Cellule pour la production électrolytique de métaux<B>à</B> partir de composés fondus Dans le brevet suisse No <B>357554</B> du<B>30</B> décembre <B>1955,</B> on décrit l'utilisation d'un type particulier d'anode<B>à</B> trois couches ainsi qu'un procédé pour reconstituer périodiquement cette anode dans, les fours<B>à</B> cellules multiples<B>à</B> structures d'électrodes bipolaires consommables anodiquement, mais fixes.
Ce type d'anode<B>à</B> trois couches comportant deux couches solides et une couche liquide est particuliè rement utile pour l'électrolyse de l'alumine dissoute dans des sels fondus. Uanode comprend de préfé rence une couche permanente et fixe de<B> </B> charbon<B> </B> (de préférence de graphite) qui, dans les électrodes bipolaires (électrodes intermédiaires) forme une seule pièce avec le<B> </B> charbon<B> </B> cathodique. (Les mots <B> </B> charbon<B> , </B> charbon d'électrodes<B> ,</B> ou<B> </B> charbon anodique<B> ,</B> désignent ici toute substance<B>à</B> base de carbone amorphe, de graphite ou d'une masse ou aggloméré carboné qui est susceptible de jouer le rôle d'électrode anodique, d'électrode cathodique ou d'électrode bipolaire).
Contre cette couche anodique permanente et fixe s'appuie, du côté du bain, une deuxième couche anodique solide qui est consomma ble et reconstituable et qui est formée d'un<B> </B> charbon anodique<B> </B> cuit<B>à</B> l'avance, maintenu en place par la force ascensionnelle que lui donne<B>le</B> bain fondu.
(Ci- après, l'expression<B> </B> couche anodique active<B> </B> servira <B>à</B> désigner la partie de la deuxième couche qui, étant en contact avec le bain électrolytique, est soumise<B>à</B> une consommation, électrolytique, et l'expression <B> </B> assemblage de reconstitution anodique<B> </B> sera utili sée pour désigner la deuxième couche, ou charbon de reconstitution, et n'indique pas seulement la <B> </B> couche anodique active<B> </B> telle qu'elle est définie ici, mais aussi une portion émergeant du bain ou pro tégée du contact avec celui-ci, ainsi qu'il apparaîÎtra ci-après).
Entre ces deux couches de<B> </B> charbon<B> ,</B> qui peu vent même se toucher en certains points, est inter posée une couche liquide, de manière<B>à</B> remplir com- plùtement l'espace formé entre les deux couches de charbon solide.
La mince couche liquide intermédiaire est formée d'une ou plusieurs substances fondues, parmi celles qui sont<B>déjà</B> présentes dans la cellule d'électrolyse (par exemple bain fondu ou aluminium fondu ou les deux enserable). La résistance de cette couche au passage du courant électrique (continu) est faible<B>;</B> celle des deux couches solides est négligeable. La couche de charbon consommable et reconstituable décrite dans le brevet<B>déjà</B> cité peut être constituée par une seule plaque d'épaisseur uniforme, ou par plusieurs morceaux individuels formant la plaque ou couche, et qui sont également uniformes et d'une épaisseur égale. Cette couche de reconstitution doit être périodiquement introduite et mise en place dans la cellule.
On opère de préférence la reconstitution quand la couche solide consommable est presque complètement consommée par l'effet de l'électrolyse.
L'alumine, en se décomposant par électrolyse, donne du métal et brûle le charbon anodique: 2 Al.03 4<B>AI + 30,</B> (décomposition élec trolytique théorique 2 02<B>+</B> 2<B>C -----></B> 2<B>CO,</B> (réaction anodique théorique). L'aluminium formé est libéré<B>à</B> la cathode et s'écoule vers le bas. L'oxygène brûle le charbon ano dique, et les gaz<B>CO,</B> et<B>CO</B> ainsi formés tendent<B>à</B> monter dans le bain et<B>à</B> se dégager par le haut. L'opération<B>de</B> reconstitution anodique oblige<B>à</B> ouvrir <B>le</B> four et les cellules individuelles, et<B>à</B> introduire dans le bain les charbons de reconstitution, relativement froids. On rencontre aussi d'autres inconvénients.
La présente invention vise<B>à</B> éviter ces inconvé nients et elle a pour objet une. cellule pour la pro duction électrolytique de métaux<B>à</B> partir de com posés fondus, comportant au moins une électrode bipolaire, dont les faces actives sont opposées, incli nées, pratiquement planes et parallèles, l'anode com prenant une couche active consommable électrolyti- quement et reconstituable, reposant contre un bloc d'électrode fixe, caractérisé en ce que la surface con tre laquelle repose ladite couche forme un angle diè dre aigu avec le plan de la face opposée cathodique de l'électrode, en ce que la cellule comporte des moyens pour amener<B>à</B> l'anode une couche de recons titution, de haut en bas et parallèlement<B>à</B> ladite sur face,
<B>à</B> mesure que ladite couche se consomme élec- trolytiquement, ainsi que des moyens pour limiter la descente de la couche de reconstitution au niveau nécessaire pour qu'elle réoccupe Pespace laissé par la consommation électrolytique.
