> metal,
<tb> crust <SEP> which <SEP> is <SEP> maintained <SEP> at <SEP> a <SEP> temperature
<tb> high <SEP> and <SEP> which <SEP> is. <SEP> exposed <SEP> has, <SEP> the <SEP> action of <SEP> air.
<tb> The>. <SEP> bath <SEP> in <SEP> excess <SEP> which <SEP> not <SEP> has <SEP> not <SEP> solidified
<tb> for <SEP> to form <SEP> this <SEP> crust <SEP> falls back <SEP> drop <SEP> to
<tb> drop <SEP> to. <SEP> through <SEP> the <SEP> metal <SEP> from <SEP> time <SEP> to <SEP> time,
<tb> and, <SEP> when <SEP> the <SEP> crust <SEP> is <SEP> moved <SEP> or <SEP> broken,
<tb> ries <SEP> fragments <SEP> of <SEP> this <SEP> crust <SEP> plunge <SEP> <<<SEP> through <SEP> rs <SEP> the <SEP> metal <SEP> and <SEP> return <SEP> to.
<SEP> the <SEP> main <SEP> part <SEP> <B> of the </B> <SEP> bath;
<tb> B) <SEP> The <SEP> reaction <SEP> of <SEP> the oxide <SEP> of <SEP> sodium <SEP> (on
<tb> of <SEP> the livdrate) <SEP> on <SEP> the <SEP> fluoride <SEP> of aluniiniuni.
<tb> A <SEP> quantity <SEP> plus <SEP> or <SEP> less <SEP> large <SEP> of <SEP> sodium
<tb> is <SEP> always <SEP> set <SEP> in <SEP> libertf <SEP> to <SEP> la, <SEP> cathode <SEP> and
<tb> a <SEP> part <SEP> of <SEP> this <SEP> sodium <SEP> bundle <SEP> to, <SEP> through <SEP> the.
<tb> sew <SEP> of <SEP> metal, <SEP> probably <SEP> under <SEP> form <SEP> of
<tb> steam. <SEP> and <SEP> reached <SEP> the <SEP> crust <SEP> upper <SEP> or <SEP> this
<tb> body <SEP> is <SEP> ox @ -dé <SEP> by <SEP> the <SEP> contact <SEP> with <SEP> air;
<tb> (') <SEP> The direct oxidation <SEP> <SEP> of <SEP> the <SEP> layer <SEP> of a Irirniniuni <SEP> floating <SEP> on <SEP> the <SEP> bath <SEP> by <SEP> the air <SEP> which
<tb> penetrates <SEP> <i. <SEP> through <SEP> of <SEP> cracks <SEP> of <SEP> the <SEP> crust
<tb> superior;
<tb> D) <SEP> The <SEP> dust <SEP> of alumina <SEP> which <SEP> exists <SEP> always <SEP> in <SEP> suspension <SEP> in <SEP> the air <SEP> of a <SEP> workshop
<tb> running <SEP> according to <SEP> the <SEP> process <SEP> Hall <SEP> for <SEP> the
<tb> production <SEP> of <SEP> aluminum <SEP> is <SEP> deposited <SEP> on <SEP> the
<tb> <SEP> crust of <SEP> la,
<SEP> refining tank <SEP> <SEP> if <SEP> this <SEP> is
<tb> finds <SEP> in <SEP> the same <SEP> <SEP> workshop.
<tb> It <SEP> is <SEP> so <SEP> important <SEP> to avoid <SEP> the <SEP> its turation <SEP> of the <SEP> bath <SEP> that <SEP> clans <SEP> <SEP> industry <SEP> luminium <SEP> such <SEP> it <SEP> is <SEP> actually <SEP> practiced, <SEP> it <SEP> is <SEP> generally <SEP> necessary <SEP> to remove
<tb> from <SEP> alumina <SEP> from <SEP> time <SEP> to. <SEP> other. <SEP> This <SEP> can <SEP> be
<tb> does <SEP> appropriately <SEP> in <SEP> various <SEP> ways.
EMI0004.0002
On <SEP> the attached <SEP> drawing <SEP>, <SEP> on <SEP> a. <SEP> shown, <SEP> to
<tb> title <SEP> of example, <SEP> a <SEP> code <SEP> of execution <SEP> of a
<tb> tank <SEP> for <SEP> the <SEP> setting <SEP> in <SEP> work <SEP> of the <SEP> process <SEP> for
<tb> get <SEP> (the <SEP> the aluminum <SEP> according to <SEP> the <SEP> presents <SEP> in vention.
