EP0083591B1

EP0083591B1 - Appareil d'electrolyse

Info

Publication number: EP0083591B1
Application number: EP82900614A
Authority: EP
Inventors: Jean François Viellefont; Carolus Maria-Theresia Ludovicus Hens; Hubert Jan Tobback
Original assignee: Metallurgie Hoboken-Overpelt SA
Current assignee: Metallurgie Hoboken-Overpelt SA
Priority date: 1981-02-19
Filing date: 1982-02-17
Publication date: 1985-10-23
Also published as: JPS58500201A; DE3266976D1; WO1982002907A1; CA1162513A; US4436606A; AU8143682A; AU545884B2; EP0083591A1; LU83152A1; JPS5857518B2

Description

La présente invention se rapporte à un appareil d'électrolyse comprenant

- une pluralité de cellules électrolytiques situées côte à côte, chaque cellule étant adaptée à contenir un groupe d'électrodes suspendu verticalement et constitué d'anodes alternant avec des cathodes, ces électrodes étant munies de leurs deux côtés d'une oreille de suspension,
- des moyens de support et de liaison, disposés sur les parois séparant les cellules adjacentes, pour supporter les oreilles de suspension des électrodes et relier électriquement les cellules, ces moyens comprenant par paroi deux rangées de supports s'étendant de part et d'autre d'un élément médian de liaison électrique, chaque rangée comprenant des supports en un matériau électroconducteur alternant avec des supports en un matériau isolant, et
- des moyens de manutention pour introduire un groupe d'électrodes dans une cellule et pour l'en sortir.

Un tel appareil est décrit dans le document US-A-4 028 211. Dans cet appareil connu les moyens de support et de liaison présentent une surface plane. Donc, lorsque des électrodes sont suspendues dans les cellules, leurs oreilles ne peuvent pas s'étendre au-delà de leurs supports et les moyens de manutention n'ont pas accès à la face inférieure des extrémités des oreilles. Les moyens de manutention comprennent par cathode, une paire de pinces, qui saisissent les cathodes de part et d'autre du centre de leur barre de suspension, et pour l'ensemble des anodes, une griffe dont les deux mâchoires saisissent l'ensemble des anodes par une encoche ménagée dans les oreilles de suspension de celles-ci. Ces anodes présentent donc forcément des oreilles volumineuses et, en conséquence, un coefficient de déchent élevé, celui-ci étant la fraction de l'anode qui doit être réfondue après l'électrolyse. Cet appareil connu présente donc les inconvénients que les moyens de manutention ont une construction compliquée et qu'il re- quiert la mise en oeuvre d'anodes ayant un coefficient de déchet élevé.
Le but de la présente invention est de fournir un appareil tel que défini ci-dessus qui évite les inconvénients de cet appareil connu.
Dans l'appareil selon l'invention

- les supports dominent l'élément médian de liaison électrique,
- les oreilles des électrodes suspendues dans les cellules s'étendent au-delà de leurs supports, et
- les moyens de manutention sont adaptés à soulever les électrodes par la face inférieure des extrémités de leurs oreilles.

D'autres détails et particularités de l'invention ressortiront de la description d'un mode de réalisation de l'appareil selon l'invention, donnée ci-après à titre d'exemple non limitatif et avec référence aux dessins ci-annexés.

La figure 1 représente une vue schématique en plan d'un appareil selon l'invention pour élec- troraffiner du cuivre.
La figure 2 représente un plan agrandi et plus détaillé d'une partie de trois cellules électrolytiques, situées côte à côte, de l'appareil de la figure 1.
La figure 3 représente un plan agrandi et plus détaillé d'une partie d'un dispositif de support et de liaison, monté sur les parois séparant deux cellules adjacentes dans la figure 2.
La figure 4 représente une coupe verticale à travers le dispositif de la figure 3, faite selon la ligne IV-IV de la figure 3.
La figure 5 représente un plan d'un composant du dispositif de la figure 3.
La figure 6 représente un plan d'un autre composant du dispositif de la figure 3.
La figure 7 représente un plan agrandi et plus détaillé d'une partie d'un engin de manutention de l'appareil de la figure 1.
La figure 8 représente une coupe agrandie à travers l'engin de la figure 7, faite selon la ligne VIII-VIII de la figure 7.
La figure 9 représente une vue en élévation frontale de l'engin de la figure 7.
La figure 10 représente une vue agrandie et plus détaillée de la partie centrale de l'engin de la figure 9.
Les figures 11 et 12 illustrent le fonctionnement de l'engin de la figure 8.
Les figures 13 et 14 illustrent le fonctionnement d'une variante de l'engin de la figure 8.