De préférence, la face de la couche de reconsti tution qui repose contre le bloc fixe d'électrode, et la face opposée libre de cette couche, sont toutes deux inclinées du même côté par rapport<B>à</B> un plan vertical, la face libre et active, faisant face au bain étant disposée vers le bas. Ainsi, la couche de recons titution peut avoir une section transversale triangu laire, son sommet étant disposé vers le bas. La cou che peut avantageusement être constituée par plu sieurs blocs superposés.
Ou, si l'on veut, la face de la couche de recons titution qui repose contre le bloc fixe d'électrode, et la face opposée libre, sont inclinées en sens opposé par rapport<B>à</B> un plan vertical.
Les moyens d'amenée de la couche<B>de</B> reconsti tution comprennent de préférence un guide dont l'axe est parallèle au plan de l'électrode contre lequel repose la couche de reconstitution. Le guide peut avantageusement être construit en matière réfractaire, et être muni d'un couvercle en matière thermo-iso- lante.
Les moyens servant<B>à</B> limiter la descente de la couche de reconstitution comprennent de préférence un gradin prévu au fond de l'intervalle existant entre les électrodes.
La couche de reconstitution peut être formée de charbon d'électrode cuit<B>à</B> ravance, ou de pâte SZiderberg cuite. Dans ce dernier cas, les guides sont avantageusement doublés de tôle pour faciliter le glis sement de la couche.
On peut prévoir plusieurs gouttières inclinées dans le bloc fixe d'électrode, ces canaux permettant un écoulement limité de métal fondu formé sur la face cathodique, vers la face contre laquelle repose la couche de reconstitution, afin de pénétrer dans l'espace entre la face et la couche. Le métal fondu situé dans cet espace joue le rôle de lubrifiant et facilite le glissement de la couche de reconstitution<B>;</B> il facilite aussi le passage du courant électrique entre le bloc fixe d'électrode et la couche, en réduisant la chute de tension locale.
L'invention a en outre pour objet l'utilisation de la cellule, définie ci-dessus, dans un four pour la pro duction électrolytique d'aluminium<B>à</B> partir de A1.0-.3 dans un bain fluoré, cette utilisation étant caracté risée en ce que la reconstitution anodique a lieu du côté du bain, de haut en bas, en faisant glisser les pièces de reconstitution de façon continue au moyen <B>de</B> la pression exercée de haut en bas, le long d'un plan formant un angle, aigu avec le plan de la face anodique, en ce que lesdites pièces remplacent la matière<B>de</B> la face anodique consommée électrolyti- quement,
et en ce qu'elles maintiennent l'écartement entre les électrodes automatiquement constant<B>à</B> l'aide de moyens absorbant l'excès de ladite pression. Le dessin ci-annexé représente,<B>à</B> titre d'exemple, quelques formes d'exécution<B>de</B> l'objet de la présente invention.
La fig. <B>1</B> est une coupe verticale prise suivant la ligne C-C des fig. 2 et<B>3,</B> montrant plusieurs cellules contiguës d'un four<B>à</B> cellules multiples muni d'élec trodes bipolaires fixes du type décrit par exemple dans les brevets suisses<B>354258</B> et<B>352833</B> mais modi fiées suivant la présente invention.
La fig. 2 est une vue partielle en plan et partielle ment en coupe de deux cellules, suivant la ligne A-A de la fig. <B>1.</B>
La fig. <B>3</B> est une coupe suivant la ligne B-B de la fig. <B>1.</B>
La fig. 4 est une coupe verticale de plusieurs cellu les, contiguës d'une autre variante de four<B>à</B> cellules multiples<B>à</B> électrodes bipolaires suivant la présente invention.
Si l'on considère la fig. <B>1,</B> les cellules individuelles d'un four<B>à</B> cellules multiples, pour l'électrolyse de l'alumine dissoute dans des sels fluorés fondus, com prennent essentiellement deux électrodes bipolaires inclinées<B>9,</B> proches l'une de l'autre et munies de couches anodiques extérieures<B>à</B> auto-reconstitution <B>1,</B> 2,<B>3,</B> 4,<B>5, 6</B> ou<B>27.</B> Les portions permanentes<B>9</B> de ces électrodes sont faites de graphite, les portions reconstituables <B>1,</B> 2,<B>3,</B> 4,<B>5,</B> et<B>6</B> sont faites de char bon d'électrode cuit<B>à</B> l'avance, ou bien de pâte Sôderbe,rg cokéfiée si elles sont d'une seule pièce comme en<B>27.</B>
Les électrodes bipolaires n'ont pas de conducteurs métalliques, et il n'y a aucun dispositif mécanique prévu en dehors du four pour faire varier la distance entre électrodes. 12assemblage de reconstitution ano dique<B>1,</B> 2,<B>3,</B> 4,<B>5, 6</B> ou<B>2,7,</B> qui présente une den sité inférieure<B>à 1,6,</B> est poussé vers le haut par le bain qui a une densité supérieure<B>à</B> 2, contre la por tion émergeant du bain de l'assemblage de reconsti tution anodique, éventuellement aussi contre la por tion permanente de l'électrode.
