Procédé de régulation d'une installation d'électromigration en contre-courant et dispositif pour sa mise en #uvre La présente invention a pour objet un procédé de régulation d'une installation d'électromigration en contre-courant, en bain de sels fondus, dans laquelle le métal qui se dépose à la cathode est redissous à l'état d'ions dans le bain d'électrolyse sous l'action d'un apport continu approprié à la nature du bain et à celle du métal, procédé selon lequel on mesure la différence de potentiel d'une chaîne voltaïque com prenant la cathode, l'électrolyte et une électrode de référence,
et on asservit l'intensité du courant d'élec trolyse au résultat de cette mesure de façon que ledit apport continu assure la dissolution du métal déposé, et un dispositif pour la mise en #uvre de ce procédé, dispositif comprenant dans une installation d'électro- migration en contre-courant, en bain de sels fondus, des moyens pour produire un courant d'électrolyse entre une anode et une cathode, des moyens pour réaliser et entretenir la fusion du bain, des moyens pour entretenir ledit apport continu, un dispositif de mesure de la différence de potentiel d'une chaîne vol taïque comprenant la cathode, l'électrolyte, et une électrode de référence,
et un dispositif de réglage ca pable de faire varier l'intensité du courant d'électro lyse en fonction de ladite mesure.
Alors que dans les modes de mise en #uvre déjà connus du procédé défini ci-dessus, on mesure la dif férence de potentiel entre la cathode et une électrode de référence en vue de commander automatiquement la mise en marche ou l'arrêt de l'électrolyse, la pré sente invention vise un procédé plus simple, donnant un réglage plus précis.
Pour cela, le procédé selon l'invention est carac térisé en ce qu'on intercale dans le circuit de mesure de ladite différence de potentiel un dispositif de pro tection de l'appareil de mesure contre le courant d'électrolyse de façon à permettre l'utilisation de l'anode comme électrode de référence.
Le dispositif selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend en outre un dispositif de protec tion dudit appareil de mesure contre le courant d'électrolyse, ce dispositif étant intercalé dans le cir cuit dudit appareil de mesure et ce dernier étant bran ché entre la cathode et l'anode de façon à utiliser l'anode comme électrode de référence.
On peut obtenir la protection nécessaire de l'ins trument de mesure pendant l'électrolyse, par une résistance qui est éliminée automatiquement par un relais lorsque cesse l'électrolyse. Le procédé peut être appliqué chaque fois que l'apparition ou la variation d'une dissymétrie entre électrodes est utilisée pour la commande d'appareils de régulation.
La description qui suit, ainsi que le dessin annexé se rapportent à divers modes de mise en #uvre du procédé donnés à titre d'exemple.
La fig. 1 est un schéma d'une installation d'élec- tromigration à contre-courant en bain de sel fondu, par exemple pour la séparation des isotopes du li thium, établie conformément à l'invention, la fig. 2 est un schéma montrant une partie de ladite installation, selon une variante.
On voit au dessin une installation d'élecromigra- tion à contre-courant du genre de celle décrite dans le brevet suisse No 365368. Se proposant de régler l'élec trolyse de façon automatique en fonction de l'appari tion :de dépôt de métal ,sur la cathode, on s'y prend comme suit ou de façon analogue.
On sait qu'une telle installation permet, comme on l'a notamment décrit dans ledit brevet, de séparer des anions et des cations de mobilités différentes, et qu'on peut par exemple l'utiliser pour la séparation des isotopes du lithium en opérant dans un bain fondu de bromure de lithium, auquel on peut ajouter un fondant.
Pour fixer les idées et en reprenant le même sché ma et les mêmes références que dans ledit brevet, ladite installation comporte par exemple une cellule à compartiment cathodique 1 et compartiment ano dique 2 séparés par un pont 3 contenant une matière poreuse réfractaire 4 formant diaphragme, le tout rempli partiellement du bain fondu susvisé (et étant placé à cet effet dans un four). L'électromigration s'opère en faisant passer un courant d'électrolyse en tre cathode 12 et anode 15 et en s'opposant au dépôt du lithium ou autre métal sur la cathode, ce qui est réalisé en l'espèce par un apport constant de brome prélevé par exemple à l'anode en 5 et réintroduit à la cathode en 6.
