EP3580373B1 - Dispositif d'alimentation en alumine d'une cuve d'electrolyse - Google Patents

Dispositif d'alimentation en alumine d'une cuve d'electrolyse Download PDF

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EP3580373B1
EP3580373B1 EP18745069.7A EP18745069A EP3580373B1 EP 3580373 B1 EP3580373 B1 EP 3580373B1 EP 18745069 A EP18745069 A EP 18745069A EP 3580373 B1 EP3580373 B1 EP 3580373B1
Authority
EP
European Patent Office
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alumina
opening
tubular sheath
supply
supply device
Prior art date
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EP18745069.7A
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German (de)
English (en)
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EP3580373A4 (fr
EP3580373A1 (fr
Inventor
Steeve RENAUDIER
Sébastien BECASSE
Frédéric BRUN
Patrice Cote
Jean-Pierre FIGUE
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rio Tinto Alcan International Ltd
Original Assignee
Rio Tinto Alcan International Ltd
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Publication date
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Publication of EP3580373A4 publication Critical patent/EP3580373A4/fr
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C3/00—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts
    • C25C3/06—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts of aluminium
    • C25C3/14—Devices for feeding or crust breaking
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C3/00—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts
    • C25C3/06—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts of aluminium
    • C25C3/22—Collecting emitted gases

Definitions

  • the present invention relates to the general technical field of the production of aluminum by electrolysis in an electrolytic cell containing an electrolyte bath based on cryolite, and more specifically to a device for supplying this electrolytic cell with alumina.
  • This alumina supply device can be mounted on an electrolytic cell with prebaked anodes, or on an electrolytic cell with continuous anodes called Söderberg.
  • Aluminum is essentially produced by electrolysis of alumina dissolved in an electrolyte bath.
  • electrolytic cell composed of a steel box open in its upper part, and whose interior is covered with refractory material, a cathode surmounted by one (or more) anode(s), the anode being immersed in the electrolyte bath brought to a temperature of between 930 and 980°C.
  • the application of an electric current between the anode and the cathode makes it possible to initiate the electrolysis reaction.
  • the anode is gradually consumed during the electrolysis reaction. Once the anode is worn out, it is replaced by a new anode.
  • the production of aluminum by electrolysis leads to a permanent change in the composition of the electrolyte bath, and in particular in the alumina content of the electrolyte bath, because the alumina is consumed by the electrolysis reaction to form aluminum.
  • the electrolysis reaction also causes the formation of gas at the interface between the anode and the cathode, for example carbon dioxide.
  • an electrolytic cell is generally equipped with alumina supply devices made up of drilling devices making it possible to form holes by piercing the crust, and metering devices making it possible to add alumina in powder form through said holes.
  • Each drilling device generally comprises a ram and a piercing member (known under the names of “plunger” or “pointer”) fixed to the end of a rod of the ram.
  • the piercing member is lowered by activating the cylinder to break the crust extending over the electrolyte bath.
  • Each metering device typically comprises a metering device making it possible to regulate the flow of alumina to be introduced into the electrolyte bath from a hopper and a supply chute making it possible to direct by gravitational flow the alumina leaving the metering device towards the hole formed in the crust by the piercing device.
  • the drilling and dosing devices must be the subject of relatively frequent servicing and maintenance operations due to the abrasive nature of the alumina and the extreme chemical and thermal conditions in the electrolytic cell.
  • a removable alumina supply device comprising a piercing device and a metering device arranged above the electrolyte bath in the ceiling of a superstructure carried by the casing.
  • the piercing device and the metering device are arranged side by side, without touching each other, and can therefore be removed from the tank by vertical extraction independently of each other, that is to say without intervention on the other device, either in the tank or above the tank.
  • CN 102 251 257 A discloses another device for supplying alumina to an electrolytic cell.
  • the alumina feeders are typically arranged at regular intervals along a central corridor between two rows of anodes.
  • the anodes are re-covered with a powder covering product, typically based on cryolite and alumina in order to minimize heat loss from the electrolyte bath to the inside of the vessel. Combustion of the carbon-based anodes above the electrolyte bath is also thereby minimized. Collapses of the pulverulent covering product occasionally occur in the holes formed by the drilling devices. These collapses cause the formation of agglomerates on the surface of the cathode, which reduces the overall conductivity of the cathode.
  • the holes drilled in the crust by the piercing devices form outlets for the gases generated during the electrolysis reaction and trapped under the crust. Also, the exhaust rate of these gases is high at the level of the holes in the crust and causes a partial flight of the alumina flowing by gravity from the feed chutes into the holes.
  • the alumina used for the production of aluminum is indeed in the form of very fine and light particles, easily volatile. Part of the alumina leaving the feeder is therefore not introduced into the electrolyte bath but is dispersed in the electrolytic cell, typically on the covering product covering the anodes. These uncontrolled flights also disturb the system for regulating the supply of the alumina cells, leading to a deterioration in the reaction yields of the electrolytic cell.
  • the systems for regulating the alumina supply favor a quasi-continuous supply of alumina, that is to say by means of a stream of alumina flowing in a quasi-continuous manner. , rather than by alumina packets introduced periodically.
  • a quasi-continuous alumina supply device is known in particular from the publication WO93/14248 .
  • the problem linked to blow-off is then amplified because an alumina thread or isolated grains of alumina are more subject to blow-off than an alumina packet.
  • the publication CN102628170 discloses a piercing device comprising a sheath driven into the pulverulent covering product and through which the piercing member moves.
  • the sheath prevents the covering product from collapsing into the hole formed in the crust by the piercing member.
  • the metering device and the piercing device are contiguous and, more particularly, the conduit between the alumina hopper and the sheath in which the alumina flows by gravity does not have any openings. Such a configuration prevents the alumina from flying away between the metering device and the sheath but makes servicing and maintenance operations very complex.
  • An object of the present invention is to provide an alumina supply device which makes it possible to reliably control the quantity of alumina introduced into the electrolyte bath and which is easy to maintain and of simple design.
  • the tubular sheath and the supply duct are configured so that more than 95%, and preferably more than 98%, of the gases entering the tubular sheath through the lower opening leave the tubular sheath through the first opening. gas evacuation.
  • the tubular sheath and the supply duct are more particularly designed, sized and arranged so that the pressure drops on the path of the gases from the lower opening to the first gas evacuation opening compared to the losses load on the gas path from the lower opening to the second alumina introduction opening results in more than 90%, preferably more than 95%, and preferably more than 98%, of the gases penetrating into the tubular sheath through the lower opening leave the tubular sheath through the first gas evacuation opening.
  • the pressure drops are in particular minimized on the path of the gases from the lower opening to the first gas evacuation opening, for example by forming a first opening of large section, by arranging the first opening so that the the length of the gas path from the lower opening is minimized and by not forming a bend constraining the gas flow from the lower opening to the first gas evacuation opening.
  • pressure drops can be induced on the path of the gases from the lower opening to the second alumina introduction opening, for example by forming a section restriction in the supply duct, by using a supply duct of considerable length and forming an elbow constraining the gas flow from the lower opening to the second alumina introduction opening.
  • the first gas evacuation opening has a section greater than or equal to 0.5 times the section of the lower opening.