L'espace compris entre l'assemblage anodique et l'électrode permanente correspondante est lui-même rempli d'un ou plusieurs liquides présents dans la cellule (par exemple bain fondu ou métal fondu), et forme ainsi une mince couche intermédiaire<B>29</B> entre l'anode de charbon<B>à</B> reconstitution et l'anode de charbon permanent. Entre les électrodes deux<B>à</B> deux (rapprochées l'une de l'autre) se trouve l'espace entre électrodes, ou interstice d#électrolyse, 14, destiné au bain fondu, espace qui communique dans le bas avec la chambre inférieure 12 servant<B>à</B> recueillir l'alumi nium fondu<B>11,</B> et qui est munie de trous de souti rage<B>10.</B>
La chambre inférieure et l'espace entre électrodes (sauf les parois d'électrodes actives formées, par les charbons bipolaires) sont revêtus de matière inerte, <B>13, 15,</B> qui est inerte vis-à-vis du bain et du métal, qui est imperméable et aussi électriquement isolante, et résiste<B>à</B> la température du bain.
Des blocs<B>19</B> de cette matière inerte et imperméa ble sont prévus au-dessus des charbons d'électrode, et des canaux<B>17</B> assurent la communication entre les cellules et permettant au bain de circuler (voir flèches<B>18).</B> Une couche thermo-isolante 24 est pré vue sur les blocs<B>19,</B> et elle est revêtue de matière inerte<B>28</B> aux points où elle entre en contact avec le bain (par exemple, de magnésite dense fondue élec triquement et frittée<B>à</B> très haute température, et/ou traitée suivant le brevet No <B>357554</B> ou encore de toute autre matière appropriée se trouvant dans le commerce, par exemple les matières réfractaires en carbure de silicium liées avec du nitrure de silicium).
L'interstice d'électrodes communique dans le haut avec une chambre collectrice<B>de</B> gaz 20 qui s'évase vers le haut et contient du bain dans sa portion infé rieure. Les parois de cette chambre sont formées de matière inerte<B>19, 28.</B> La chambre 20<B>à</B> son tour communique dans le haut avec une chambre supé rieure d'où les gaz sont évacués par des, sorties 21.
La chambre 20 est de préférence séparée de la chambre supérieure par des plaques amovibles (non représentées sur le dessin), faites de matière poreuse qui permet la sortie des gaz d'électrolyse<B>;</B> mais on peut en outre prévoir des passages dégagés dans les plaques.
Les plaques qui forment le plafond des cellules peuvent être faites, par exemple, d'une matière for mée de magnésie -,t/ou d'amiante, donc d'une matière qui a de très bonnes propriétés d'isolement thermi que<B>à</B> des températures, de l'ordre de 10001, <B>C.</B> Elles doivent de préférence être construites et façonnées de façon telle qu'elles maintiennent le coussin de gaz au-dessus du bain<B>à</B> une température suffisamment élevée pour éviter une solidification superficielle du bain.
Uanode reconstituable est faite de matière car bonée qui est attaquable électrolytiquement et qui est en elle-même connue (par exemple du charbon ano dique cuit<B>à</B> l'avance, ou de la pâte Sôderberg coké fiée).
La chambre supérieure est recouverte d'une cou che thermo-isolante 22 dans laquelle on a prévu,<B>à</B> l'endroit de chaque cellule, trois ouvertures dont cha- cune est fermée par un couvercle facile<B>à</B> enlever, <B>23,</B> fait de matière qui a un très bon isolement ther mique (par exemple de porosite ou d'alumine). En enlevant les couvercles, on a accès,<B>à</B> une conduite <B>26</B> en matière réfractaire qui communique avec une cheminée inclinée<B>25</B> qui est formée de matière inerte au moins dans sa portion inférieure en con tact avec le bain.
Les flèches<B>16</B> indiquent schématiquement le tra jet du courant électrique qui, en venant<B>de</B> l'électrode bipolaire permanente et fixe en graphite, traverse la mince couche liquide de contact<B>2.9</B> pour arriver dans l'anode amovible, quitte la face anodique consom mable de celle-ci pour entrer dans l'espace ou inter stice entre électrodes correspondant, (deux cellules en amont de l'interstice désigné par 14 sur la fig. <B>1),</B> rempli de bain fluoré fondu, -et entre dans l'électrode bipolaire adjacente, permanente et fixe en graphite, <B>à</B> travers la face cathodique<B>de</B> celle-ci qui est dirigée vers le haut, et ainsi de suite.