L'arrivée continue de brome reforme donc le bromure de lithium et assure le contre- courant d'électrolyse.
On a spécifié, dans le brevet No 365368, des moyens de sécurité propres à mettre en évidence le dépôt de métal sur la cathode, c'est-à-dire la polari sation qui en résulte, ces moyens étant utilisés pour mettre en route ou au contraire pour arrêter l'élec trolyse, suivant que ladite polarisation est nulle ou, au contraire, se manifeste. Autrement dit, ces moyens, tels que suspécifiés dans ledit brevet, assujettissent le courant d'électrolyse à la neutralisation du métal à la cathode.
On a proposé à cet effet de mettre en évidence une différence de potentiel entre la cathode et une électrode de référence et de l'utiliser pour actionner des relais commandant ale courant d'électrolyse.
Cependant, on a constaté que l'on pourrait sim plifier considérablement l'installation en prélevant cette différence de potentiel, non plus entre la ca thode et une électrode de référence, différente de l'anode, mais simplement entre la cathode et l'anode.
On note au surplus, c'est-à-dire outre la simpli fication réalisée, l'obtention d'une sécurité plus gran de, puisqu'on évite les perturbations susceptibles de résulter de la proximité de la cathode et de l'élec trode de référence. Enfin, le volume cathodique peut être réduit.
Le principe de la nouvelle disposition est basé sur le fait que, lorsque deux électrodes de même nature, par exemple en graphite, plongent dans un bain de composition homogène, en l'absence de courant d'électrolyse, leur différence de potentiel est nulle, tandis que lorsqu'un dépôt de métal existe sur la cathode, leur différence de potentiel est égale à la force électromotrice de la chaîne voltaïque: cathode -I- métal/sel fondu/anode.
On a donc recours, essentiellement, à un appareil de mesure ou galvanomètre sensible à la différence de potentiel susvisée, disposé entre anode et cathode, la mesure s'effectuant de préférence après coupure du courant d'électrolyse. Ledit appareil vient alors coa- gir sur des relais appropriés, par exemple agencés de la manière décrite dans le brevet susmentionné, le tout étant de nature à arrêter l'électrolyse lorsqu'un dépôt exagéré s'est produit sur la cathode, dépôt exi geant donc un arrêt momentané de l'électrolyse pour permettre au brome (dans l'exemple envisagé) de re- dissoudre le métal.
Dès que cette dissolution est effec tuée, ce qui se traduit par l'annulation ou la réduc tion à une valeur déterminée à l'avance de la diffé rence de potentiel à mesurer, l'électrolyse reprend sous l'action des susdits relais.
Il convient bien entendu, selon une disposition préférée, et compte tenu de la disposition de l'appa reil de mesure entre anode et cathode, de le protéger contre le courant d'électrolyse, ce qui peut se faire par une résistance de protection insérée dans le cir cuit dudit appareil sous l'action d'un relais supplé mentaire spécial, placé sous le contrôle dudit cou rant.
L'ensemble des divers relais peut être agencé par exemple de façon à réaliser le cycle opératoire sui vant.
1. A supposer le courant d'électrolyse établi, l'appareil de mesure se trouve protégé par ledit relais spécial qui introduit la résistance de protection.
2. Au bout d'un temps prédéterminé par un re lais à retard et qui peut être du même genre que celui prévu dans le brevet susmentionné, le courant d'élec trolyse est interrompu, ce qui provoque automatique ment, par l'action du susdit relais de protection, la mise hors circuit de la résistance de protection et la connexion directe de l'appareil de mesure entre ano de et cathode.
3. Si alors la différence de potentiel est nulle, c'est-à-dire si la neutralisation à la cathode a eu lieu correctement (donc s'il n'y a pas dépôt de métal), le courant d'électrolyse est rétabli pour une nouvelle période.
4. Si au contraire la différence de potentiel n'est pas nulle, le courant d'électrolyse n'est pas rétabli, et l'électrolyse demeure arrêtée jusqu'à ce que tout le métal soit dissous, ce qui annule à nouveau la diffé rence de potentiel et remet en train l'électrolyse.
5. Enfin, dans le cas où la neutralisation n'aurait pas lieu au bout d'un temps déterminé à l'avance, un relais supplémentaire arrête définitivement l'électro lyse et l'expérience ne peut plus être remise en mar che sans l'intervention d'un opérateur.