Dans les différentes figures les mêmes notations de référence désignent des éléments identiques.
L'appareil représenté à la figure 1 comprend quatre rangées parallèles 1 de cellules électrolytiques oblongues 2 situées côte à côte et un pont roulant 3 avec chariot 4 auquel est suspendu un palonnier 5. Le pont roulant 3, muni de roues 6 et actionné par un moteur non représenté, peut se déplacer suivant un mouvement de va-et-vient sur les rails 7 parallèlement aux rangées de cellules 1. La chariot 4, muni de roues 8 et actionné par un moteur non représenté, peut se déplacer suivant un mouvement de va-et-vient sur les rails 9 qui sont fixés au pont 3, transversalement aux rangées de cellules 1. Le pont roulant 3 et le chariot 4 sont du type classique et il ne sera pas entré dans des détails quant à leur structure.
Comme montré à la figure 2, chaque cellule 2 comprend un groupe d'électrodes constitué d'anodes 10 alternant avec des cathodes 11. Ces électrodes sont suspendues verticalement à distance égale et transversalement par rapport à l'axe longitudinale de la cellule 2. La distance entre les axes de deux électrodes successives est faible, par exemple 49 mm; chaque cellule 2 contient, par exemple, trente-cinq anodes 10 et trente-six cathodes 11. Une anode 10 est constituée d'une plaque coulée de cuivre impur qui est munie à sa partie supérieure de deux oreilles 12 latéralement saillantes (voir également figures 12 et 13) permettant de suspendre l'anode 10 dans la cellule 2. Une cathode 11 est constituée d'une plaque de cuivre pur 13 munie de deux boucles de suspension 14 à travers lesquelles passe une barre de suspension 15. La barre de suspension 15 s'étend au-delà des bords latéraux de la plaque 13 de manière que les extrémités 16 de cette barre 15 forment des oreilles de suspension pour la cathode 11 (voir figures 12 et 14).
Sur chacune des parois 17 séparant deux cellules 2 adjacentes est monté un dispositif 18 de support et de liaison pour supporter les oreilles de suspension 12 et 16 des électrodes et pour relier électriquement les cellules 2 adjacentes (voir également figures 11 et 13). Comme montré à la figure 3, le dispositif 18 comporte une première et une seconde rangée 19 et 20 de supports 21 en un matériau électroconducteur alternant avec des supports 22 en un matériau isolant. Ces rangées s'étendent de part et d'autre d'un élément médian 23 de liaison électrique qui relie électriquement les supports électroconducteur 21 des deux rangées. Les supports électroconducteurs 21 de la première rangée 19 servent à supporter une oreille 12 des anodes 11 contenues dans la cellule 2 à gauche du dispositif 18 et les supports isolants 22 de cette rangée, une oreille 16 des cathodes 11 contenues dans cette cellule (ou vice versa), tandis que les supports électroconducteurs 21 de la seconde rangée 20 servent à supporter une oreille 16 des cathodes 11 contenues dans la cellule 2 à droite du dispositif 18 et les supports isolants 22 de cette rangée, une oreille 12 des anodes 11 contenues dans cette cellule (ou vice versa).
Comme montré aux figures 4, 11 et 13, le dispositif 18 est constitué d'une part d'un corps en chlorure de polyvinyle, en polyester ou en un autre matériau isolant aproprié comportant un premier profilé en U 24, dont les parois latérales sont crénélées pour former les supports isolants 22, et un second profilé en U 25, qui est fixé par sa base au bord supérieur de la paroi 17 à l'aide d'un ciment 26 et dans lequel s'emboîte le premier profilé 24, et d'autre part d'un corps en cuivre ou en un autre matériau électroconducteur approprié constitué d'un profilé en U 27 dont les parois latérales se terminent en un tranchant 28 et qui présentent des entailles à ses deux côtés de façon à s'emboîter dans le profilé 24, les dents du profilé 27 formant les supports électroconducteurs 21.