Les flèches<B>18</B> indiquent schématiquement le sens d'écoulement (circulation principale) du bain d'élec trolyse, sens qui est ici indiqué comme étant opposé <B>à</B> celui du courant électrique.
Si l'on considère maintenant la fig. 4, l'anode reconstituable. (qui a une section triangulaire dont le sommet est dirigé vers le bas), présente initialement une plus grande épaisseur, parce que l'inclinaison de la couche liquide de contact entre l'anode perma nente et l'anode reconstituable est renversée. De petits canaux<B>30,</B> indiqués dans les électrodes bipolaires permanentes, détournent une petite proportion de l'aluminium formé<B>à</B> la cathode vers la couche liquide intermédiaire<B>;</B> cela réduit<B>à</B> des valeurs négligeables les chutes<B>de</B> tension ohmiques dues au passage du courant électrique<B>à</B> travers la couche de bain liquide anodique intermédiaire.
Cette modification convient pour faire arriver, d'en haut, une pâte Sôderberg crue, fondue ou solide. Le mode de fonctionnement d'un four suivant la présente invention est<B>de</B> préfé rence le suivant<B>:</B> Le four étant rempli de métal et de bain fondu, on le porte<B>à</B> la température de travail,<B>de 900 à</B> <B><I>10000</I> C,</B> et on le maintient<B>à</B> cette température, par exemple au moyen d'un courant alternatif.
Puis, on dispose l'assemblage anodique reconstituable dans chaque cellule, en introduisant par le haut,<B>à</B> travers les cheminées, les couches anodiques reconstituables <B>1,</B> 2,<B>3,</B> 4,<B>5, 6</B> ou<B>27</B> (donc, en, plusieurs morceaux ou en un seul morceau).
Etant donné que le charbon anodique a une densité d'environ<B>1,5</B> et que le bain a une, densité d'environ 2, la force ascensionnelle donnée par le bain aura pour effet de pousser vers le haut les éléments individuels,<B>1,</B> 2,<B>3,</B> 4,<B>5, 6,</B> ou l'assemblage unique<B>27,</B> de sorte que tout l'assemblage s'appuiera contre la face de l'électrode bipolaire per manente qui est dirigée vers le bas (fig. <B>1).</B> En appuyant par le haut, il est facile de pousser l'ensem ble vers le bas jusqu'à<B>ce</B> que la pointe<B>7</B> arrive en contact avec un gradin<B>8</B> constitué par la couche inerte qui sert de base<B>à</B> l'électrode, bipolaire. Après avoir répété, cette opération pour chaque cellule indi viduelle, on peut mettre l'électrolyse en route.
On remplace le courant alternatif par un courant continu, de sorte que les surfaces actives des électro des bipolaires qui sont dirigées vers le haut jouent le rôle de cathode, et que celles qui sont dirigées vers le bas jouent le rôle d'anode. On fait alors fonction ner le dispositif de circulation de bain, et les dispo sitifs, d'alimentation en alumine (les uns -et les autres n'étant pas représentés sur<B>le</B> dessin).
<B>A</B> mesure que l'électrolyse progresse, l'aluminium formé<B>à</B> la cathode s'écoule vers le bas et est recueilli dans la chambre inférieure, d'où il est évacué àtravers les canaux individuels<B>10.</B>
La distribution de courant dans les électrodes, ainsi que l'attaque électrolytique de la surface ano dique, active, ont lieu avec la même intensité en tous les points, de la surface anodique active de l'assem blage anodique, de sorte que l'assemblage anodique de reconstitution présent initialement,<B>3,</B> 4,<B>5, 6</B> est régulièrement consommé du côté du bain.
Par suite, la pointe<B>7</B> reculerait théoriquement jusqu'à la posi tion<B>7',</B> mais la pousée exercée par le haut est suffi sante pour que tout l'assemblage glisse lentement vers le bas, de façon telle que la pointe<B>7'</B> occupe la position<B>7.</B> Si la pression exercée de haut en bas, telle qu'elle est représentée par la composante active, (parallèle aux parois de la cheminée) du poids de la portion de l'assemblage anodique qui se trouve en dehors du bain, surmonte la force ascensionnelle de la portion de l'assemblage anodique qui est immer gée dans le bain, on obtient un assemblage anodique de reconstitution<B>à</B> ajustement automatique, qui main tient automatiquement constante la distance entre les surfaces anodique actives et les surfaces cathodiques de tout interstice entre électrodes.