On voit que le cycle est le même que celui prévu dans le brevet susmentionné, sans qu'il y ait là, ce pendant, aucune limitation.
On va maintenant décrire, à titre purement indi catif, un schéma permettant ce cycle opératoire.
Le schéma, sur la fig. 1 du dessin, reproduit deux relais à retard 20 et 32, les enroulements étant repré sentés en 22, 34.
Le relais 20 est le relais de commande, avec son enroulement 22 en série avec les contacts 17, 19 de l'appareil de mesure ou galvanomètre 14, ces deux contacts venant s'appuyer l'un sur l'autre pour une différence de potentiel nulle ou inférieure à une va leur E déterminée à l'avance, ce qui correspond à la position de travail de l'interrupteur 21 de ce relais.
Ledit interrupteur 21 commande l'électrolyse et il est commun à trois circuits - celui de l'enroulement 8 du transformateur com mandant par le redresseur l'alimentation en courant d'électrolyse ; - celui de l'enroulement 34 du deuxième relais 32 ; - et celui de l'enroulement 41 d'un troisième relais qui commande la protection de l'appareil de me sure, ses contacts de repos et de travail R et T agissant en combinaison avec une résistance va riable de protection 42, tandis qu'une résistance 16 joue le même rôle que déjà décrit dans le brevet No 365368.
Les contacts ou interrupteurs 21, 33 des relais 20, 32 sont des relais du type à retard, étant par exemple constitués par deux compartiments (comme visible en 25, 26 pour l'interrupteur 21) de l'un à l'autre des quels peut passer une masse de mercure, instantané ment dans un sens et au contraire avec retard dans l'autre sens.
Les deux interrupteurs 21 et 33 sont représentés dans leur position de repos, pour laquelle ils ouvrent les contacts 30, 31 ou les contacts 37, 38, mais seule ment après un certain délai correspondant au passage ralenti de mercure.
En somme, les trois enroulements 8, 34, 41 sont montés en dérivation aux bornes 7 à travers ledit interrupteur 21 qui commande l'électrolyse. L'inter rupteur 33 est monté dans le circuit de commande du premier relais 20 de sorte que, quand cet interrupteur s'ouvre, l'installation s'arrête de fonctionner.
L'ensemble fonctionne de la façon suivante - initialement, la cathode étant totalement dépolari- sée, en l'absence de courant d'électrolyse, le gal vanomètre 14 ne dévie pas; l'aiguille 17 vient au contact du repère 19 ce qui excite le relais 20 et le met en position de travail pour laquelle l'inter rupteur 21 se referme instantanément. Ce relais 20 commande simultanément la mise en service du courant d'électrolyse et l'excitation des relais 32 et 41. A ce moment, le galvanomètre à contact 14 est relié aux électrodes par l'intermédiaire de la résistance 42, mais la tension d'électrolyse lui fait subir une déviation suffisante pour que l'ai guille 17 quitte le contact 19, ce qui met le relais 20 en position de repos.
Cependant, comme ce relais 20 est du type à retard à la coupure , il continue, même en position de repos, à assu rer l'alimentation du courant d'électrolyse et l'ex citation des relais 32 et 41 pendant une durée dé terminée à l'avance. Au bout de ce temps, l'inter rupteur 21 du relais 20 est coupé ce qui provoque l'arrêt de l'électrolyse et met en position repos les relais 32 et 41.
Le relais 41 n'étant plus excité, le galvanomètre 14 mesure directement la différence de potentiel en tre anode et cathode. Si celle-ci est nulle ou infé rieure à une certaine valeur E déterminée à l'avance, l'aiguille 17 vient su contact du repère 19, ce qui excite à nouveau le relais 20, et le cycle précédent recommence.
Si la différence de potentiel entre anode et ca thode n'est pas nulle, ou si elle est supérieure à la valeur E, ce qui trahit la présence de métal à la ca thode, l'aiguille du galvanomètre reste déviée et l'électrolyse reste interrompue jusqu'à ce que la pola risation de cathode cesse, c'est-à-dire jusqu'à la dis solution complète du métal. A ce moment, la diffé rence de potentiel entre anode et cathode redevient nulle ou inférieure à<B>E;</B> l'aiguille 17 vient au contact du repère 19 et de nouveau le cycle précédent re commence.