Le profilé 25 peut être constitué d'une seule pièce ayant la même longueur que la paroi 17; une telle pièce est normalement fabriquée par extrusion. Le profile 25 peut être également constitué d'une série de pièces courtes 25' munies d'éléments d'assemblage à queue- d'aronde; une telle pièce, qui est normalement fabriquée par moulage sous pression, est représentée à la figure 5.
Pour former le profilé 24 on peut juxtaposer une série de pièce courtes 24' fabriquées par moulage sous pression; une telle pièce est représentée à la figure 6.
Un profilé en U dont les parois latérales se terminent en un tranchant peut être fabriqué par extrusion; après entaillage d'un tel profilé on obtient le profilé 27.
La longueur des oreilles 12 et 16 des électrodes 10 et 11 est telle que ces oreilles s'étendent au-delà de leurs supports 21 ou 22, par exemple sur une distance d'environ 10 à environ 30 mm, de manière que le palonnier 5, qui sera décrit plus loin, ait accès à la face inférieure des extrémités de ces oreilles (voir figures 11 et 13). Pour assurer cet accès, il faut également que la distance entre cette face inférieure et la face supérieure de l'élément médian 23 de liaison électrique, c'est-à-dire la face supérieure de la base du profilé 27, soit suffisamment grande, par exemple d'environ 30 à environ 40 mm. Il va de soi que cette distance est fonction de la configuration de l'élément de palonnier, qui doit avoir accès à la face inférieure susdite. Il est également évident que, pour assurer cet accès, il faut en outre que la distance entre les oreilles, portées par des supports qui se font face, soit suffisamment grande, par exemple d'environ 40 à environ 60 mm. Cette distance est évidemment également fonction de la configuration susdite.
La tête et la queue de chaque rangée 1 de cellules 2 sont reliées de façon classique à une source de courant non représentée. Un électrolyte approprié coule à travers les cellules 2. Les anodes impures 10 se dissolvent pendant l'électrolyse et un dépôt de cuivre pur se forme sur les cathodes 11. Lorsque les anodes 10 d'une cellule 2 sont épuisées, le groupe d'électrodes contenu dans cette cellule et constitué d'anodes minces et de cathodes épaisses doit être remplacé par un nouveau groupe d'électrodes constitué d'anodes épaisses et de cathodes minces. Pour ce remplacement d'un groupe d'électrodes on utilise, en combinaison avec le pont roulant 3 et le chariot4, le palonnier 5 qui sera décrit ci-après en détail.
Comme montré aux figures 7 à 9, le palonnier 5 comprend une palanche supérieure 29 et une palanche inférieure 30. La palanche supérieure 29 comporte deux longerons 31 reliés par deux traverses non représentées et par deux plaques transversales 32. A chaque plaque transversale 32 sont fixés une oreille 33 avec un oeillet de suspension 34 ainsi qu'un élément vertical de guidage 35. Les éléments verticaux 35 de guidage glissent dans les guides 36 qui sont fixés au chariot 4. Par les oeillets de suspension 34 la palonnier 5 est suspendu d'une façon classique à un engin de levage classique et non représenté dont le chariot 4 est muni.
