Procédé et appareil pour l'obtention de métaux par électrolyse de bains fondus. La présente invention est relative à un procédé et un appareil pour l'obtention de métaux par électrolyse de bains fondus.
Ce procédé peut servir, par exemple, à la préparation de l'aluminium, du magnésium, etc. Il est caractérisé en ce que la fusion de l'électrolyte dans la cuve électrolytique, et le maintien de cet électrolyte à l'état liquide pendant toute la durée de l'électrolyse, sont obtenus au moyen de radiateurs à combustion interne de gaz plongeant dans l'électrolyte, la presque totalité du courant électrique étant utilisée pour décomposer l'électrolyte déjà fondu, l'effet Joule étant ainsi considérable ment réduit.
On emploiera avantageusement des radia teurs contenant des matières réfractaires gra nulées et poreuses, lesdits radiateurs étant chauffés au moyen de gaz mélangé d'air qui brûlera sans flamme en provoquant l'incan descence desdites matières réfractaires.
On comprend qu'avec un tel procédé l'effet Joule du courant pourra être réduit au minimum correspondant à la résistance élec- trique du bain. Comme cet effet Joule cesse d'avoir titi rôle utile, on pourra réduire au minimum la résistance des cuves au passage du courant, ce qui permettra, pour un vol tage déterminé du courant utilisé, de monter en tension un plus grand nombre de ces cuves qu'actuellement. On réalise donc une très grande économie d'énergie électrique, ce qui permet d'abaisser considérablement le prix de revient du métal dans les régions où l'em ploi du courant électrique pour le chauffage est moins économique que l'emploi d'un coui- bustible gazeux.
Le procédé peut être effectué dans une cuve électrolytique de construction quelconque, ayant une résistance au passage du courant aussi faible que possible. On peut l'exécuter par exemple comme suit: Tout d'abord on introduit dans la cuve les composés : sels, oxydes, formant l'électrolyte, et on chauffe celui-ci au moyen de radiateurs à gaz plon geant dans la masse de l'électrolyte en em ployant de préférence des radiateurs à com bustion sans flamme, comportant intérieure ment des fragments de matière réfractaire poreuse, comme cela est généralement le cas dans les appareils de chauffage de ce type.
Le réglage de la combustion est naturelle ment effectué de toute faon connue, suivant la nature de l'électrolyte et le métal qu'on désire obtenir, de manière que la température atteinte dans la cuve soit au moins égale à la température de fusion des sels et oxydes composant l'électrolyte. Seulement lorsque la fusion est complètement terminée et que l'élec trolyte a sa composition normale, on fait passer le courant dans la cuve ; l'électrolyse du bain d'électrolyte fondu se produit et le métal est séparé. Au fur et à mesure que le métal se dépose on ajoute de nouvelles quan tités de sels on oxydes solides, dont la fusion est toujours obtenue par la chaleur produite par la combustion dans les radiateurs, dont le fonctionnement est continu pendant toute l'opération.
La coulée du métal obtenu, de même que le réglage du courant suivant la résistance du bain d'électrolyte, peuvent na turellement être effectués suivant les procédés employés dans les appareils actuellement eu usage, tel que le four Héroult ou autres.
Dans ces conditions, la presque totalité < lu courant électrique est utilisée pour la décom position de l'électrolyte, puisque le courant passe dans une masse d'électrolyte maintenue en fusion par les radiateurs plongeant dans cette masse.
Le dessin annexé représente un exemple de construction de l'appareil suivant l'inven tion pour la préparation de l'aluminium.
La fig. 1 est une vue en plan de l'appa reil, les plaques recouvrant la cuve étant enlevées; La fig. 2 est une coupe transversale sui vant 2-2 (fig. 1) ; La fig. 3 est une coupe longitudinale de la cuve suivant 3-3 (fig. 1), et La fig. 4 est un plan schématique d'une installation constituée au moyen de plusieurs appareils suivant l'invention.
L'appareil représenté se compose d'une cuve métallique 1 renforcée extérieurement par des ferrures 2 et garnie intérieurement d'un revêtement très bon conducteur 3. Ce revêtement conducteur est constitué de pré férence par des briques de charbon de coke de pétrole comprimé et qui, après cuisson, sont dressées mécaniquement sur toutes les faces. Ces briques sont assemblées au moyen d'un coulis de lamême matière mélangée de glu cose et broyée en poudre impalpable.