<tb> On <SEP> these <SEP> clessins: <SEP> the <SEP> fib. <SEP> 1 <SEP> is <SEP> a <SEP> view <SEP> in
<tb> <SEP> plan - of <SEP> the <SEP> tank;
<tb> The <SEP> fig. <SEP>? <SEP> and <SEP> are <SEP> of <SEP> cuts <SEP> transver sales, <SEP> do <SEP> by <SEP>? -? <SEP> and <SEP> 3-3 <SEP> of <SEP> the <SEP> fia <SEP> 1,
<tb> respectively;
<tb> The <SEP> fig. <SEP> d <SEP> and:
<SEP> 5 <SEP> are <SEP> of <SEP> cuts <SEP> transver sales <SEP> of <SEP> detail <SEP> made <SEP> by <SEP> d-4 <SEP> and <SEP> 5-5 <SEP> respec tively: <SEP> of <SEP> the <SEP> fig. <SEP> 1, <SEP> these <SEP> sections <SEP> showing <SEP> the
<tb> <SEP> connections established <SEP> for <SEP> the <SEP> cireulation <SEP> of <SEP> water
<tb> to <SEP> of the <SEP> rooms. <SEP> from <SEP> cooling, <SEP> to <SEP> by shooting <SEP> from <SEP> these <SEP> chambers <SEP> and <SEP> between <SEP> them;
<tb> La_ <SEP> fig. <SEP> 6 <SEP>, is <SEP> a <SEP> cross section <SEP> <SEP> (the
<tb> detail <SEP> made <SEP> by <SEP> 6-6 <SEP> of <SEP> the <SEP> fig. <SEP> 1 <SEP> and <SEP> showing
<tb> the <SEP> mode <SEP> of <SEP> connection <SEP> of the <SEP> electrodes <SEP> above <SEP> to <SEP> of the <SEP> negative <SEP> bus <SEP> bars;
<tb> The <SEP> fig. <SEP> 7, <SEP> finally, <SEP> is <SEP> a <SEP> cut <SEP> transver sale <SEP> of a <SEP> detail <SEP> made <SEP> by <SEP> on < SEP> same <SEP> plan <SEP> as
<tb> the <SEP> fi- ,. <SEP> 2 <SEP> and. <SEP> showing <SEP> the <SEP> mode <SEP> of <SEP> fixing <SEP> of
<tb> the. <SEP> upper <SEP> portion <SEP> of <SEP> the <SEP> tank <SEP> it <SEP> the <SEP> portion
<tb> lower <SEP> for <SEP> obtaining <SEP> of a <SEP> resistance
<tb> mechanical <SEP> sufficient <SEP>: years <SEP> that <SEP> exists <SEP> d;
<SEP> electrical <SEP> connection <SEP> between <SEP> the <SEP> two <SEP> part.
<tb> The <SEP> lower <SEP> tank <SEP> or <SEP> lower <SEP> part <SEP> 10
<tb> of <SEP> the <SEP> tank <SEP> is <SEP> made <SEP> of <SEP> preference <SEP> eu <SEP> steel <SEP> and
<tb> assigns <SEP> the <SEP> shape- <SEP> to a cylindrical <SEP> container <SEP>
<tb> <B>, </B> <SEP> ayi <SEP> <B>, </B> <SEP> nt <SEP> a <SEP> dianietre # <SEP> notably <SEP> higher <SEP> at
<tb> the <SEP> height;
<SEP> <i, <SEP> sa. <SEP> upper <SEP> part <SEP> (or <SEP> near
<tb> of <SEP> this <SEP> part-) <SEP> this <SEP> tank <SEP> is <SEP> provided with <SEP> with a
<tb> <SEP> chamber <SEP> circulation <SEP> or <SEP> .de <SEP> cooling
<tb> 11 <SEP> obtained <SEP> cry <SEP> forming <SEP> on <SEP> the <SEP> edge <SEP> upper
<tb> of <SEP> the <SEP> tank <SEP> a <SEP> ledge <SEP> 1 <B> 2 </B> of <SEP> width <SEP> appropriate
<tb> has been <SEP> to. <SEP> outside, <SEP> a <SEP> flared <SEP> ring
<tb> or <SEP> conical <SEP> 12a <SEP> being <SEP> welded <SEP> or <SEP> fixed <SEP> of <SEP> all
<tb> coulter <SEP> way <SEP> waterproof <SEP> on <SEP> the.