La palanche inférieure 30 comporte deux longerons 37 reliés par deux traverses 38. La palanche inférieure 30 est reliée à la palanche supérieure 29 par une cage à billes 39. La rotation de la palanche inférieure 30 autor de l'axe de la cage à billes 39 est assurée par un couple de cylindres hydrauliques 40 et 41, qui sont montés dos à dos entre une boucle 42 fixée à la palanche supérieure 29 et une boucle 43 fixée à la palanche inférieure 30. La tige 44 du cylindre 40 pivote à son extrémité sur la charnière 45 fixée dans la boucle 42. La tige 46 du cylindre 41 pivote à son extrémité sur la charnière 47 fixée dans la boucle 43. Lorsque la tige 44 du cylindre 40 est rentrée et que la tige 46 du cylindre 41 est sortie, l'axe longitudinal de la palanche inférieure 30 est en position P1 (voir figure 7) dans laquelle cet axe est parallèle à l'axe longitudinal de la palanche supérieure 29. Lorsqu'on fait sortir la tige 44 du cylindre 40, l'axe longitudinal de la palanche inférieure 30 passe de la positiion P1 à la position P2. Lorsqu'on fait rentrer la tige 46 du cylindre 41, l'axe longitudinal de la palanche inférieure 30 passe de la position P1 à la position P3. La palanche inférieure 30 peut donc être amenée dans une position quelconque entre les positions extrêmes P2 et P3, qui elles dépendent évidemment de la course des cylindres 40 et 41. P2 et P3 forment un angle de par exemple 10°. Inutile de dire que cet angle doit être adapté au degré du manque de parallélisme entre les diverses cellules.
La palanche inférieure 30 porte un train d'atterrissage 48 et un dispositif préhenseur 49. Le train d'atterrissage 48 comporte deux longerons 50 fixés en dessous de la palanche 30 et deux traverses 51, dont les extrémités portent une patte 52 munie d'une roue 53. Le train d'atterrissage 48 assure que les deux mâchoires 54 du dispositif préhenseur 49 restant à tout moment distantes des éléments médians 23 de liaison électrique susdits de manière qu'elles ne puissent pas endommager ces éléments.
Le dispositif préhenseur 49 comporte deux profilés en L renforcés 55, auxquels sont fixés les mâchoires 54 déjà mentionnées, et des moyens pour déplacer les profilés 55. Les mâchoires 54 sont isolées électriquement des profilés 55 en 56 (voir figure 11). Chaque profilé 55 est porté par deux charnières 57, qui sont montées dans des boucles 58 fixées aux extrémités des traverses 38 susdites. Chaque profilé 55 est relié par une ailette 59, un accouplement articulé 60, une tige 61 et un accouplement articulé 62 à une plaque centrale 63, qui elle est reliée à la tige 64 d'un cylindre hydraulique vertical 65 (voir figures 8 et 10). Lorsque la tige 64, du cylindre 65 sort, la plaque 63 descend et les deux mâchoires 54 s'éloignent l'une de l'autre, c'est-à-dire le dispositif préhenseur 49 s'ouvre. Lorsque la tige 64 du cylindre 65 rentre, la plaque 63 monte et les deux mâchoires 54 se rapprochent l'une de l'autre, c'est-à-dire le dispositif préhenseur 49 se ferme.
Comme montré à la figure 10, la plaque 63 est fixée à deux tiges de guidage 66 qui glissent dans les guides 67. Les tiges de guidage 66 sont coiffées d'une douille 68, dont la position peut être ajustée par l'écrou 69. La distance entre le bord inférieur de ces douilles 68 et le bord supérieur des guides 67 détermine la course du cylindre 65. Il est donc possible le régler cette course en ajustant la position des douilles 68. Les tiges de guidage 66 sont munies d'un ressort en spirale 70, qui s'appuie sur le guide 67 et qui est comprimé lorsque le cylindre 65 fait descendre la plaque 63. Ces ressorts 70 s'opposent donc à la descente de cette plaque, c'est-à-dire à l'ouverture du dispositif préhenseur 49, lorsque pour une raison quelconque le cylindre 65 cesse de fonctionner. Le cylindre 65 et les guides 67 sont montés sur un support 71, qui est fixé à deux traverses 72 reliant les longerons 37 susdits.