  • the gases generated by the electrolysis reaction flow vertically from the lower opening in the tubular sleeve, of substantially constant horizontal section and identical to the section of the lower opening, to the outside of the tubular sleeve. through the gas vent opening without encountering any significant constriction.
  • the gases are no longer constrained by walls other than those remote from the electrolytic cell.
  • the supply duct has at least one point a section less than a third of the section of the first opening.
  • Such a constriction greatly increases the pressure drops of a gas flow in the duct relative to the pressure drops of a gas flow towards the first opening and consequently limits the flow of gases in the duct.
  • the supply duct comprises over an entire portion a section less than one third of the section of the first opening.
  • the flow of gases in the duct is even more limited.
  • the cross-section of the duct is preferably dimensioned as close as possible to the cross-section necessary for the flow of the alumina through the duct without creating blockage.
  • the supply duct comprises a bent portion. This bent portion increases the pressure drops associated with a gas flow in the supply conduit.
  • the supply conduit extends vertically against the tubular sheath over at least the major part of the length of the supply conduit.
  • the tubular sheath/supply duct assembly is more compact, and therefore easy to remove from the tank by vertical extraction.
  • the size in the tank is reduced, as well as the risk of shocks and deterioration of the feed line during an anode change or in-vessel operation.
  • Such a configuration also makes it possible to bring the orifice of the supply duct opening into the tubular sheath as close as possible to the lower opening, and therefore to limit the distance over which the alumina particles are subjected to forces of ascending trails resulting from the ascending gas flow in the tubular sheath.
  • the supply duct extends vertically over at least the major part of its length allows a significant gravitational acceleration of the alumina particles in the supply duct.
  • the speed reached by the alumina particles at the orifice opening into the tubular sleeve allows the alumina particles to reach the lower opening and the surface of the electrolyte bath without being entrained by the ascending gas flow. in the tubular casing. This configuration therefore greatly limits the flight of alumina particles in the flow of cell gases towards the cell gas discharge opening.
  • the orifice of the supply duct opens into the tubular sheath at a height lower than the upper level of the covering product, therefore close to the lower opening.
  • the second alumina introduction opening is open to the inside of the vessel at a height greater than the upper level of the covering product, and preferably at a height greater than the upper level of the first opening.
  • the length of the supply duct is therefore significant, which induces high pressure drops for a gas flow through the supply duct. The evacuation of the gases thus takes place naturally via the first gas evacuation opening.
  • the supply conduit extends vertically against the tubular sheath, the space induced in the electrolytic cell by this supply conduit is minimized, despite its length.
  • the supply duct is partly formed by a wall of the tubular sheath. The size and weight of the alumina supply device is thus further reduced.
  • the first gas evacuation opening is formed in the tubular sheath at a height greater than the height of the orifice of the supply duct opening into the tubular sheath. This prevents alumina particles from flying away in the flow of cell gases towards the cell gas discharge opening by simply deflecting the path of the alumina particles during their downward trajectory. In addition, any introduction of cover product into the tubular sheath is avoided due to the positioning of the first gas evacuation opening well above the upper level of the cover product.
  • the orifice of the supply duct opening into the tubular sheath and the first gas evacuation opening are formed on either side of the axis of movement of the piercing member. The distance between the orifice and the first opening is thus maximized and the blow-offs minimized.
  • the first gas evacuation opening is formed in the tubular sheath at the level of the lower end of the piercing member when the piercing member is in the high position, or at rest.
  • the first gas evacuation opening also allows ventilation and therefore natural cooling of the piercing member.
  • the use of a tubular sheath around the piercing member increases its overall temperature and such natural cooling is advantageous in order to avoid degradation of the piercing device and in particular of the jack moving the piercing member.
  • the alumina supply device comprises a metering device comprising an alumina discharge opening which is spaced from the second alumina introduction opening. Since the alumina discharge opening of the metering device does not touch the alumina introduction opening of the piercing device, the metering device does not need to be electrically isolated from the piercing device. inside the tank.
  • the metering device alternatively the piercing device, can also be removed from the tank without intervention in the tank to detach the metering device from the piercing device.
  • the alumina discharge opening can remain remote from the second alumina introduction opening because the gas flow exiting through the second alumina introduction opening of the drilling device is very weak and does not disturb the flow of alumina from the alumina discharge opening to the second alumina introduction opening, that is to say that it does not cause flying and uncontrolled dispersion of alumina in the tank.
  • the metering device comprises a metering device and a feed chute making it possible to direct the alumina by gravitational flow from the alumina discharge opening into the second introduction opening of alumina.
  • the feed chute is configured such that the gravitational flow of alumina exiting the alumina discharge opening includes a horizontal directional component.
  • the feed chute may for example comprise an inclined dumping ramp.
  • the metering device and the piercing device can therefore advantageously be arranged side by side without any part of the metering device and the piercing device overlapping in the tank. the metering device and the piercing device can therefore be removed from the tank by vertical extraction independently of each other, that is to say without intervention on the other device, whether in the tank or above the bowl.
  • the feed chute may in particular be of the type known from the patent document WO93/14248 which delivers a thin stream of quasi-continuous alumina from sequential doses delivered by the dispenser.
  • a deflection plate is arranged above the second alumina introduction opening facing the alumina discharge opening. This makes it possible to counter the horizontal directional component imposed on the alumina by the chute and a good reception of the alumina in the second alumina introduction opening. The size of the second alumina introduction opening and the overall size of the tapping device can thus be minimized.
  • the invention also relates to an electrolytic cell comprising anodes partially immersed in an electrolyte bath, covering product covering the anodes and the electrolyte bath, characterized in that the cell comprises an alumina supply device as defined above and in that a lower portion of the tubular sheath is introduced into the cover product.
  • the orifice of the supply duct opens into the tubular sheath at a height lower than the upper level of the covering product.
  • the distance over which the alumina particles are subjected to upward drag forces arising from the upward gas flow in the tubular sleeve is small.
  • the lower edge of the first gas evacuation opening extends between 5 and 30 cm above the upper level of the covering product. This positioning is advantageous because the covering product cannot thus penetrate into the tubular sheath and therefore the electrolyte bath via this first gas evacuation opening, and the distance between the lower opening and the first evacuation opening gas is minimized.
  • the electrolytic cell 100 comprises a cathode 1 on which an aluminum sheet 2 is deposited as the electrolysis reaction progresses.
  • the sheet of aluminum 2 is covered by an electrolyte bath 3 in which anodes 4 are immersed.
  • a crust 5 of alumina and solidified bath forms on the surface of the electrolyte bath 3 and of the covering product 6 is deposited on the anodes 4 and the crust 5.
  • the electrolytic cell 100 is equipped with an alumina supply device 10 according to the invention comprising a piercing device 20 and a metering device 40.
  • the piercing device 20 and the metering device 40 are arranged partly inside the tank 100, under the ceiling 7 of the tank.
  • the piercing device 20 comprises a cylinder 21, comprising a cylinder body 21a and a rod 21b, at the end of which extends a piercing member 22.
  • the piercing member 22 is lowered periodically by activation of the cylinder 21 to break the crust 5.
  • the piercing device 20 also comprises a tubular sheath 23 extending vertically surrounding the piercing member 22 along its movement.
  • the tubular sheath 23 has a lower portion introduced and embedded in the cover product 6 and an upper portion extending above the cover product.