Si l'assemblage<B>de</B> reconstitution anodique est formé d'un certain nombre de petits blocs, de char bon anodique cuit<B>à</B> l'avance, il suffira de compen ser la consommation de charbon anodique en ouvrant périodiquement le couvercle et en introduisant un nouveau petit bloc<B>1</B> dans l'ouverture<B>26</B> lorsque le petit bloc qui occupait précédemment la position<B>1</B> a descendu jusqu'à la position 2<B>à</B> cause de la con sommation des électrodes. On peut le faire en utili sant le minimum de main-d'#uvre, sans perturber l'équilibre thermique du four et<B>de</B> la cellule, ni la régularité<B>de</B> l'électrolyse, et sans occasionner des variations des niveaux de liquide.
On peut superposer simplement le nouveau bloc <B>1</B> au bloc 2, ou bien on peut appliquer un liant approprié entre l'un -et l'autre bloc (par exemple de la pâte Sôderberg, du brai de houille), pour rendre l'assemblage anodique plus rigide.
Si, au contraire on utilise l'assemblage anodique d'auto-reconstitution formé d'un seul bloc triangulaire de pâte Sâderberg, on compense la consommation anodique en procédant de façon analogue<B>à</B> ce qui a<B>déjà</B> été dit, mais en utilisant de petits blocs, de pâte Sôderberg au lieu d'anodes cuites<B>à</B> l'avance.<B>Il</B> est possible aussi d'utiliser, pour être introduite dam les guides inclinés, de la pâte Sôderberg fondue, et en pareil cas il est préférable de doubler de plaques métalliques les parois intérieures de la cheminée dans la portion supérieure et en descendant jusqu'à un niveau un peu supérieur<B>à</B> celui du bain.
La présente invention se propose de fournir la solution du problème de l'ajustement automatique de l'espacement entre électrodes et de la reconstitution anodique<B>à</B> ajustement automatique et continu pen dant l'électrolyse avec des anodes consommables# avec une constance parfaite de l'espacement entre les électrodes de la cellule, qui n'est perturbé ni par la consommation anodique progressive, ni par les reconstitutions anodiques successives.<B>Ce</B> résultat est obtenu sans avoir<B>à</B> faire appel<B>à</B> un dispositif d'ajus tement ou de réglage extérieur au four. De plus, la structure anodique permanente, (qui, dans chaque électrode bipolaire intermédiaire, fait corps avec la cathode) est maintenue, fixe et stationnaire.
Cell for the electrolytic production of metals <B> from </B> from molten compounds In Swiss patent No <B> 357554 </B> of <B> 30 </B> December <B> 1955, </ B > we describe the use of a particular type of anode <B> with </B> three layers as well as a process for periodically reconstituting this anode in, the furnaces <B> with </B> multiple cells <B > to </B> bipolar electrode structures that can be consumed anodically, but fixed.
This type of three-layer <B> </B> anode comprising two solid layers and one liquid layer is particularly useful for the electrolysis of alumina dissolved in molten salts. The anode preferably comprises a permanent and fixed layer of <B> </B> carbon <B> </B> (preferably graphite) which, in the bipolar electrodes (intermediate electrodes) forms a single piece with the <B > </B> cathodic <B> </B> coal. (The words <B> </B> carbon <B>, </B> carbon of electrodes <B>, </B> or <B> </B> anodic carbon <B>, </B> designate here any substance <B> to </B> based on amorphous carbon, graphite or a carbonaceous mass or agglomerate which is capable of playing the role of anode electrode, cathode electrode or bipolar electrode).
Against this permanent and fixed anode layer rests, on the bath side, a second solid anode layer which is consumable and reconstituting and which is formed of a <B> </B> anodic carbon <B> </B> cooked <B> in </B> in advance, held in place by the upward force given by the <B> </B> molten bath.
(Hereinafter, the expression <B> </B> active anode layer <B> </B> will be used <B> to </B> designate the part of the second layer which, being in contact with the electrolytic bath , is subjected <B> to </B> consumption, electrolytic, and the expression <B> </B> anodic reconstitution assembly <B> </B> will be used to denote the second layer, or carbon of reconstitution, and not only indicates the <B> </B> active anodic layer <B> </B> as defined here, but also a portion emerging from the bath or protected from contact with it , as will appear below).
Between these two layers of <B> </B> charcoal <B>, </B> which can even touch at certain points, is interposed a liquid layer, so <B> to </B> fill in - rather the space formed between the two layers of solid carbon.
The thin liquid intermediate layer is formed of one or more molten substances, among those which are <B> already </B> present in the electrolysis cell (for example molten bath or molten aluminum or both enserable). The resistance of this layer to the passage of electric current (direct) is low <B>; </B> that of the two solid layers is negligible. The consumable and reconstructable carbon layer described in the patent <B> already </B> cited can be constituted by a single plate of uniform thickness, or by several individual pieces forming the plate or layer, and which are also uniform and d 'equal thickness. This reconstitution layer must be periodically introduced and placed in the cell.
The reconstitution is preferably carried out when the consumable solid layer is almost completely consumed by the effect of the electrolysis.