Comme montré aux figures 11 et 12, les mâchoires 54 se terminent en un pied 71 pour porter les oreilles 12 et 16 des électrodes 10 et 11. Un autre type de mâchoire est montré aux figures 13 et 14. Cette mâchoire 54'se termine en une grille 72 ayant autant de mailles 73 qu'il y ait des électrodes à porter.
Avec l'appareil décrit ci-dessus, on peut opérer comme suit. Lorsqu'il y a un groupe d'électrodes à remplacer dans une cellule, on amène le chariot 4 jusqu'au-dessus de cette cellule et on fait descendre le palonnier 5, dont le dispositif préhenseur 49 est ouvert, jusqu'à ce que les deux mâchoires 54 ou 54' viennent à proximité des oreilles 12 et 16 du groupe d'électrodes à remplacer. A l'aide des cylindres 40 et/ou 41, on ajuste maintenant, si nécessaire, l'orientation des mâchoires 54 ou 54' de manière à ce qu'elles soient parallèles aux dispositifs 18 sous-jacents. On fait descendre davantage le palonnier jusqu'à ce que les roues 53 du train d'atterrissage 48 prennent appui sur les extrémités des deux parois 17 de la cellule. A ce moment, les mâchoires 54 ou 54' occupent la position indiquée par des pointillés dans les figures 11 et 13. Ensuite, on ferme le dispositif préhenseur 49, c'est-à-dire on amène les mâchoires 54 ou 54' dans la position verticale, et on remonte le palonnier 5. Pendant la remontée du palonnier 5, les mâchoires 54 ou 54' se heurtent à la face inférieure des extrémités des oreilles 12 et 16 des électrodes et elles entraînent le groupe d'électrodes comme montré aux figures 12 et 14. Le palonnier 5 est alors transporté vers un poste non représenté où il dépose sa charge d'anodes minces et de cathodes épaisses et d'où il revient avec une charge d'anodes épaisses et de cathodes minces qu'il dépose dans la cellule.
Il va de soi que l'appareil de l'invention n'est pas limité au mode de réalisation décrit ci-dessus et que de nombreuses modifications peuvent y être apportées sans que l'on ne sorte pour autant du cadre de la présente demande de brevet.
Par exemple, l'appareil décrit ci-dessus est conçu pour appliquer le procédé d'électroraffi- nage de Walker, suivant lequel les anodes de deux cellules adjacentes sont en ligne. Il est évident que cet appareil peut être facilement adapté pour appliquer le procédé d'électroraffi- nage de Whitehead, suivant lequel les anodes d'une première cellule sont en ligne avec les cathodes d'une deuxième cellule qui est adjacente à la première. A cet effet, on n'a qu'à adapter le dispositif 18.
Les parois latérales du profilé en U 27 peuvent, par exemple, se terminer en une section arrondie au lieu de ce terminer en un tranchant.
Le profilé en U 25 peut être remplacé par un autre profilé approprié ou être supprimé, mais dans ce dernier cas on doit fixer le profilé en U 24 au bord supérieur de la paroi 17, ce qui complique le remplacement de ce profilé 24.
Si les parois 17 de toutes les cellules 2 sont parfaitement parallèles, ce qui n'est pas souvent le cas dans les usines électrolytiques existantes, la palanche supérieure 29 non orientable et la palanche inférieure 30 orientable peuvent être remplacées par une seule palanche non orientable.
Le train d'atterrissage 48 peut être supprimé, mais il est évident que cette modification complique le maniement du palonnier 5.
Les ressorts 70 peuvent être supprimés, mais on risque alors de lâcher accidentellement un groupe d'électrodes, lorsque pour une raison quelconque le cylindre 65 cesse de fonctionner.
Les douilles 68 peuvent être supprimées, mais il devient alors impossible d'ajuster la course du cylindre 65.
Les moyens d'actionnement hydraulique 40, 41 et 65 peuvent être remplacés par des moyens d'actionnement pneumatiques ou électriques.