  • the piercing member 22 partly comes out of the tubular sheath through a lower opening 24 to strike and pierce the crust.
  • the figure 2 shows in particular in solid lines the piercing member 22 in the high position and in dotted lines the same piercing member 22 in the low position.
  • the lower portion does not have a direct opening on the inside of the tank and prevents the covering product from collapsing into the hole formed in the crust by the piercing member 22.
  • the upper portion has a first opening 25 of evacuation of gases resulting from the electrolysis process.
  • the drilling device 20 further comprises an alumina supply conduit 26 comprising a second opening 27 for introducing alumina and an orifice 28 opening into the tubular sheath 23.
  • the metering device 40 includes an opening 41 for pouring alumina which is remote from the second opening 27 for introducing alumina.
  • the metering device 40 comprises a metering device 42 and a feed chute 43, the alumina discharge opening 41 corresponding to a free open end of the feed chute 43.
  • the tubular sheath 23 and the supply duct 26 are configured so that more than 90% of the gases entering the tubular sheath 23 through the lower opening 24 leave the tubular sheath 23 through the first gas discharge opening 25, the alumina flights are drastically reduced, or even completely stopped, when alumina is spilled into the second opening 27 for introducing alumina by means of a metering device 40 arranged at a distance and without contact with the drilling device.
  • the tubular sleeve and the supply duct are configured so that more than 95%, and preferably more than 98% of the gases entering the tubular sleeve through the lower opening leave the tubular sleeve through the first opening 25 evacuation.
  • the pressure drops are in particular minimized on the path of a gas flow from the lower opening 24 to the first opening 25 for evacuating the gases and maximized on the path of a gas flow from the lower opening 24 to the second opening 27 for introducing alumina.
  • the particularly advantageous embodiment presented on the figure 1 and 2 shows, by way of non-limiting example, several means of arriving at this pressure drop ratio. According to the invention, these means can be used jointly or not.
  • the first gas evacuation opening 25 is directly open in the tubular sheath and has a large section, typically greater than or equal to 0.5 times the section of the lower opening.
  • the lower edge of the first gas evacuation opening 25 extends between 5 and 30 cm above the upper level of the cover product 6.
  • the supply conduit 26 is bent.
  • the supply conduit 26 is of considerable length and has a small section, typically a section less than a third of the section of the lower opening.
  • a specific narrowing in the supply duct, for example at the level of the orifice 28 opening into the tubular sheath 23 also generates high pressure drops.
  • the load loss graphs and tables show that with such a section differential and a bent portion, the pressure drop coefficient for a flow in the supply conduit 26 is much higher than the pressure drop coefficient for a flow. in the sheath as far as the first opening 25 for evacuating the gases, so that almost all of the gases entering the tubular sheath 23 by the lower opening 24 come out of the tubular sheath 23 through the first opening 25 for discharging the gases.
  • the supply duct 26 extends vertically over a major part of its length against the tubular sleeve 23. This allows the alumina to reach a high speed when it emerges into the tubular sleeve 23. Also, the size of the piercing device is minimized and the orifice 28 of the supply conduit 26 can open out into the tubular sheath 23 at a height lower than the upper level of the covering product 7, that is to say very close to the bath of electrolyte 3, while the alumina has been introduced into the feed conduit 26 via the second alumina introduction opening 27 which is open to the inside of the vessel at a height greater than the upper level of the covering product 6, and preferably at a height greater than the upper level of the first gas discharge opening 25 .
  • the wall of the tubular sheath 23 can also form part of the supply conduit.
  • the first gas discharge opening 25 is formed in the tubular sheath 23 at a height greater than the height of the orifice 28 of the supply conduit 26 opening into the tubular sheath 23.
  • the The orifice 28 of the supply duct 26 opens at the level of the lower portion of the tubular sleeve 23 while the first gas evacuation opening 25 is formed in the upper portion of the tubular sleeve.
  • the orifice 28 of the supply duct 26 and the first gas discharge opening 25 are formed on either side of the axis of movement of the piercing member.
  • the first opening 25 for evacuating the gases is formed in the tubular sheath 23 at the level of the lower end of the piercing member 22 when the latter is in the high position. This allows natural cooling by air convection of the lower part of the piercing member which comes into contact with the electrolyte bath when the piercing member is lowered.
  • the part of the tubular sheath 23 extending above the first opening 25 for evacuating the gases can also be heavily perforated in order to cool the cylinder rod 21b and prevent premature deterioration of the cylinder 21.
  • the feed chute 43 makes it possible to direct the alumina by gravitational flow from the opening 41 for pouring alumina into the second opening 27 for introducing alumina.
  • the feed chute 43 may in particular comprise an inclined pouring ramp so that the gravitational flow of the alumina leaving the alumina pouring opening 41 comprises a horizontal directional component.
  • a deflection plate 29 is arranged above the second opening 27 for introducing alumina opposite the opening 41 for pouring the alumina. Alumina spilled from feed chute 43 then strikes this deflection plate 29 and enters the supply conduit 26 via the second opening 27 for introducing alumina.
  • the metering device 40 and the piercing device 20 can therefore advantageously be arranged side by side without any part of the metering device 40 and the piercing device 20 overlapping in the tank.
  • the metering device and the piercing device can therefore be removed from the tank by vertical extraction independently of each other, that is to say without intervention on the other device, whether in the tank. or above the tank.
  • the alumina supply device described above therefore has many advantages, in particular with reference to the operation of an electrolytic cell used for the production of aluminum.

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Description

    Domaine technique
  • La présente invention concerne le domaine technique général de la production d'aluminium par électrolyse dans une cuve d'électrolyse contenant un bain d'électrolyte à base de cryolithe, et plus précisément un dispositif d'alimentation en alumine de cette cuve d'électrolyse.
  • Ce dispositif d'alimentation en alumine peut être monté sur une cuve d'électrolyse à anodes précuites, ou sur une cuve d'électrolyse à anodes continues dites Söderberg.
    • Technique antérieure
  • L'aluminium est essentiellement produit par électrolyse d'alumine dissoute dans un bain d'électrolyte. Actuellement, la production d'aluminium à l'échelle industrielle est mise en œuvre dans une cuve d'électrolyse composée d'un caisson en acier ouvert dans sa partie supérieure, et dont l'intérieur est recouvert de matériau réfractaire, d'une cathode surmontée par une (ou plusieurs) anode(s), l'anode étant plongée dans le bain d'électrolyte porté à une température comprise entre 930 et 980°C.
  • L'application d'un courant électrique entre l'anode et la cathode permet d'initier la réaction d'électrolyse. L'anode est consommée progressivement durant la réaction d'électrolyse. Une fois l'anode usée, celle-ci est remplacée par une anode neuve.
  • Lors de la production d'aluminium par électrolyse, une croûte solidifiée d'alumine et d'électrolyte figé se forme à la surface du bain d'électrolyte. La formation de cette croûte isole thermiquement le bain d'électrolyte et confine une partie des gaz polluants générés par la réaction d'électrolyse.