Alumina, by decomposing by electrolysis, gives metal and burns anodic carbon: 2 Al.03 4 <B> AI + 30, </B> (theoretical electrolytic decomposition 2 02 <B> + </B> 2 <B> C -----> </B> 2 <B> CO, </B> (theoretical anodic reaction). The aluminum formed is released <B> at </B> the cathode and s' flows downwards. The oxygen burns the anoid carbon, and the gases <B> CO, </B> and <B> CO </B> thus formed tend <B> to </B> rise in the bath and <B> to </B> disengage from above. The <B> </B> anodic reconstitution operation requires <B> </B> to </B> open <B> the </B> furnace and cells individual, and <B> to </B> introduce the relatively cold reconstitution coals into the bath Other disadvantages are also encountered.
The present invention aims <B> to </B> avoid these drawbacks and its object is one. cell for the electrolytic production of metals <B> to </B> from molten compounds, comprising at least one bipolar electrode, the active faces of which are opposite, inclined, practically flat and parallel, the anode comprising a electrolytically consumable and reconstitutable active layer resting against a fixed electrode block, characterized in that the surface against which said layer rests forms an acute diagonal angle with the plane of the opposite cathodic face of the electrode, in that the cell includes means for bringing <B> to </B> the anode a layer of reconstruction, from top to bottom and parallel <B> to </B> said surface,
<B> to </B> as said layer is consumed electrolytically, as well as means for limiting the descent of the reconstitution layer to the level necessary for it to reoccupy the space left by the electrolytic consumption.
Preferably, the face of the reconstitution layer which rests against the fixed electrode block, and the free opposite face of this layer, are both inclined on the same side with respect to a vertical plane. , the free and active face facing the bath being disposed downwards. Thus, the reconstruction layer can have a triangular cross section, its top being disposed downwards. The layer can advantageously be formed by several superimposed blocks.
Or, if desired, the face of the reconstitution layer which rests against the fixed electrode block, and the free opposite face, are inclined in the opposite direction with respect to <B> to </B> a vertical plane .
The means for feeding the <B> </B> reconstitution layer preferably comprise a guide whose axis is parallel to the plane of the electrode against which the reconstitution layer rests. The guide can advantageously be constructed of refractory material, and be provided with a cover of heat-insulating material.
The means serving <B> to </B> limit the descent of the reconstitution layer preferably comprise a step provided at the bottom of the gap existing between the electrodes.
The build-up layer can be either hard-fired electrode charcoal or cooked SZiderberg paste. In the latter case, the guides are advantageously lined with sheet metal to facilitate the sliding of the layer.
Several inclined gutters can be provided in the fixed electrode block, these channels allowing a limited flow of molten metal formed on the cathode face, towards the face against which the reconstitution layer rests, in order to penetrate into the space between the face. and the layer. The molten metal located in this space acts as a lubricant and facilitates the sliding of the reconstitution layer <B>; </B> it also facilitates the passage of electric current between the fixed electrode block and the layer, reducing the local voltage drop.
A further subject of the invention is the use of the cell, defined above, in an oven for the electrolytic production of aluminum <B> to </B> from A1.0-.3 in a bath. fluorinated, this use being characterized in that the anodic reconstitution takes place on the side of the bath, from top to bottom, by sliding the reconstitution pieces continuously by means of <B> </B> pressure exerted from above at the bottom, along a plane forming an angle, acute with the plane of the anode face, in that the said parts replace the material <B> of </B> the anode face consumed electrolytically,
and in that they maintain the spacing between the electrodes automatically constant <B> to </B> by means of means absorbing the excess of said pressure. The accompanying drawing represents, <B> by </B> by way of example, some embodiments <B> of </B> the subject of the present invention.
Fig. <B> 1 </B> is a vertical section taken along line C-C of figs. 2 and <B> 3, </B> showing several contiguous cells of a <B> with </B> multiple cells furnace provided with fixed bipolar electrodes of the type described for example in Swiss patents <B> 354258 < / B> and <B> 352833 </B> but modified according to the present invention.
Fig. 2 is a partial plan view and partially in section of two cells, taken along line A-A of FIG. <B> 1. </B>
Fig. <B> 3 </B> is a section taken along line B-B in fig. <B> 1. </B>
Fig. 4 is a vertical section through several contiguous cells of another variant of the <B> </B> multiple cell <B> </B> bipolar electrode oven according to the present invention.