Mais si la durée de la neutralisation du métal dé posé est trop longue, ce qui signifie qu'un incident est préalablement intervenu dans le circuit d'arrivée du brome, dans ce dernier cas, le relais 32 intervient pour couper définitivement le courant d'électrolyse qui ne pourra plus être rétabli.
En effet, le relais 32 est un relais à retard à la coupure , du même type que le relais 20 et, comme on l'a vu plus haut, il est sous la dépendance du cou rant d'électrolyse; celui-ci étant coupé, ledit relais est donc amené en position repos ; mais son inter rupteur 33 est maintenu à la fermeture pendant une durée déterminée à l'avance, par exemple quinze mi nutes.
Au bout de ce temps, il coupe l'alimentation élec trique générale du dispositif de sécurité, et désormais aucun relais ne peut plus être excité sans l'interven tion d'un opérateur.
La fig. 2 représente une variante du circuit de connection du galvanomètre à contact 14. Ce dernier est ici constamment relié à la cathode par l'intermé diaire de la résistance de protection. Pendant l'élec trolyse, le relais 41 est excité et le galvanomètre 14 est protégé contre la tension aux électrodes par la résistance 42. Mais comme dans le montage précé dent, à chaque fin de cycle le relais 41 bascule et court-circuite la résistance 42 de sorte que le galva nomètre 14 se trouve directement connecté aux élec trodes.
Cette mise en court-cuircuit de la résistance 42 permet de réaliser un relais 41 de petites dimensions, même pour des cellules de grande puissance, avec une intensité d'électrolyse très élevée.
Le relais 41 doit évidemment être choisi avec un temps de réponse assez court pour que, lors de l'éta blissement du contact d'électrolyse, la protection du galvanomètre soit immédiate.
On constate finalement que les perfectionnements propres à la présente invention maintiennent le prin cipe du procédé décrit dans le brevet susmentionné, c'est-à-dire la conduite automatique de l'électrolyse en fonction de la polarisation de la cathode, mais avec un montage plus simple et plus sûr.
Mais il est à noter, qu'en outre, l'invention en tend généraliser l'application des moyens sus-spécifiés à tout système dans lequel on se propose de détecter l'apparition d'une dissymétrie entre électrodes. S'il est vrai que dans le cas envisagé la dissymé trie était due au dépôt de métal sur la cathode, d'au tres dissymétries peuvent apparaître, sans dépôt de métal. C'est ainsi que, dans certains sels fondus, il peut ne pas y avoir dépôt de métal, mais une dissy métrie peut résulter d'une variation de la composition du bain au voisinage de l'une des électrodes et se tra duirait par la formation d'une pile de concentration.
Par exemple, dans le cas de nitrates, il n'y a pas dépôt de métal mais seulement réaction secondaire avec formation d'un bain alcalin. De même, pour certains autres sels, le métal déposé est soluble dans le bain de sel fondu.
Dans tous les cas, le dispositif décrit ci-dessus détecte l'apparition d'une dissymétrie entre les com partiments anodique et cathodique, ce qui aurait été difficilement réalisable avec le dispositif décrit dans le brevet susmentionné.
Au surplus, les phénomènes envisagés peuvent se produire également en solution aqueuse.
Enfin, il est entendu que les moyens de sécurité ou de commande décrits peuvent agir sur tous dis positifs de régulation ou de servocommandes propres à assurer l'obtention ou le rétablissement des condi tions requises.
Ensuite de quoi, quel que soit 1e mode de réali sation adopté, et plus spécialement dans l'application envisagée, on peut établir une installation d'électro- migration du genre de celle du brevet susmentionné, dont le fonctionnement ressort suffisamment de ce qui précède pour qu'il soit inutile d'insister à son sujet et qui présente, par rapport aux installations du genre en question déjà existantes, de nombreux avantages, notamment - celui de permettre une plus grande simplifica tion de l'installation grâce à la suppression de l'électrode auxiliaire de référence ;
- celui d'assurer une plus grande sécurité puisqu'on évite les inconvénients dus aux perturbations que peut entraîner l'utilisation d'une électrode auxi liaire de référence ; - et enfin, celui de permettre un encombrement plus réduit.