  • Toutefois, la production d'aluminium par électrolyse entraîne une évolution permanente de la composition du bain d'électrolyte, et notamment de la teneur en alumine du bain d'électrolyte du fait que l'alumine est consommée par la réaction d'électrolyse pour former de l'aluminium. La réaction d'électrolyse engendre par ailleurs la formation de gaz à l'interface entre l'anode et la cathode, par exemple du dioxyde de carbone.
  • Il est par conséquent nécessaire d'ajouter régulièrement de l'alumine au bain d'électrolyte afin de stabiliser et réguler les paramètres de fonctionnement de la cuve d'électrolyse.
  • C'est pourquoi une cuve d'électrolyse est généralement équipée de dispositifs d'alimentation en alumine constitués de dispositifs de perçage permettant de former des trous par perçage de la croûte, et de dispositifs de dosage permettant d'ajouter de l'alumine sous forme de poudre à travers lesdits trous.
  • Chaque dispositif de perçage comporte généralement un vérin et un organe de perçage (connu sous les noms de « plongeur » ou « pointerolle ») fixé à l'extrémité d'une tige du vérin. L'organe de perçage est abaissé par activation du vérin pour briser la croûte s'étendant sur le bain d'électrolyte.
  • Chaque dispositif de dosage comporte typiquement un doseur permettant de réguler le débit d'alumine à introduire dans le bain d'électrolyte depuis une trémie et une goulotte d'alimentation permettant de diriger par écoulement gravitationnel l'alumine sortant du doseur vers le trou formé dans la croûte par le dispositif de perçage.
  • Les dispositifs de perçage et de dosage doivent faire l'objet d'opérations d'entretien et de maintenance relativement fréquentes en raison du caractère abrasif de l'alumine et des conditions chimiques et thermiques extrêmes dans la cuve d'électrolyse.
  • Une accessibilité aisée au dispositif de perçage et au dispositif de dosage est donc recherchée, plus particulièrement sans qu'il soit nécessaire d'intervenir directement dans la cuve, c'est-à-dire sous les capots de confinement, pour effectuer les opérations d'entretien et de maintenance, eu égard aux conditions très difficiles d'intervention dans la cuve résultant du manque d'espace, de la chaleur, des émanations gazeuses, des différences de potentiel électrique et des champs magnétiques élevés qui provoquent des collages des outils.
  • On connaît à cet effet du document FR 2 527 647 un dispositif amovible d'alimentation en alumine comportant un dispositif de perçage et un dispositif de dosage agencé au-dessus du bain d'électrolyte dans le plafond d'une superstructure portée par le caisson. Le dispositif de perçage et le dispositif de dosage sont disposés côte à côte, sans se toucher, et peuvent donc être retirés de la cuve par extraction verticale indépendamment l'un de l'autre, c'est-à-dire sans intervention sur l'autre dispositif, que ce soit dans la cuve ou au-dessus de la cuve. CN 102 251 257 A divulgue un autre dispositif d'alimentation en alumine d'une cuve d'électrolyse.
  • Les dispositifs d'alimentation en alumine sont typiquement disposés à intervalles réguliers le long d'un couloir central entre deux rangées d'anodes. Les anodes sont re-couvertes avec un produit de couverture pulvérulent, typiquement à base de cryolite et d'alumine afin de minimiser les déperditions de chaleur depuis le bain d'électrolyte vers l'intérieur de la cuve. La combustion des anodes à base de carbone au-dessus du bain d'électrolyte est également ainsi minimisée. Des écroulements du produit de couverture pulvérulent se produisent épisodiquement dans les trous formés par les dispositifs de perçage. Ces écroulements provoquent la formation d'agglomérats sur la surface de la cathode, ce qui diminue la conductivité globale de la cathode. Cette addition non contrôlée de matériau pulvérulent modifie en outre la composition du bain d'électrolyte et perturbe le système de régulation de l'alimentation des cuves en alumine, aboutissant à une dégradation des rendements réactionnels de la cuve d'électrolyse. Ces écroulements peuvent parfois encore provoquer un bouchage du trou d'alimentation en alumine et mettre en défaut le dispositif d'alimentation en alumine.
  • Les trous percés dans la croûte par les dispositifs de perçage forment des débouchés pour les gaz générés au cours de la réaction d'électrolyse et emprisonnés sous la croûte. Aussi, le débit d'échappement de ces gaz est important au niveau des trous dans la croûte et provoque un envolement partiel de l'alumine s'écoulant par gravité depuis les goulottes d'alimentation jusque dans les trous. L'alumine utilisée pour la production d'aluminium est en effet sous forme de particules très fines et légères, facilement volatiles. Une partie de l'alumine sortant du doseur n'est donc pas introduite dans le bain d'électrolyte mais se disperse dans la cuve d'électrolyse, typiquement sur le produit de couverture recouvrant les anodes. Ces envolements non contrôlés perturbent également le système de régulation de l'alimentation des cuves en alumine, aboutissant à une dégradation des rendements réactionnels de la cuve d'électrolyse.
  • Afin d'améliorer le contrôle des cuves, les systèmes de régulation de l'alimentation en alumine privilégient une alimentation quasi continue en alumine, c'est-à-dire au moyen d'un filet d'alumine s'écoulant de façon quasi continue, plutôt que par paquets d'alumine introduits périodiquement. Un dispositif d'alimentation quasi continu en alumine est notamment connu de la publication WO93/14248 . La problématique liée aux envolements est alors amplifiée car un filet d'alumine ou des grains isolés d'alumine sont plus fortement sujet à envolement qu'un paquet d'alumine.
  • La publication CN102628170 divulgue un dispositif de perçage comportant un fourreau enfoncé dans le produit de couverture pulvérulent et au travers duquel se déplace l'organe de perçage. Le fourreau empêche les écroulements du produit de couverture dans le trou formé dans la croûte par l'organe de perçage. Le dispositif de dosage et le dispositif de perçage sont jointifs et, plus particulièrement, le conduit entre la trémie d'alumine et le fourreau dans lequel l'alumine s'écoule par gravité ne présente pas d'ouvertures. Une telle configuration empêche l'envolement de l'alumine entre le dispositif de dosage et le fourreau mais rend les opérations d'entretien et de maintenance très complexes. Une attention toute particulière doit par ailleurs être apportée à l'isolation électrique du dispositif de dosage et de la trémie d'alimentation en alumine du fait du contact du dispositif de dosage avec le dispositif de perçage dont le potentiel électrique fluctue en fonction de la position de l'organe de perçage. Les conditions chimiques et thermiques extrêmes dans la cuve d'électrolyse rendent cette isolation très couteuse et non pérenne.
  • Un but de la présente invention est de proposer un dispositif d'alimentation en alumine permettant de contrôler de façon fiable la quantité d'alumine introduite dans le bain d'électrolyte et qui soit aisé à entretenir et de conception simple.