<SEP> bottom <SEP> face
<tb> of <SEP> ledge <SEP> 12 <SEP> as well as <SEP> and <SEP> on <SEP> the <SEP> body <SEP> (the <SEP> the <SEP> tank
<tb> to <SEP> a lower <SEP> level <SEP>.
<tb> above <SEP> of <SEP> the <SEP> portion <SEP> lower <SEP> 1Ü <SEP> of
<tb> the <SEP> tank <SEP> is <SEP> placed <SEP> a <SEP> portion <SEP> higher
<tb> of <SEP> tank <SEP> 13 <SEP> which <SEP> can <SEP> be <SEP> made <SEP> also <SEP> in
<tb> steel <SEP> and <SEP> which <SEP> includes <SEP> of <SEP> wall: <SEP> hollow: <SEP> mixing <SEP> a <SEP> chamber <SEP> upper <SEP> of <SEP> circula tion <SEP> of water <SEP> 1-1. <SEP> The <SEP> internal <SEP> surface <SEP> of <SEP> the <SEP> upper part of the tank flares out as shown in the drawing.
To ensure the electrical isolation of the two portions of the tank, a flat washer or gasket 15 made of asbestos or other suitable material has been interposed between them.
In order to give to. construction sufficient mechanical resistance, the two portions of the. vat are joined by means of studs 16 arranged vertically, crossing the rim 12 and screwed clans dice buffers on the bottom of the upper portion of the cuvé inside the. water circulation chamber. In order to prevent the electrical connection, the holes in the flange 12 through which the studs pass have been filled with bushes 18 and insulating washers 19.
Thanks to the. circulation of water, the aforementioned bushings and washers are not subjected to a high temperature; therefore, they can be made of virtually any insulating substance which does not soften at temperatures below 100 ° C. and which can withstand the crushing forces exerted by the studs.
Appropriate fittings for water circulation are provided; for simplicity and convenience, these fittings are constructed and organized so that water flows through the two chambers successively, and that at. through the lower chamber first. For this purpose, the chamber 11 is provided at its lower part with a supply connector 20 connected by a pipe 21 to any suitable source of water not shown, and, at the.
upper part (to prevent the formation of air pockets) of an outlet fitting 22 connected by a pipe 23 to the inlet fitting 24 through which water from the lower circulation chamber is introduced to the, lower part of the upper circulation chamber. The latter is provided with an outlet connector 25 (arranged at the top to prevent the formation of air pockets), which connector is connected through the duct 27 to a discharge pipe 26.
In order to avoid losses of electricity to the earth, the pipes 21 and 27 can be made of rubber; the pipe 23 can also hearth made of the same substance to maintain the electrical insulation of the two portions of the tank; the water used for cooling must be sufficiently pure to prevent the passage of an appreciable quantity of current from one part of the tank to the other according to the voltage adopted for the work.
On the bottom of the lower portion of the vessel is placed a layer 28 of a heat-insulating substance (for example pulverized bauxite, alumina, magnesia, refractory bricks) -in order to reduce or minimize heat loss through the bottom of the tank;
on this layer is placed a coating 29 of an electrically conductive refractory material (preferably carbon) and at the upper part of this coating is formed a cavity intended to receive the alloy. The coating constituting the bottom can be conveniently and satisfactorily formed by packing in the metal tank a mixture of tar, pitch and granulated or pulverized coke, this work being carried out at a temperature sufficiently high to render the mixture. plastic mass; the tank and its contents are then placed in an oven in which the. temperature is gradually raised up to a value of about <B> 600 '</B> C to cook and solidify the. mass char bonneuse.
A good electrical connection can be ensured between the metal tank and its covering by means of plates. metal manifolds 31 welded to the. internal surface of the tank so as to be integral therewith both from an electrical point of view and from a mechanical point of view. These plates extend inside the coating which is molded in turn. In the plane of the collet- plates.
trices, the tank is provided on the outside with metal contact pads 32 preferably welded to the tank so as to form one body therewith. from the electrical point of view and from the mechanical point of view; copper, aluminum or other suitable metal bus bars are strongly bolted to the aforementioned buffers.