Dans cer tains cas il peut être avantageux de recouvrir les parties du revêtement qui ne doivent pas entrer en contact avec l'électrolyte, d'une couche métallique, par exemple du métal devant être obtenu dans la cuve, ou de cuivre, cette couche étant déposée par électrolyse, ou au moyen d'appareils de pulvérisation. Toutefois, dans le cas particulier de l'alumi nium, l'emploi de cette couche n'est pas né cessaire. La cuve ainsi obtenue constitue une masse très conductrice et elle est reliée électrique ment au pôle négatif de la source électrique. La cuve et son revêtement sont isolés élec triquement du sol, au moyen de supports isolants 4 en toute matière convenable.
Les radiateurs à gaz destinés au chauf fage de l'électrolyte sont constitués par un ou deux, ou (in plus grand nombre de tubes métalliques 5, par exemple en acier, ou en nickel, traversant longitudinalement la cuve et disposés dans des logements 6 pratiqués dans le revêtement conducteur de la cuve. Ces tubes sont reliés électriquement au corps de la cuve, c'est-à-dire à la cathode, afin qu'au cune différence de potentiel ne puisse exister entre les radiateurs et le revêtement interne de la cuve, pour éviter. toute attaque de ces tubes.
Dans ce but, les tubes 5 sont immergés dans une masse d'aluminium fondu 7 emplis sant chacun des logements 6, cette masse d'aluminium étant par exemple obtenue lors de la première opération effectuée avec l'ap pareil et étant constituée par la partie du métal fondu qui se trouve au-dessous de l'ori fice d'entrée 8 de la goulotte 9 servant à la coulée du métal ; cette goulotte est normale ment fermée par un bouchon de charbon 35.
Le mode ci-dessus décrit de connexion des tubes de radiateur à la cuve électrolytique a été reconnu particulièrement avantageux dans -le cas de la fabrication de l'aluminium. Mais il est évident que cette connexion pourrait être effectuée de toute autre façon; par exemple les différents tubes de radiateur pour raient être reliées et suspendus à une entre toise métallique amovible de la cuve, reliée électriquement soit directement au pôle né gatif de la source électrique, soit aux parois de la cuve. Dans ce cas pour éviter l'oxyda tion et la destruction de ces tubes il serait nécessaire de recouvrir ceux-ci, soit par élec trolyse, soit par pulvérisation, d'une couche de même métal que celui qui est obtenu dans la cuve, c'est-à-dire d'aluminium dans le cas présent.
L'intérieur des tubes 5 est rempli de ma tières réfractaires granulées et poreuses, comme cela est le cas dans les radiateurs à gaz à combustion sans flamme.
L'extrémité d'entrée de chacun des tubes 5 est reliée simultanément à la canalisation d'alimentation de gaz et à la canalisation d'alimentation d'air comprimé tout en étant isolée électriquement de ces canalisations. Cette connexion est effectuée de la façon suivante L'extrémité d'entrée de chaque tube 5 est raccordée par une bride 10 à un manchon 11 dans lequel débouchent un branchement 12 de la canalisation d'alimentation de gaz et un branchement 13 de la canalisation d'ali mentation d'air comprimé.
Le branchement 12 d'arrivée de gaz est raccordé au manchon 11 par un raccord isolant électriquement 14, par exemple en porcelaine ; le branchement 13 d'arrivée d'air comprimé est raccordé au man chon 11 par un raccord isolant 15 et un tuyau\ 16 entouré sur une partie de sa longueur par une boite 17 dans laquelle débouche, par l'in termédiaire d'un robinet amorceur à trois voies 18, l'extrémité d'échappement des gaz brûlés d'un autre tube 5 qui se trouve être voisine de l'extrémité d'entrée considérée et du même côté de l'appareil que celle-ci.
Cette boite 17 constitue ainsi un échangeur de tem pérature servant au réchauffage de l'air com- primé avant le mélange de celui-ci avec le gaz combustible dans chacun des manchons 11. La boite 17 est raccordée, d'autre part, à la conduite générale d'échappement de l'ins tallation par un raccord isolant 19 et un branchement 36. L'ensemble des tubes 5 du radiateur reliés à la cathode se trouve donc ainsi parfaitement isolé des canalisations. On voit sur le dessin à la fig. 1 que l'appareil comporte de chaque côté des connexions iden tiques des tubes 5 avec les canalisations de gaz, d'air comprimé et d'échappement, et que la circulation des gaz se fait en sens inverse dans deux tubes voisins, suivant les flèches 28 et 29.