    • Résumé de l'invention
  • A cet effet, l'invention propose un dispositif d'alimentation en alumine d'une cuve d'électrolyse pour la production d'aluminium comportant un dispositf de dosage (4) et un dispositif de perçage comprenant :
    • un organe de perçage pour le perçage d'un trou dans une croûte d'alumine et d'électrolyte figé se formant au-dessus d'un bain d'électrolyte ;
    • un fourreau tubulaire entourant l'organe de perçage, le fourreau tubulaire comportant une ouverture inférieure et une première ouverture d'évacuation des gaz destinée à l'évacuation de gaz pénétrant dans le fourreau tubulaire par l'ouverture inférieure ;
    • un conduit d'alimentation destiné à l'introduction d'alumine dans le fourreau tubulaire comportant une seconde ouverture d'introduction d'alumine et un orifice débouchant dans le fourreau tubulaire ;
    caractérisé en ce que le dispositif de dosage (4) comprend une ouverture (41) de déversement d'alumine qui est distante de la seconde ouverture (27) d'introduction d'alumine du conduit (26) d'alimentation et en ce que le fourreau tubulaire et le conduit d'alimentation sont configurés de manière à ce que plus de 90% des gaz pénétrant dans le fourreau tubulaire par l'ouverture inférieure sortent du fourreau tubulaire par la première ouverture d'évacuation des gaz.
  • Avantageusement, le fourreau tubulaire et le conduit d'alimentation sont configurés de manière à ce que plus de 95%, et préférentiellement plus de 98%, des gaz pénétrant dans le fourreau tubulaire par l'ouverture inférieure sortent du fourreau tubulaire par la première ouverture d'évacuation des gaz.
  • Le fourreau tubulaire et le conduit d'alimentation sont plus particulièrement conçus, dimensionnés et agencés de manière à ce que les pertes de charge sur le trajet des gaz depuis l'ouverture inférieure jusqu'à la première ouverture d'évacuation des gaz comparé aux pertes de charge sur le trajet des gaz depuis l'ouverture inférieure jusqu'à la seconde ouverture d'introduction d'alumine aboutisse à ce que plus de 90%, de préférence plus de 95%, et de préférence plus de 98%, des gaz pénétrant dans le fourreau tubulaire par l'ouverture inférieure sortent du fourreau tubulaire par la première ouverture d'évacuation des gaz.
  • Le lecteur appréciera que l'on entend, dans le cadre de la présente invention, par :
    • « ouverture », une ouverture directement sur l'intérieur de la cuve d'électrolyse ;
    • « première ouverture supérieure », la totalité des ouvertures dans le fourreau tubulaire aptes à une évacuation des gaz et ne servant pas à l'introduction d'alumine. La section de la première ouverture supérieure peut par conséquent correspondre à la somme des sections d'une pluralité d'ouvertures ;
    • « section », la section prise perpendiculairement à l'axe d'écoulement des gaz en ce point.
  • Par ailleurs, on utilisera les termes « dessus », « dessous » par rapport à un axe vertical.
  • Les pertes de charge sont notamment minimisées sur le trajet des gaz depuis l'ouverture inférieure jusqu'à la première ouverture d'évacuation des gaz par exemple en formant une première ouverture de section importante, en agençant la première ouverture de sorte à ce que la longueur du trajet des gaz depuis l'ouverture inférieure soit minimisée et en ne formant pas de coude contraignant l'écoulement gazeux depuis l'ouverture inférieure jusqu'à la première ouverture d'évacuation des gaz.
  • A l'inverse, des pertes de charge peuvent être induites sur le trajet des gaz depuis l'ouverture inférieure jusqu'à la seconde ouverture d'introduction d'alumine par exemple en formant une restriction de section dans le conduit d'alimentation, en utilisant un conduit d'alimentation de longueur importante et en formant un coude contraignant l'écoulement gazeux depuis l'ouverture inférieure jusqu'à la seconde ouverture d'introduction d'alumine.
  • Avantageusement, la première ouverture d'évacuation des gaz présente une section supérieure ou égale à 0,5 fois la section de l'ouverture inférieure. Ainsi, les gaz générés par la réaction d'électrolyse s'écoulent verticalement depuis l'ouverture inférieure dans le fourreau tubulaire, de section horizontale sensiblement constante et identique à la section de l'ouverture inférieure, jusqu'à l'extérieur du fourreau tubulaire par l'ouverture d'évacuation des gaz sans rencontrer de rétrécissement important. Passé cette première ouverture d'évacuation des gaz, les gaz ne sont plus contraints par des parois autres que celles éloignées de la cuve d'électrolyse.
  • De préférence, le conduit d'alimentation comporte en au moins un point une section inférieure à un tiers de la section de la première ouverture. Une telle constriction augmente très fortement les pertes de charge d'un écoulement gazeux dans le conduit par rapport aux pertes de charge d'un écoulement gazeux vers la première ouverture et limite par conséquent l'écoulement des gaz dans le conduit.
  • De préférence, le conduit d'alimentation comporte sur toute une portion une section inférieure à un tiers de la section de la première ouverture. L'écoulement des gaz dans le conduit est encore plus limité.
  • La section du conduit est de préférence dimensionnée au plus près de la section nécessaire à l'écoulement de l'alumine au travers du conduit sans créer de bouchage.
  • Selon un mode de réalisation particulier, le conduit d'alimentation comporte une portion coudée. Cette portion coudée augmente les pertes de charge associées à un écoulement gazeux dans le conduit d'alimentation.
  • Selon un mode de réalisation particulier, le conduit d'alimentation s'étend verticalement contre le fourreau tubulaire sur au moins la majeure partie de la longueur du conduit d'alimentation. Ainsi, l'ensemble fourreau tubulaire - conduit d'alimentation est plus compact, donc facile à retirer de la cuve par extraction verticale. L'encombrement dans la cuve est diminué, ainsi que les risques de chocs et détérioration du conduit d'alimentation au cours d'un changement d'anode ou d'une opération sur cuve. Une telle configuration en outre permet d'amener l'orifice du conduit d'alimentation débouchant dans le fourreau tubulaire au plus près de l'ouverture inférieure, et donc de limiter la distance sur laquelle les particules d'alumine sont soumises à des forces de trainées ascendantes découlant de l'écoulement gazeux ascendant dans le fourreau tubulaire. Le fait que le conduit d'alimentation s'étende verticalement sur au moins la majeure partie de sa longueur permet une accélération gravitationnelle importante des particules d'alumine dans le conduit d'alimentation. La vitesse atteinte par les particules d'alumine au niveau de l'orifice débouchant dans le fourreau tubulaire permet aux particules d'alumine d'atteindre l'ouverture inférieure et la surface du bain d'électrolyte sans être entraînées par l'écoulement gazeux ascendant dans le fourreau tubulaire. Cette configuration limite donc très fortement les envolements de particules d'alumine dans l'écoulement des gaz de cuve vers l'ouverture d'évacuation des gaz de cuve.
  • Avantageusement, l'orifice du conduit d'alimentation débouche dans le fourreau tubulaire à une hauteur inférieure au niveau supérieur du produit de couverture, donc proche de l'ouverture inférieure.
  • La seconde ouverture d'introduction d'alumine est ouverte sur l'intérieur de la cuve à une hauteur supérieure au niveau supérieur du produit de couverture, et de préférence à une hauteur supérieure au niveau supérieur de la première ouverture. La longueur du conduit d'alimentation est par conséquent importante, ce qui induit de fortes pertes de charge pour un écoulement gazeux au travers du conduit d'alimentation. L'évacuation des gaz s'effectue ainsi naturellement via la première ouverture d'évacuation des gaz. Aussi, comme le conduit d'alimentation s'étend verticalement contre le fourreau tubulaire, l'encombrement induit dans la cuve d'électrolyse par ce conduit d'alimentation est minimisé, malgré sa longueur. Avantageusement, le conduit d'alimentation est formé en partie par une paroi du fourreau tubulaire. L'encombrement et le poids du dispositif d'alimentation en alumine est ainsi encore diminué.