The
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bar: <SEP> omnibus <SEP> can <SEP> affect <SEP> the <SEP> form <SEP> of
<tb> flat <SEP> plates <SEP> elongated <SEP> 33 <SEP> surrounding <SEP> the <SEP> lower <SEP> portion <SEP> of <SEP> the <SEP> tank, <SEP> the <SEP> ends <SEP> of said <SEP> plates <SEP> projecting <SEP> <SEP> from a <SEP> side <SEP> of <SEP> the
<tb> tank <SEP> for <SEP> in <SEP> allow <SEP> conveniently <SEP> the <SEP> connection <SEP> to. <SEP> one <SEP> of the <SEP> bars <SEP> of an appropriate <SEP> source <SEP> <SEP> (-not <SEP> shown) <SEP> of <SEP> walling <SEP > #continuous. <SEP> During <SEP> refining, <SEP> these <SEP> bars <SEP> bus <SEP> are <SEP> linked <SEP> to <SEP> the <SEP> terminal <SEP> positive < SEP> of <SEP> the ..
<SEP> source <SEP> of <SEP> current <SEP> of <SEP> such <SEP> way <SEP> that <SEP> the current <SEP> <SEP> enters
<tb> in <SEP> the <SEP> tank <SEP> by <SEP> the <SEP> lower <SEP> part. <SEP> The <SEP> re garment <SEP> of <SEP> coal <SEP>? 9 <SEP> constitutes <SEP> this <SEP> which, <SEP> for
<tb> the. <SEP> convenience <SEP> of <SEP> the talk, <SEP> could <SEP> be (- <SEP> called <SEP> the lower electrode <SEP> <SEP> of <SEP> the <SEP > tank.
<tb> The upper <SEP> electrode <SEP> is <SEP> formed <SEP> of a
<tb> suitable <SEP> number <SEP> of <SEP> bars <SEP> 34 <SEP> [the <SEP> graphite
<tb> of <SEP> high <SEP> diameter <SEP> and <SEP> of <SEP> low <SEP> length <SEP> available) sées <SEP> vertically <SEP> and <SEP> provided <SEP> with <SEP> <U> ti-us </U> <SEP> <B> 35 <SEP> c1;
# </B>
<tb> (.1book <SEP> (or <SEP> of a <SEP> .other <SEP> metal) <SEP> which, <SEP> by <SEP> their
<tb> upper <SEP> part, <SEP> are <SEP> targeted <SEP> or <SEP> fixed <SEP> on
<tb> they <SEP> of <SEP> any <SEP> other <SEP> suitable <SEP> manner. <SEP> These
<tb> <SEP> metal rods <SEP> serve <SEP> to. <SEP> support <SEP> the <SEP> superior <SEP> elec trodes; <SEP> and <SEP> deliver <SEP> passalge <SEP> to current <SEP>; <SEP> dan :, <SEP> this <SEP> goal, <SEP> it, <SEP> are <SEP> fixed;
<SEP> key <SEP> way <SEP> adjustable <SEP> and <SEP> removable <SEP> at <SEP> means <SEP> of <SEP> extending pin
<tb> these <SEP> 36, <SEP> on <SEP> the <SEP> <SEP> omnibus <SEP> <B> 37 </B> bars
<tb> horizontally <SEP> above <SEP> of <SEP> the <SEP> tank <SEP> in
<tb> a <SEP> direction <SEP> transverse. <SEP> For <SEP> to facilitate <SEP> access to <SEP> cylinders <SEP> of <SEP> graphite, <SEP> as well as <SEP> (read <SEP> for
<tb> make <SEP> easier <SEP> <SEP> the <SEP> setting, <SEP> the <SEP> reinpla (ement,
<tb> summer., <SEP> on <SEP> a <SEP> arranged <SEP> the <SEP> bars <SEP> bus <SEP> to. <SEP> two
<tb> different <SEP> levels, <SEP> as <SEP> indicates <SEP> the <SEP> of sin;
<SEP> they <SEP> are <SEP> supported <SEP> by <SEP> a certain <SEP>
<tb> number <SEP> of <SEP> amounts <SEP> 38 <SEP> to which <SEP> they <SEP> are
<tb> fixed <SEP> do <SEP> way <SEP> to <SEP> form <SEP> a <SEP> framework <SEP> ri This <SEP> rests <SEP> on <SEP> the <SEP> upper <SEP> portion
<tb> from <SEP> la. <SEP> tank <SEP> of which <SEP> it <SEP> is <SEP> isolated <SEP> by <SEP> all <SEP> mayen
<tb> appropriate <SEP> -convenable <SEP> (not <SEP> shown). <SEP> 3 <SEP> properly <SEP> to speak, <SEP> the.