Claims

1. Appareil d'électrolyse comprenant

- une pluralité de cellules électrolytiques (2) situées côte à côte, chaque cellule étant adaptée à contenir un groupe d'électrodes suspendu verticalement et constitué d'anodes (10) alternant avec des cathodes (11), ces électrodes étant munies de leurs deux côtés d'une oreille de suspension (12, 16),

- des moyens de support et de liaison (18), disposés sur les parois (17) séparant les cel-Iules adjacentes, pour supporter les oreilles de suspension des électrodes et relier électriquement les cellules, ces moyens comprenant par paroi deux rangées (19, 20) de supports (21, 22) s'étendant de part et d'autre d'un élément médian de liaison électrique (23), chaque rangée comprenant des supports en un matériau électroconducteur (21) alternant avec des supports en un matériau isolant (22), et

- des moyens de manutention (5) pour introduire un groupe d'électrodes dans une cellule et pour l'en sortir,

caractérisé en ce que

- les supports (21, 22) dominent l'élément médian de liaison électrique (23),

- les oreilles (12, 16) des électrodes suspendues dans les cellules s'étendent au-delà de leurs supports (21, 22), et

- les moyens de manutention (5) sont adaptés à soulever les électrodes par la face inférieure des extrémités de leurs oreilles (12, 16).

2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de support et de liaison (18) comportent un profilé en U en un matériau isolant (24), dont les parois latérales sont crénelées, et un profilé en U en un matériau électroconducteur (27) présentant des entailles à ses deux côtés et s'emboîtant dans le premier profilé (24) susdit.

3. Appareil selon la revendication 2, caractérise en ce que les parois latérales du profilé en un matériau électroconducteur (27) se terminent par un tranchant (28).

4. Appareil selon la revendication 2, caractérise en ce que la partie supérieure des parois latérales du profilé en un matériau électroconducteur (27) présente une section arrondie.

5. Appareil selon la revendication 2, 3 ou 4, caractérisé en ce que les moyens de support et de liaison comportent un second profilé en U en un matériau isolant (25) dans lequel s'emboîte le premier profilé (24) susdit.

6. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de manutention (5) comprennent une palanche (30) portant un dispositif préhenseur (49), qui comporte une paire de mâchoires (54 ou 54'), se terminant vers le bas en un élément portant (71 ou 72) pour les oreilles des électrodes, et des moyens (55, 57, 59-67) pour rapprocher et éloigner les mâchoires l'une de l'autre.

7. Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que chaque mâchoire (54 ou 54') est fixée à une poutre (55) montée sur des charnières (57) et cette poutre porte une ailette (59) qui est reliée par un accouplement articulé (60) à l'extrémité d'une tige (61) dont l'autre extrémité est reliée par un accouplement articulé (62) à une plaque centrale (63) qui est adaptée à se déplacer verticalement.

8. Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce que la plaque centrale (63) est reliée à la tige (64) d'un cylindre hydraulique (65), pointé vers le bas, et fixée à l'extrémité inférieure de tiges verticales de guidage (66) qui glissent dans des guides (67).

9. Appareil selon la revendication 8, caractérisé en ce que les tiges de guidage (66) ont une hauteur supérieure à celle des guides (67) et que la partie supérieure des tiges de guidage (66) est entourée d'un ressort en spirale (70) qui s'appuie sur les guides (67) et qui est comprimé lorsque le cylindre (65) fait descendre la plaque (63).

10. Appareil selon la revendication 8, caractérisé en ce que les tiges de guidage (66) ont une hauteur supérieure à celle des guides (67), qu'elles sont coiffées d'une douille (68), qui est adaptée à prendre appui sur les guides (67) lorsque le cylindre (65) fait descendre la plaque (63), et qu'elles sont munies de moyens (69) pour modifier la position de la douille (68).

11. Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que la palanche (30) porte en outre un train d'atterrissage (48) assurant qu'à tout moment les éléments portants (71 ou 72) des mâchoires (54 ou 54') restent distants des éléments médians de liaison électrique (23).

12. Appareil selon la revendication 6, 7, 8, 9, 10 ou 11, caractérisé en ce que les moyens de manutention (5) comprennent en outre une palanche supérieure (29), à laquelle la palanche (30) est suspendue par une cage à billes (39), et des moyens (40-47) pour faire tourner la palanche inférieure (30).