  • Selon un mode de réalisation particulier, la première ouverture d'évacuation des gaz est formée dans le fourreau tubulaire à une hauteur supérieure à la hauteur de l'orifice du conduit d'alimentation débouchant dans le fourreau tubulaire. On évite ainsi un envolement de particules d'alumine dans l'écoulement des gaz de cuve vers l'ouverture d'évacuation des gaz de cuve par simple déviation du trajet des particules d'alumine au cours de leur trajectoire descendante. On évite en outre toute introduction de produit de couverture dans le fourreau tubulaire du fait du positionnement de la première ouverture d'évacuation des gaz bien au-dessus du niveau supérieur du produit de couverture.
  • L'orifice du conduit d'alimentation débouchant dans le fourreau tubulaire et la première ouverture d'évacuation des gaz sont formés de part et d'autre de l'axe de déplacement de l'organe de perçage. La distance entre l'orifice et la première ouverture est ainsi maximisée et les envolements minimisés.
  • Selon un mode de réalisation particulier, la première ouverture d'évacuation des gaz est formée dans le fourreau tubulaire au niveau de l'extrémité inférieure de l'organe de perçage lorsque l'organe de perçage est en position haute, ou de repos. La première ouverture d'évacuation des gaz permet en outre une ventilation et donc un refroidissement naturel de l'organe de perçage. L'utilisation d'un fourreau tubulaire autour de l'organe de perçage augmente sa température globale et un tel refroidissement naturel est avantageux pour éviter une dégradation du dispositif de perçage et notamment du vérin mettant en déplacement l'organe de perçage.
  • Le dispositif d'alimentation en alumine comporte un dispositif de dosage comprenant une ouverture de déversement d'alumine qui est distante de la seconde ouverture d'introduction d'alumine. Comme l'ouverture de déversement d'alumine du dispositif de dosage ne touche pas l'ouverture d'introduction d'alumine du dispositif de perçage, le dispositif de dosage n'a pas besoin d'être isolé électriquement du dispositif de perçage à l'intérieur de la cuve. Le dispositif de dosage, alternativement le dispositif de perçage, peut en outre être retiré de la cuve sans intervention dans la cuve pour détacher le dispositif de dosage du dispositif de perçage. L'ouverture de déversement d'alumine peut rester distante de la seconde ouverture d'introduction d'alumine du fait que l'écoulement gazeux sortant par la seconde ouverture d'introduction d'alumine du dispositif de perçage est très faible et ne perturbe pas l'écoulement de l'alumine depuis l'ouverture de déversement d'alumine jusqu'à la seconde ouverture d'introduction d'alumine, c'est-à-dire qu'il ne provoque pas d'envolement et de dispersion incontrôlée d'alumine dans la cuve.
  • Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, le dispositif de dosage comprend un doseur et une goulotte d'alimentation permettant de diriger par écoulement gravitationnel l'alumine depuis l'ouverture de déversement d'alumine jusque dans la seconde ouverture d'introduction d'alumine.
  • Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, la goulotte d'alimentation est configurée de sorte à ce que l'écoulement gravitationnel de l'alumine sortant de l'ouverture de déversement d'alumine comprend une composante directionnelle horizontale. La goulotte d'alimentation peut par exemple comprendre une rampe de déversement inclinée. Le dispositif de dosage et le dispositif de perçage peuvent par conséquent avantageusement être disposés côte à côte sans qu'aucune partie du dispositif de dosage et du dispositif de perçage ne se superpose dans la cuve. Le dispositif de dosage et le dispositif de perçage peuvent par conséquent être retirés de la cuve par extraction verticale indépendamment l'un de l'autre, c'est-à-dire sans intervention sur l'autre dispositif, que ce soit dans la cuve ou au-dessus de la cuve.
  • La goulotte d'alimentation peut notamment être du type connu du document de brevet WO93/14248 qui délivre un mince filet d'alumine quasi continu à partir de doses séquentielles délivrées par le doseur.
  • Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, une plaque de déflection est agencée au-dessus de la seconde ouverture d'introduction d'alumine en regard de l'ouverture de déversement de l'alumine. Cela permet de contrer la composante directionnelle horizontale imposée à l'alumine par la goulotte et une bonne réception de l'alumine dans la seconde ouverture d'introduction d'alumine. La dimension de la seconde ouverture d'introduction d'alumine et l'encombrement global du dispositif de piquage peuvent ainsi être minimisés.
  • L'invention concerne également une cuve d'électrolyse comprenant des anodes plongées en partie dans un bain d'électrolyte, du produit de couverture recouvrant les anodes et le bain d'électrolyte caractérisée en ce que la cuve comprend un dispositif d'alimentation en alumine tel que définit précédemment et en ce qu'une portion inférieure du fourreau tubulaire est introduite dans le produit de couverture.
  • Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, l'orifice du conduit d'alimentation débouche dans le fourreau tubulaire à une hauteur inférieure au niveau supérieur du produit de couverture. Ainsi, la distance sur laquelle les particules d'alumine sont soumises à des forces de trainées ascendantes découlant de l'écoulement gazeux ascendant dans le fourreau tubulaire est faible.
  • Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, le bord inférieur de la première ouverture d'évacuation des gaz s'étend entre 5 et 30 cm au-dessus du niveau supérieur du produit de couverture. Ce positionnement est avantageux car le produit de couverture ne peut ainsi pas pénétrer dans le fourreau tubulaire et donc le bain d'électrolyte via cette première ouverture d'évacuation des gaz, et la distance entre l'ouverture inférieure et la première ouverture d'évacuation des gaz est minimisée.
    • Brève description des dessins
  • D'autres avantages et caractéristiques de la cuve d'électrolyse et du dispositif d'alimentation en alumine ressortiront encore de la description qui va suivre d'un mode de réalisation donnée à titre d'exemple non limitatif, à partir des dessins annexés.
    • Figure 1
      [fig.l] est une vue schématique en coupe d'une cuve d'électrolyse comportant un dispositif d'alimentation en alumine selon l'invention.
    • Figure 2
      [fig.2] est une vue en perspective éclatée d'une portion d'un dispositif de perçage selon l'invention.
    Description des modes de réalisation
  • On va maintenant décrire un exemple de cuve d'électrolyse incluant un ou plusieurs dispositifs d'alimentation en alumine permettant de former un trou dans une croûte d'alumine et de bain solidifié et d'alimenter la cuve en alumine.
  • Dans les deux figures, les éléments équivalents portent les mêmes références numériques.
  • En référence à la figure 1, on a illustré un exemple de cuve d'électrolyse selon l'invention.
  • La cuve d'électrolyse 100 comprend une cathode 1 sur laquelle se dépose une nappe d'aluminium 2 au fur et à mesure de la réaction d'électrolyse. La nappe d'aluminium 2 est recouverte par un bain d'électrolyte 3 dans lequel sont plongées des anodes 4. Une croûte 5 d'alumine et de bain solidifié se forme à la surface du bain d'électrolyte 3 et du produit de couverture 6 est déposé sur les anodes 4 et la croûte 5.