<SEP> floating <SEP> aluminum <SEP> layer
<tb> on <SEP> the <SEP> bath <SEP> and <SEP> the <SEP> layer <SEP> # the alloy <SEP> located <SEP>
<tb> under <SEP> the <SEP> bath <SEP> constitute <SEP> res.pectiv <SEP> emerit <SEP> the
<tb> electrodes <SEP> upper <SEP> and <SEP> lower, <SEP> but <SEP> these
<tb> layers <SEP> are <SEP> designated <SEP> here <SEP> under <SEP> the <SEP> names <SEP> of
<tb> cathode. <SEP> and <SEP> of anode <SEP> and <SEP> it <SEP> seems <SEP> by <SEP> following <SEP> ad missible <SEP> and <SEP> convenient <SEP> of <SEP> designate <SEP> the <SEP> cylinder,
<tb> of <SEP> graphite <SEP> and <SEP> the <SEP> coating <SEP> lower <SEP> in <SEP> char bon <SEP> (or <SEP> their <SEP> equivalents) <SEP> under <SEP> the <SEP> name <SEP> of upper <SEP> <SEP> and <SEP> lower <SEP> elec trodes.
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The <SEP> ietal <SEP> all <SEP> to be <SEP> extracted. <SEP> of <SEP> the <SEP> part <SEP> su
<tb> lower <SEP> of <SEP> the <SEP> tank <SEP> by <SEP> a <SEP> notch <SEP> or <SEP> trot
<tb> of <SEP> casting <SEP> 3f1, <SEP> which <SEP> can <SEP> be <SEP> closed <SEP> at <SEP> moyei
<tb> do <SEP> any appropriate <SEP> refractory <SEP> substance <SEP>. <SEP> L (
<tb> metal <SEP> a.nodc <SEP> in <SEP> fusion <SEP> small <SEP> be <SEP> extracted <SEP> from <SEP> 1 @
<tb> part <SEP> lllfét'leure <SEP> de <SEP> the <SEP> cube <SEP> by <SEP> 1111 <SEP> troll <SEP> d (
<tb> casting <SEP> 40 <SEP> which <SEP> is <SEP> normally <SEP> maintained <SEP> will fer (
<tb> by <SEP> a <SEP> lioti: li (ln <SEP> rie <SEP> charcoal <SEP> from <SEP> wood <SEP> conipau.
<tb> or <SEP> from a <SEP> other <SEP> appropriate <SEP> material.
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On <SEP> the, <SEP> surface <SEP> internal <SEP> .de <SEP> the, <SEP> tank <SEP> is <SEP> dis.
<tb> laid <SEP> a <SEP> coating <SEP> l5 <SEP> located. <SEP> above <SEP> of <SEP> re-garment <SEP> in <SEP> charcoal <SEP>? F) <SEP> and <SEP> covering <SEP> the attached <SEP>
<tb> which <SEP> exists <SEP> between <SEP> the <SEP> two <SEP> portions <SEP> of <SEP> the. <SEP> cuv (
<tb> <B>. </B> <SEP> ain <SEP> if <SEP> that a <SEP> part <SEP> of <SEP> the <SEP> portion <SEP> superior (
<tb> key <SEP> the <SEP> tank <SEP> or <SEP> even <SEP> the. <SEP> all <SEP> (the <SEP> rette <SEP> por l: iou. <SEP> Dan. <SEP> all <SEP> cade <SEP> the <SEP> practice, <SEP> c (:
<SEP> re garment <SEP> lateral <SEP> must <SEP> be <SEP> made <SEP> in <SEP> a <SEP> substance <SEP> capable <SEP> c1 '<issurer <SEP> a < SEP> thermal <SEP> insulation <SEP> and <SEP> electric, <SEP> in order to <SEP> of <SEP> reduce <SEP> the <SEP> quantity
<tb> of <SEP> heat <SEP> con (luitc @ <SEP> to <SEP> chambers <SEP> of <SEP> circula.
