CH117193A - Procédé et appareil pour l'obtention de métaux par électrolyse de bains fondus. - Google Patents

Procédé et appareil pour l'obtention de métaux par électrolyse de bains fondus.

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CH117193A
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  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.

Claims (1)

  1. REVEND1CATIOI\S 1 Procédé pour l'obtention de métaux par électrolyse de bains fondus, 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 dit courant électrique étant utilisée pour décomposer l'électrolyte déjà fondu.
    <B>Il</B> Appareil pour la mise cri pratique du pro cédé suivant la revendication 1, caractérisé cri ce que le radiateur à gaz est constitué par au moins un tube traversant Finté- rieur de la cuve et relié électriquement à celle-ci, ce tube étant entouré d'une masse du métal obtenu dans la cuve. S 0<B>US-REVENDICATIONS</B> '. 1 Procédé suivant la revendication I, carac térisé en ce que les radiateurs à gaz em ployés sont des radiateurs à combustion sans flamme contenant des matières réfrac taires granulées et poreuses et dans les quels on fait arriver un mélange de gaz combustible et d'air comprimé.
    2 Appareil suivant la revendication II, ca ractérisé en ce que la cuve électrolytique est constituée par un bac métallique garni intérieurement d'un revêtement en briques de charbon dressées sur toutes leurs faces. 3 Appareil suivant la revendication II et la sous-revendication 2, caractérisé en ce que les briques sont recouvertes d'un enduit métallique du même métal que celui qui est obtenu dans la cuve. 4 Appareil suivant la revendication II, ca ractérisé en ce que ce ou ces tubes sont reliés à une extrémité aux canalisations de gaz et d'air comprimé, et à l'autre extré- mité à, la canalisation d'échappement, au moyen de raccords isolant électriquement.
    5 Appareil suivant la revendication II et la sous-revendication 2, caractérisé en ce qu'une liaison électrique du ou des tubes avec la cuve est réalisée en noyant ces tubes dans une masse de métal fondu, con tenue dans des évidements pratiqués dans le revêtement intérieur du fond de la cuve. 6 Appareil suivant la revendication II, com portant plusieurs tubes, caractérisé en ce que, pour chaque tube, le branchement amenant l'air comprimé à ce tube est ré chauffé par les gaz brûlés sortant d'un tube voisin. 7 Appareil suivant la revendication II, établi comme décrit en référence aux fig. 1 à 3 du dessin annexé.
CH117193D 1924-09-17 1925-09-07 Procédé et appareil pour l'obtention de métaux par électrolyse de bains fondus. CH117193A (fr)

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