  • La cuve d'électrolyse 100 est équipée d'un dispositif 10 d'alimentation en alumine selon l'invention comprenant un dispositif de perçage 20 et un dispositif de dosage 40. Le dispositif de perçage 20 et le dispositif de dosage 40 sont agencés en partie à l'intérieur de la cuve 100, sous le plafond 7 de cuve.
  • Le dispositif de perçage 20 comporte un vérin 21, comprenant un corps de vérin 21a et une tige 21b, au bout duquel s'étend un organe de perçage 22. L'organe de perçage 22 est abaissé périodiquement par activation du vérin 21 pour briser la croûte 5.
  • Le dispositif de perçage 20 comporte également un fourreau tubulaire 23 s'étendant verticalement en entourant l'organe de perçage 22 le long de son déplacement. Le fourreau tubulaire 23 présente une portion inférieure introduite et encastrée dans le produit de couverture 6 et une portion supérieure s'étendant au-dessus du produit de couverture. L'organe de perçage 22 sort en partie du fourreau tubulaire au travers d'une ouverture 24 inférieure pour percuter et percer la croûte. La figure 2 montre notamment en traits pleins l'organe de perçage 22 en position haute et en traits pointillés le même organe de perçage 22 en position basse.
  • La portion inférieure ne comporte pas d'ouverture directe sur l'intérieur de la cuve et empêche un affaissement du produit de couverture dans le trou formé dans la croûte par l'organe de perçage 22. La portion supérieure comporte une première ouverture 25 d'évacuation des gaz résultant du procédé d'électrolyse.
  • Le dispositif de perçage 20 comporte en outre un conduit 26 d'alimentation en alumine comportant une seconde ouverture 27 d'introduction d'alumine et un orifice 28 débouchant dans le fourreau tubulaire 23.
  • Le dispositif de dosage 40 comporte une ouverture 41 de déversement d'alumine qui est distante de la seconde ouverture 27 d'introduction d'alumine. Typiquement, le dispositif de dosage 40 comprend un doseur 42 et une goulotte d'alimentation 43, l'ouverture 41 de déversement d'alumine correspondant à une extrémité ouverte libre de la goulotte d'alimentation 43.
  • Il a été constaté que lorsque le fourreau tubulaire 23 et le conduit d'alimentation 26 sont configurés de manière à ce que plus de 90% des gaz pénétrant dans le fourreau tubulaire 23 par l'ouverture inférieure 24 sortent du fourreau tubulaire 23 par la première ouverture 25 d'évacuation de gaz, les envolements d'alumine sont dras-tiquement diminués, voir totalement stoppés, lors d'un déversement d'alumine dans la seconde ouverture 27 d'introduction d'alumine au moyen d'un dispositif de dosage 40 disposé à distance et sans contact avec le dispositif de perçage. De préférence, le fourreau tubulaire et le conduit d'alimentation sont configurés de manière à ce que plus de 95%, et de préférence plus de 98% des gaz pénétrant dans le fourreau tubulaire par l'ouverture inférieure sortent du fourreau tubulaire par la première ouverture 25 d'évacuation.
  • A cet effet, les pertes de charge sont notamment minimisées sur le trajet d'un écoulement gazeux depuis l'ouverture inférieure 24 jusqu'à la première ouverture 25 d'évacuation des gaz et maximisées sur le trajet d'un écoulement gazeux depuis l'ouverture inférieure 24 jusqu'à la seconde ouverture 27 d'introduction d'alumine.
  • Le mode de réalisation particulièrement avantageux présenté sur les figures 1 et 2 montre, à titre d'exemple non limitatif, plusieurs moyens d'aboutir à ce rapport de perte de charge. Selon l'invention, ces moyens peuvent être utilisés conjointement ou non. La première ouverture 25 d'évacuation des gaz est directement ouverte dans le fourreau tubulaire et présente une section importante, typiquement supérieure ou égale à 0,5 fois la section de l'ouverture inférieure. Le bord inférieur de la première ouverture 25 d'évacuation des gaz s'étend entre 5 et 30 cm au-dessus du niveau supérieur du produit de couverture 6. Le conduit 26 d'alimentation est coudé. Le conduit 26 d'alimentation est de longueur importante et présente une section faible, typiquement une section inférieure à un tiers de la section de l'ouverture inférieure. Un rétrécissement ponctuel dans le conduit d'alimentation, par exemple au niveau de l'orifice 28 débouchant dans le fourreau tubulaire 23 engendre également des fortes pertes de charge.
  • Les abaques et tables de pertes de charge montrent qu'avec un tel différentiel de sections et une portion coudée, le coefficient de perte de charge pour un écoulement dans le conduit 26 d'alimentation est très supérieur au coefficient de perte de charge pour un écoulement dans le fourreau jusqu'à la première ouverture 25 d'évacuation des gaz, de sorte que la quasi-totalité des gaz pénétrant dans le fourreau tubulaire 23 par l'ouverture inférieure 24 sortent du fourreau tubulaire 23 par la première ouverture 25 d'évacuation des gaz.
  • Le conduit 26 d'alimentation s'étend verticalement sur une majeure partie de sa longueur contre le fourreau tubulaire 23. Cela permet à l'alumine d'atteindre une vitesse importante au moment de déboucher dans le fourreau tubulaire 23. Aussi, l'encombrement du dispositif de perçage est minimisé et l'orifice 28 du conduit 26 d'alimentation peut déboucher dans le fourreau tubulaire 23 à une hauteur inférieure au niveau supérieur du produit de couverture 7, c'est-à-dire très proche du bain d'électrolyte 3, alors que l'alumine a été introduite dans le conduit 26 d'alimentation via la seconde ouverture 27 d'introduction d'alumine qui est ouverte sur l'intérieur de la cuve à une hauteur supérieure au niveau supérieur du produit de couverture 6, et de préférence à une hauteur supérieure au niveau supérieur de la première ouverture 25 d'évacuation des gaz. La paroi du fourreau tubulaire 23 peut en outre former une partie du conduit d'alimentation.
  • Comme visible sur les figures, la première ouverture 25 d'évacuation des gaz est formée dans le fourreau tubulaire 23 à une hauteur supérieure à la hauteur de l'orifice 28 du conduit 26 d'alimentation débouchant dans le fourreau tubulaire 23. Avantageusement, l'orifice 28 du conduit 26 d'alimentation débouche au niveau de la portion inférieure du fourreau tubulaire 23 tandis que la première ouverture 25 d'évacuation des gaz est formée dans la portion supérieure de fourreau tubulaire.
  • Aussi, l'orifice 28 du conduit 26 d'alimentation et la première ouverture 25 d'évacuation des gaz sont formés de part et d'autre de l'axe de déplacement de l'organe de perçage. La première ouverture 25 d'évacuation des gaz est formée dans le fourreau tubulaire 23 au niveau de l'extrémité inférieure de l'organe de perçage 22 lorsque ce dernier est en position haute. Cela permet un refroidissement naturel par convection d'air de la partie inférieure de l'organe de perçage qui entre en contact avec le bain d'électrolyte lorsque l'organe de perçage est abaissé. La partie du fourreau tubulaire 23 s'étendant au-dessus de la première ouverture 25 d'évacuation des gaz peut en outre être fortement ajourée afin de refroidir la tige de vérin 21b et éviter une dégradation prématurée du vérin 21.