<tb> tio1i <SEP> of water <SEP> and <SEP> of enipê (@lier <SEP> the flow <SEP> of the current <SEP>. <SEP> (_lc # etrlquc # <SEP> around <SEP> of a <SEP> part <SEP> qllulcon that <SEP> of the <SEP> content <SEP> <B> of the </B> <SEP> the <SEP> tank <SEP> submitted <SEP> in <SEP> electrolytic <SEP> treatment <SEP> in <SEP> the refining <SEP> operation.
<SEP> The <SEP> r (#clothes (@ment <SEP> must <SEP> be <SEP> sufficient
<tb> refractory <SEP> for <SEP> to remain <SEP> at <SEP> solid <SEP> state <SEP> at the <SEP> tin peratures <SEP> to which <SEP> there. <SEP> is <SEP> subjected <SEP> during <SEP> the electrolytic <SEP> refining <SEP> operation. <SEP> In <SEP> eus
<tb> condition .., <SEP> a <SEP> coating <SEP> made <SEP> {of a <SEP> mixture
<tb> of <SEP> <SEP> metallic fluorides <SEP> and <SEP> of alumina <SEP> a <SEP> given,
<tb> fana <SEP> la. <SEP> practical, <SEP> of <SEP> results <SEP> very <SEP> satisfied_
<tb> Faionts.
<tb> Dan, <SEP> la, <SEP> realization <SEP> of the <SEP> process, <SEP> the <SEP> in (- mixture <SEP> of aluminum <SEP> and 'other <SEP > substances <SEP> oc cupe <SEP> to.
<SEP> the melted <SEP> state, <SEP>. The <SEP> lower <SEP> part <SEP> (the <SEP> the
<tb> tank, <SEP> like <SEP> the Hindic <SEP> <SEP> drawing <SEP> in <SEP> 11 ;. <SEP> On
<tb> this inatiére <SEP> <SEP> flnttr, <SEP> a <SEP> layer <SEP> 1ï <SEP> of <SEP> bath
<tb> fonda <SEP> or <SEP> el (@ (@ trolyte <SEP> and, <SEP> on <SEP> this <SEP> eouelle <SEP> flow # (,
<tb> has <SEP> its <SEP> turn <SEP> a <SEP> loop <SEP> -1-8 <SEP> of molten aluminum <SEP>,
<tb> the <SEP> éleel <SEP> rodes <SEP> supé <SEP> ricurc <SEP> s <SEP> plunging <SEP> into <SEP> this
<tb> last <SEP> couch (@ <SEP> <(<SEP> sufficient <SEP> <SEP> depth
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<tb> material. <SEP> previously <SEP> fondue :; <SEP> for <SEP> to train
<tb> the. <SEP> layer <SEP> first <SEP> of aluminum, <SEP> on <SEP> uses <SEP> on
<tb> metal <SEP> the <SEP> plus <SEP> pure <SEP> than <SEP> is <SEP> possible <SEP> to obtain.
The vessel can also be started in the following manner: The upper electrodes are lowered and brought into contact with the lower layer of carbon; the current is passed, which determines the production of a certain quantity of heat and the melting of a small quantity of pulverized or granulated material intended to constitute the bath and arranged around the electrodes. The latter are raised as the melting proceeds and an additional quantity of the material intended to form the bath is added, until a sufficient mass of molten electrolyte has been obtained.
The alloy or molten mixture constituting the anode is then poured into the tank. Almost any aluminum alloy can be used which has a density greater than that of the molten bath and remains mobile during the refining operation. However, an alloy is preferably used, the main constituents of which are aluminum and copper.
This alloy must be supplied in sufficient quantity so that it forms a continuous layer (acting as an external conductor) on the bottom of the vessel throughout the course of the refining operation. A layer of bath of sufficient height should be used so that the metal at the top (pure aluminum) does not in any case come into contact with any part of the lateral crust which has previously been covered by the alloy-anode. We will notice, from this point of view,
as the composition changes of the alloy-anode, gent changes in the aforementioned key. In these due to the extraction operation, cause corresponding changes in the volume and in the position of the upper and lower surfaces of the bath layer. Molten aluminum (preferably metal, as pure as possible) is placed on the molten bath to serve as a cathode.