Bien entendu, quoique les radiateurs re présentés sur le dessin soient constitués par des tubes rectilignes, il est bien évident que ces tubes pourraient avoir toute autre forme appropriée. De même, quoiqu'il ait été indiqué que ces tubes sont métalliques, ils pourraient être établis en toute autre matière bonne con ductrice de la chaleur, par exemple en gra phite, alumine ou silice.
Dans la cuve on plonge l'anode consti tuée par un ou plusieurs blocs de charbon 20 et dans chacun desquels est scellée une tige métallique de suspension 21. La partie su périeure de cette tige constitue une crémail lère 22, ou une vis, cette crémaillère ou cette vis étant commandée de toute façon connue, soit à la main, soit par un petit moteur élec trique, de manière à être abaissée ou élevée, automatiquement ou non, suivant la résis tance de la cuve. Cette électrode est reliée au pôle positif de la source électrique.
La cuve peut être recouverte par des pla ques . 23, par exemple en charbon, laissant toutefois passage à l'anode. Ces plaques sont percées d'ouvertures 24, qui sont fermées pendant la période initiale de fusion par des tampons munis de poignées, et par lesquelles ôn alimente périodiquement la cuve en sels ou oxydes. Ces ouvertures laissent également échapper les gaz provenant de la cuve.
Chaque opération effectuée au moyen de l'appareil ci-dessus décrit peut être conduite de la façon suivante: Au début on introduit dans la cuve les sels ou oxydes composant l'électrolyte, c'est à-dire un mélange d'alumine et de cryolithe. Puis on ouvre les robinets 25 d'admission de gaz dans les radiateurs et on tourne les ro binets à trois voies 18 de façon que ces ro binets fassent communiquer directement l'in térieur des tubes 5 avec l'atmosphère par l'ajutage 26 des robinets 18. On présente alors une flamme aux extrémités des ajutages 26, ce qui enflamme le gaz, et on ouvre ensuite progressivement les robinets 27 com mandant l'arrivée de l'air comprimé.
Petit à petit les flammes diminuent, puis disparais sent complètement, et à ce moment la ma tière réfractaire poreuse contenue dans les tubes 5, qui est devenue incandescente, est suffisamment chaude pour que la température atteinte dans l'intérieur de la cuve soit su périeure à 050 , et les sels et oxydes com posant l'électrolyte fondent, de même que la masse d'aluminium entourant les tubes 5.
Lorsque les sels et oxydes composant l'électrolyte sont fondus, au fur et à mesure de la dissolution de l'alumine, on ajoute de nouvelles quantités d'alumine et lorsque le bain a sa composition normale; on lance le courant dans la cuve. Le métal réduit se dé pose au fond de la cuve, et on continue à ajouter de l'alumine dans la cuve au fur à mesure que l'aluminium se dépose.
Comme indiqué ci-dessus, le réglage de la position de l'anode suivant la résistance de l'ensemble: cuve-bain, peut être effectué automatiquement de façon connue au moyen d'un moteur électrique commandé par un celai.
De temps à autre on coule le métal con tenu dans la cuve en enlevant le bouchon de charbon 35 qui, normalement, ferme la gou- lotte 9.
La construction de la cuve elle-même et de son revêtement intérieur étant telle que sa résistance électrique est très faible, et d'autre part la tension de décomposition de l'alumine variant de 2, 8 v. à 3 v., il devient possible de constituer l'installation complète de fabri- cation de l'aluminium en montant en tension pai exemple quarante appareils semblables à celui décrit ci-dessus, ce qui permet d'em ployer des génératrices de courant d'une cons truction courante. fonctionnant sous une ten sion normale de<B>110</B> v. à 120 v.
Une telle installation est représentée sché matiquement en plan sur la fig. 4. Sur cette figure on voit que, pour les appareils suc cessifs 30, l'anode de chaque appareil est reliée à la cuve de l'appareil suivant, l'anode du premier appareil étant seule reliée au pôle positif de la source électrique 31, tandis que la cuve du dernier appareil est seule reliée au pôle négatif de cette source.
Les branchements 12, 13 et 36 de gaz, d'air comprimé et d'échappement, pour cha que appareil, sont reliés respectivement aux conduites générales 32. 33 et 34 de gaz, d'air comprimé et d'échappement de l'instal lation.
Bien entendu l'invention n'est pas stric tement limitée aux détails indiqués ci-dessus pour la marche du procédé et la construc tion de l'appareil, auxquelles de nombreuses modifications de détail peuvent être apportées saris sortir du domaine de l'invention.