If we consider fig. <B> 1, </B> single cells of a <B> multi-cell </B> furnace, for the electrolysis of alumina dissolved in molten fluorinated salts, essentially comprises two inclined bipolar electrodes < B> 9, </B> close to each other and provided with exterior anode layers <B> to </B> self-reconstituting <B> 1, </B> 2, <B> 3, < / B> 4, <B> 5, 6 </B> or <B> 27. </B> The permanent <B> 9 </B> portions of these electrodes are made of graphite, the reconstructable portions <B> 1, </B> 2, <B> 3, </B> 4, <B> 5, </B> and <B> 6 </B> are made of good electrode baked <B> to </B> the advance, or Sôderbe dough, rg coked if they are in one piece as in <B> 27. </B>
Bipolar electrodes do not have metallic conductors, and there is no mechanical device provided outside the oven to vary the distance between electrodes. 12 ano dic reconstruction assembly <B> 1, </B> 2, <B> 3, </B> 4, <B> 5, 6 </B> or <B> 2,7, </B> which has a density <B> less than 1.6, </B> is pushed upwards by the bath which has a density greater than <B> than </B> 2, against the portion emerging from the bath of the anodic reconstruction assembly, possibly also against the permanent portion of the electrode.
The space between the anode assembly and the corresponding permanent electrode is itself filled with one or more liquids present in the cell (for example molten bath or molten metal), and thus forms a thin intermediate layer <B> 29 </B> between the <B> replenishment </B> carbon anode and the permanent carbon anode. Between the electrodes two <B> to </B> two (close to each other) is the space between electrodes, or electrolysis interstice, 14, intended for the molten bath, space which communicates at the bottom with the lower chamber 12 serving <B> to </B> collect the molten aluminum <B> 11, </B> and which is provided with tapping holes <B> 10. </B>
The lower chamber and the space between electrodes (except the walls of active electrodes formed by the bipolar carbons) are coated with an inert material, <B> 13, 15, </B> which is inert with respect to the bath and metal, which is waterproof and also electrically insulating, and withstands <B> </B> bath temperature.
Blocks <B> 19 </B> of this inert and impermeable material are provided above the electrode coals, and channels <B> 17 </B> ensure communication between the cells and allow the bath to circulate (see arrows <B> 18). </B> A heat-insulating layer 24 is provided on the blocks <B> 19, </B> and it is coated with inert material <B> 28 </B> at the points where it comes into contact with the bath (for example, of dense magnesite electrically melted and sintered <B> at </B> very high temperature, and / or treated according to patent No <B> 357554 </B> or any other suitable material found on the market, for example refractories made of silicon carbide bonded with silicon nitride).
The electrode gap communicates at the top with a <B> gas </B> collecting chamber 20 which flares upwards and contains bath in its lower portion. The walls of this chamber are formed of inert material <B> 19, 28. </B> The chamber 20 <B> to </B> in turn communicates at the top with an upper chamber from which the gases are evacuated by, exits 21.
The chamber 20 is preferably separated from the upper chamber by removable plates (not shown in the drawing), made of porous material which allows the exit of the electrolysis gases <B>; </B> but it is also possible to provide clear passages in the plates.
The plates which form the ceiling of the cells can be made, for example, of a material formed of magnesia -, t / or asbestos, therefore of a material which has very good thermal insulation properties <B > at </B> temperatures, of the order of 10001, <B> C. </B> They should preferably be constructed and shaped in such a way that they maintain the gas cushion above the bath < B> at </B> a sufficiently high temperature to prevent surface solidification of the bath.
The reconstructable anode is made of carbonate material which is electrolytically attackable and which is in itself known (for example anodic charcoal cooked <B> in advance </B>, or reliable coked Soderberg paste).
The upper chamber is covered with a thermo-insulating layer 22 in which there are provided, <B> at </B> the location of each cell, three openings, each of which is closed by an easy cover <B> to </B> remove, <B> 23, </B> made of material which has very good thermal insulation (eg porosite or alumina). By removing the covers, one has access, <B> to </B> a pipe <B> 26 </B> of refractory material which communicates with an inclined chimney <B> 25 </B> which is formed of inert material at least in its lower portion in contact with the bath.
The arrows <B> 16 </B> show schematically the path of the electric current which, coming <B> from </B> the permanent and fixed bipolar graphite electrode, passes through the thin liquid contact layer <B> 2.9 </B> to arrive in the removable anode, leave the consumable anode face thereof to enter the space or intersection between the corresponding electrodes, (two cells upstream of the gap designated by 14 on the fig. <B> 1), </B> filled with molten fluorinated bath, -and enters the adjacent permanent, fixed bipolar graphite electrode, <B> through </B> through the cathode face <B> of </B> this one which is directed upwards, and so on.
The arrows <B> 18 </B> schematically indicate the direction of flow (main circulation) of the electrolysis bath, which direction is here indicated as being opposite <B> to </B> that of the electric current.
If we now consider fig. 4, the reconstructable anode. (which has a triangular section with the top facing downwards), initially has a greater thickness, because the inclination of the liquid contact layer between the permanent anode and the reconstituting anode is reversed. Small channels <B> 30, </B> indicated in the permanent bipolar electrodes, divert a small proportion of the aluminum formed <B> at </B> the cathode towards the intermediate liquid layer <B>; </ B > this reduces <B> to </B> negligible values the ohmic <B> voltage </B> drops due to the passage of electric current <B> through </B> through the intermediate anode liquid bath layer.