The extraction process can then be started, with the alloy serving as the anode and the top layer of metal as the cathode, the current being brought from the top layer of metal through graphite electrodes which plunge the aluminum. alloy anode and it is melt deposited on the cathode. This operation is continued until the desired amount of aluminum has been extracted from the anode and added to the cathode.
Part of the top metal layer is then removed and the depleted alloy-anode is removed through taphole 40, a further amount of molten alloy being fed into the vessel in any suitable manner and preferably avoiding any mixing # with the refined metal that floats on
the bath This operation can. be conveniently carried out by means of a charcoal funnel which, after having been heated beforehand, is introduced into the -cuvette until it almost reaches the -fend of the latter, the apparatus having preferably been put out of circuit. The refined metal caught in the funnel can be scooped out with a hand spoon after which the fresh alloy is poured out. The funnel is then removed and the process begins again.
The fresh bond introduced is preferably in an amount sufficient to raise the bath and the upper layer of metal until the surface of the latter comes to the same level as before the extraction of the refined metal. These operations can be repeated from time to time, as often as necessary, without appreciably interrupting the process which, apart from these interruptions, continues in a continuous manner.
The efficiency obtained in the process depends to a great extent on the effectiveness of the arrangements adopted to prevent heat loss. Theoretically, almost no amount of energy is required for the extraction, but in practice, in the absence of another suitable source of heat, one is led to spend a sufficient amount of energy. electrical energy to maintain the anode, the bath and the cathode in the molten state;
therefore, the amount of electrical energy which must be supplied is almost exactly the equivalent of the amount of heat which is allowed to be lost. When the isolation of the tank has been improved as practically as possible, nothing remains to be done to limit the quantity. heat escaping from a heated body of given dimensions; with the minimum heat loss, the amount of energy needed to pass through the vessel will also be minimized.
In the interest of economy of current, the work should be done in the tank at a voltage as low as possible in practice. Consequently, the electrolyte which forms, the. main part of the resistor should be as thin as possible:
it has been recognized that a layer of about 65 to 100 mm d, c = thickness is generally satisfactory. With a bath or electrolyte of any thickness previously determined, the permissible current density varies between a lower limit, which is sufficient to maintain the anode, the bath and the cathode in the molten state, and an upper limit at which .the.
volatilization of the bath is excessive or at which too much of the impurities in the node go into solution. These limits, with the various bath compositions which have given (the results satisfactory to the inventors, are approximately 800 C and 1100 C respectively, with a working temperature close to, preferably, -950 C.
The lower limit of density and current allowed also depends to a large extent on the dimensions of the tank, since the surface area to volume ratio is less in a large tank than in a small one.
In a tank having a cross-sectional area through the electrolyte of about 0.90 m-, we have. recognized that the most suitable current in general is a current of 8500 amps, but that the method can be applied with currents between <B> 7500 </B> and <B> 12,000 </B> amps. The preferable current density in a tank having the aforementioned electrolyte cross section is 9530 amperes per square meter with a minimum allowed value of about 8395 amps and a maximum value of about 13.455 amps. per square meter.
With the current density indicated, the total electro-motive force between the terminals of the tank can be approximately 6 volts. Cells over 4 # randts can be used with lower current densities and lower voltages:
by varying the size of the tank, the composition of the bath, its conductivity and the efficiency of heat insulation, the electrolytic process forming the subject of the invention can be practically implemented with current densities between 5385 and? 6.91 () amps per square meter of bath cross section. In general, the practical lower limit for voltage is around 3.5 volts; the <B>, </B> upper limit is, of course, undefined.
The electrodes 34 can be protected against oxidation in the air by a stainless coating which can be constituted by the material forming the bath, material which is applied to the rods: in the form of a thin layer and which is left solidify on them.
It is understood that the invention ii'e # t not limited to the details described or shown and that it can be implemented in various other ways and with other devices. The term "fluoride of an alkaline earth metal having an atomic weight greater than 80" which is used hereinafter, is to be taken in a general sense to include either fluoride.
d.c barium,: either strontium fluoride, or both, each of these metals before an atomic weight greater than the indicated value.