  • La goulotte d'alimentation 43 permet de diriger par écoulement gravitationnel l'alumine depuis l'ouverture 41 de déversement d'alumine jusque dans la seconde ouverture 27 d'introduction d'alumine. La goulotte d'alimentation 43 peut notamment comporter une rampe de déversement inclinée de sorte que l'écoulement gravitationnel de l'alumine sortant de l'ouverture 41 de déversement d'alumine comprend une composante directionnelle horizontale. Une plaque de déflection 29 est agencée au-dessus de la seconde ouverture 27 d'introduction d'alumine en regard de l'ouverture 41 de déversement de l'alumine. L'alumine déversée depuis la goulotte d'alimentation 43 vient alors percuter cette plaque de déflection 29 et entre dans le conduit 26 d'alimentation via la seconde ouverture 27 d'introduction d'alumine.
  • Le dispositif de dosage 40 et le dispositif de perçage 20 peuvent par conséquent avantageusement être disposés côte à côte sans qu'aucune partie du dispositif de dosage 40 et du dispositif de perçage 20 ne se superpose dans la cuve. Le dispositif de dosage et le dispositif de perçage peuvent par conséquent être retirés de la cuve par extraction verticale indépendamment l'un de l'autre, c'est-à-dire sans intervention sur l'autre dispositif, que ce soit dans la cuve ou au-dessus de la cuve.
  • Le dispositif d'alimentation en alumine décrit ci-dessus présente donc de nombreux avantages, notamment en référence au fonctionnement d'une cuve d'électrolyse utilisée pour la production d'aluminium.

Claims (17)

  1. Dispositif d'alimentation (10) en alumine d'une cuve d'électrolyse (100) pour la production d'aluminium comportant un dispositif de dosage (40) et un dispositif de perçage (20) comprenant :
    - un organe de perçage (22) pour le perçage d'un trou dans une croûte (5) d'alumine et d'électrolyte figé se formant au-dessus d'un bain d'électrolyte ;
    - un fourreau tubulaire (23) entourant l'organe de perçage (22), le fourreau tubulaire (23) comportant une ouverture inférieure (24) et une première ouverture (25) d'évacuation des gaz destinée à l'évacuation de gaz pénétrant dans le fourreau tubulaire (23) par l'ouverture inférieure (24) ;
    - un conduit (26) d'alimentation destiné à l'introduction d'alumine dans le fourreau tubulaire (23) comportant une seconde ouverture (27) d'introduction d'alumine et un orifice (28) débouchant dans le fourreau tubulaire (23) ;
    caractérisé en ce que le dispositif de dosage (40) comprend une ouverture (41) de déversement d'alumine qui est distante de la seconde ouverture (27) d'introduction d'alumine du conduit (26) d'alimentation et en ce que le fourreau tubulaire (23) et le conduit (26) d'alimentation sont configurés de manière à ce que plus de 90% des gaz pénétrant dans le fourreau tubulaire (23) par l'ouverture inférieure (24) sortent du fourreau tubulaire (23) par la première ouverture (25) d'évacuation des gaz.
  2. Dispositif d'alimentation selon la revendication 1, dans lequel le fourreau tubulaire (23) et le conduit (26) d'alimentation sont configurés de manière à ce que plus de 95%, et de préférence plus de 98%, des gaz pénétrant dans le fourreau tubulaire (23) par l'ouverture inférieure (24) sortent du fourreau tubulaire (23) par la première ouverture (25) d'évacuation des gaz.
  3. Dispositif d'alimentation selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, dans lequel la première ouverture (25) d'évacuation des gaz présente une section supérieure ou égale à 0,5 fois la section de l'ouverture inférieure (24).
  4. Dispositif d'alimentation selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le conduit (26) d'alimentation comporte en au moins un point une section inférieure à un tiers de la section de la première ouverture (25) d'évacuation des gaz.
  5. Dispositif d'alimentation selon la revendication 4, dans lequel le conduit (26) d'alimentation comporte sur toute une portion une section inférieure à un tiers de la section de la première ouverture (25) d'évacuation des gaz.
  6. Dispositif d'alimentation selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le conduit (26) d'alimentation comporte une portion coudée.
  7. Dispositif d'alimentation selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le conduit (26) d'alimentation s'étend verticalement contre le fourreau tubulaire (23) sur au moins la majeure partie de la longueur du conduit (26) d'alimentation.
  8. Dispositif d'alimentation selon la revendication 7, dans lequel le conduit (26) d'alimentation est formé en partie par une paroi du fourreau tubulaire (23).
  9. Dispositif d'alimentation selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel la première ouverture (25) d'évacuation des gaz est formée dans le fourreau tubulaire (23) à une hauteur supérieure à la hauteur de l'orifice (28) du conduit (26) d'alimentation débouchant dans le fourreau tubulaire (23).
  10. Dispositif d'alimentation selon l'une des revendications 1 à 9, dans lequel l'orifice (28) du conduit (26) d'alimentation et la première ouverture (25) d'évacuation des gaz sont formés de part et d'autre de l'axe de déplacement de l'organe de perçage (22).
  11. Dispositif d'alimentation selon l'une des revendications 1 à 10, dans lequel la première ouverture (25) d'évacuation des gaz est formée dans le fourreau tubulaire (23) au niveau de l'extrémité inférieure de l'organe de perçage (22) lorsque l'organe de perçage est en position haute.
  12. Dispositif d'alimentation selon l'une des revendications 1 à 11, dans lequel le dispositif de dosage (40) comprend un doseur (42) et une goulotte d'alimentation (43) permettant de diriger par écoulement gravitationnel l'alumine depuis l'ouverture (41) de déversement d'alumine jusque dans la seconde ouverture (27) d'introduction d'alumine.
  13. Dispositif d'alimentation selon la revendication 12, dans lequel la goulotte d'alimentation (43) est configurée de sorte à ce que l'écoulement gravitationnel de l'alumine sortant de l'ouverture (41) de déversement d'alumine comprend une composante directionnelle horizontale.
  14. Dispositif d'alimentation selon la revendication 13, dans lequel une plaque de déflection (29) est agencée au-dessus de la seconde ouverture (27) d'introduction d'alumine en regard de l'ouverture (41) de déversement de l'alumine.
  15. Cuve d'électrolyse (100) comprenant des anodes (4) plongées en partie dans un bain d'électrolyte (3), du produit de couverture (6) recouvrant les anodes (4) et le bain d'électrolyte (3), caractérisée en ce que la cuve (100) comprend un dispositif d'alimentation (10) en alumine selon l'une des revendications 1 à 14 et en ce qu'une portion inférieure du fourreau tubulaire (23) est introduite dans le produit de couverture (6).
  16. Cuve d'électrolyse selon la revendication 15, dans laquelle l'orifice du conduit (26) d'alimentation débouche dans le fourreau tubulaire (23) à une hauteur inférieure au niveau supérieur du produit de couverture (6).
  17. Cuve d'électrolyse selon l'une des revendications 15 ou 16, dans laquelle le bord inférieur de la première ouverture (25) d'évacuation des gaz s'étend entre 5 et 30 cm au-dessus du niveau supérieur du produit de couverture (6).
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