This modification is suitable for bringing in, from above, a raw, melted or solid Soderberg paste. The operating mode of a furnace according to the present invention is <B> preferably </B> as follows <B>: </B> The furnace being filled with metal and molten bath, it is carried <B> at </B> the working temperature, <B> from 900 to </B> <B> <I> 10000 </I> C, </B> and keep it <B> at </B> this temperature, for example by means of an alternating current.
Then, the reconstructable anode assembly is placed in each cell, by introducing from the top, <B> to </B> through the stacks, the reconstitutable anode layers <B> 1, </B> 2, <B> 3 , </B> 4, <B> 5, 6 </B> or <B> 27 </B> (therefore, in, several pieces or in one piece).
Since anodic carbon has a density of about <B> 1.5 </B> and the bath has a density of about 2, the upward force given by the bath will have the effect of pushing upwards the individual elements, <B> 1, </B> 2, <B> 3, </B> 4, <B> 5, 6, </B> or the single assembly <B> 27, </ B > so that the whole assembly will rest against the face of the permanent bipolar electrode which is directed downwards (fig. <B> 1). </B> By pressing from above, it is easy to push the assembly downwards until <B> this </B> point <B> 7 </B> comes into contact with a step <B> 8 </B> formed by the inert layer which serves as the base <B> for </B> the electrode, bipolar. After repeating this operation for each individual cell, the electrolysis can be started.
The alternating current is replaced by a direct current, so that the active surfaces of the bipolar electro which are directed upwards play the role of cathode, and those which are directed downwards play the role of anode. The bath circulation device and the devices for supplying alumina are then made to function (each one not being shown in <B> the </B> drawing).
<B> A </B> As the electrolysis progresses, the aluminum formed <B> at </B> the cathode flows downward and is collected in the lower chamber, from where it is discharged through individual channels <B> 10. </B>
The current distribution in the electrodes, as well as the electrolytic attack of the active anodic surface, takes place with the same intensity at all points, of the active anodic surface of the anodic assembly, so that the anodic reconstitution assembly initially present, <B> 3, </B> 4, <B> 5, 6 </B> is regularly consumed on the bath side.
Consequently, the tip <B> 7 </B> would theoretically move back to the position <B> 7 ', </B> but the thrust exerted by the top is sufficient for the whole assembly to slide slowly towards the bottom, so that the tip <B> 7 '</B> occupies the position <B> 7. </B> If the pressure exerted from top to bottom, as represented by the active component, (parallel to the walls of the chimney) the weight of the portion of the anode assembly which is outside the bath, overcomes the upward force of the portion of the anode assembly which is immersed in the bath, we obtain an assembly Self-adjusting <B> </B> reconstitution anode, which automatically maintains constant the distance between the active anode surfaces and the cathode surfaces of any interstice between electrodes.
If the <B> </B> anode reconstitution assembly is made up of a number of small blocks, of good anode tank baked <B> in </B> in advance, it will suffice to compensate for the consumption of anode carbon by periodically opening the cover and inserting a new small block <B> 1 </B> in the opening <B> 26 </B> when the small block which previously occupied position <B> 1 </ B > has gone down to position 2 <B> to </B> because of the consumption of the electrodes. This can be done using the minimum amount of labor, without disturbing the thermal balance of the furnace and <B> of </B> the cell, nor of the regularity of <B> </B> the electrolysis, and without causing variations in liquid levels.
You can simply superimpose the new block <B> 1 </B> on the block 2, or you can apply a suitable binder between one - and the other block (for example Sôderberg paste, coal tar pitch) , to make the anode assembly more rigid.
If, on the contrary, the self-reconstituting anode assembly formed from a single triangular block of Sâderberg paste is used, the anode consumption is compensated by proceeding in a similar fashion <B> to </B> which has <B> already </B> said, but using small blocks of Sôderberg paste instead of anodes cooked <B> in </B> in advance. <B> It </B> is also possible to use , to be introduced into the inclined guides, melted Sôderberg paste, and in such a case it is preferable to line the interior walls of the chimney with metal plates in the upper portion and down to a slightly higher level <B > to </B> that of the bath.
The present invention proposes to provide the solution of the problem of the automatic adjustment of the spacing between electrodes and of the anodic reconstitution <B> with </B> automatic and continuous adjustment during the electrolysis with consumable anodes # with a perfect constancy of the spacing between the electrodes of the cell, which is disturbed neither by the progressive anode consumption, nor by the successive anode reconstitutions. <B> This </B> result is obtained without having <B> to </B> call <B> </B> an adjustment or regulation device outside the oven. In addition, the permanent anode structure (which, in each intermediate bipolar electrode, is integral with the cathode) is maintained, fixed and stationary.