WO2012172196A1 - Cuve d'électrolyse destinée à être utilisée pour produire de l'aluminium - Google Patents

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WO2012172196A1
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WO
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electrolytic cell
box
tank
cathode
conduction means
Prior art date
Application number
PCT/FR2012/000243
Other languages
English (en)
Inventor
Bénédicte CHAMPEL
Denis Laroche
Original Assignee
Rio Tinto Alcan International Limited
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Filing date
Publication date
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Priority to RU2014101177A priority patent/RU2636421C2/ru
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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
    • C25C3/16—Electric current supply devices, e.g. bus bars

Definitions

  • the present invention relates to an electrolytic cell used for the production of aluminum.
  • Aluminum is produced industrially from alumina by electrolysis according to the Hall-Héroult process.
  • an electrolytic cell composed in particular of a steel casing, a refractory lining, and a cathode based on cathodic blocks made of carbonaceous material, connected to conductors for conveying. electrolysis current.
  • the electrolytic cell also contains an electrolytic bath consisting in particular of cryolite in which is dissolved alumina.
  • the Hall-Héroult process consists in partially immersing a carbon block constituting the anode in this electrolytic bath, the anode being consumed as and when the reaction progresses.
  • Actuating means are generally provided for lowering the anode into the electrolytic cell as it is consumed.
  • a layer of liquid aluminum evacuated by suction or siphoning At the bottom of the electrolytic cell is formed a layer of liquid aluminum evacuated by suction or siphoning.
  • the production of aluminum by the Hall-Héroult process is carried out by maintaining a certain thermal equilibrium in the electrolytic cell. Thermal equilibrium is allowed by the compensation of the heat loss of the tank by that produced in the tank (essentially from the electrolysis current).
  • the electrolytic cell is generally shaped so as to allow the formation of a solidified cryolite slope at its lateral internal walls. This slope protects the materials lining the internal side walls of the tank from corrosion by liquid aluminum and the electrolytic bath.
  • the present invention aims to overcome all or part of the disadvantages mentioned above by providing an electrolytic cell for the production of aluminum providing better thermal insulation.
  • the subject of the present invention is an electrolytic cell, intended to be used to produce aluminum by electrolysis, comprising:
  • the electrical conduction means pass through the side wall of the box at a height between an upper face of the cathode and the upper edge of the side wall of the box.
  • the present invention provides an electrolytic cell having improved thermal insulation. Thermal losses are reduced compared to known electrolysis tanks. The heat losses of the electrolytic cell according to the invention are also controlled so as to allow the formation of the slope to protect the materials of the side walls of the tank. In fact, a heat flow exits for this purpose at the level of the liquids contained in the box.
  • the cathode is more particularly formed of cathode blocks, in particular of carbonaceous material.
  • the cathode blocks comprise at least one recess in their lower part and an electrical conduction means is disposed partly inside the recess. A good physical and electrical connection is made in the recess between the cathode block and the electrical conduction means using cast iron.
  • the electrical conduction means pass through the side wall of the box at an area between the lower level and the upper level of an electrolytic bath.
  • the electrical conduction means pass through the side wall of the box at the level of the lower level of the electrolytic bath, that is to say at the interface of the electrolytic bath and an aluminum sheet.
  • the electrical conduction means comprise a first part in contact with the cathode, and a second part connected to the first part and extending from the bottom to the top of the chamber. inside the box.
  • the second part is substantially vertical.
  • the electrical conduction means comprise at least one end connected to the second part and extending through the side wall of the box.
  • the end is substantially horizontal.
  • the first part in contact with the cathode is steel or steel and copper.
  • the electrical conduction means are made of steel, copper or steel and copper.
  • At least part of the second part of the electrical conduction means is made of copper.
  • At least part of the end is copper.
  • the electrical conduction means comprise a bar.
  • the electrical conduction means comprise a plate.
  • plate any element of which one dimension (the thickness) is negligible compared to the other two, in particular to increase the heat exchange surface and / or reduce the bulk.
  • At least part of the second part of the electrical conduction means is a plate.
  • the plate extends laterally beyond the first part.
  • the plate is electrically connected to at least two first parts.
  • the plate is connected to a different number of first parts and ends.
  • the plate extends from below upwards beyond the end.
  • the second part is electrically insulated from the materials lining the inside of the box. According to another characteristic of the electrolytic cell according to the invention, the second part is electrically insulated from the materials lining the inside of the box with concrete.
  • the box is lined internally with blocks of refractory materials.
  • the box comprises a thermal insulator placed between the second part of the electrical conduction means and the side wall of the box.
  • FIG. 1 is a sectional view of an electrolysis cell belonging to the state of the art
  • FIG. 2 is a schematic representation of a known electrolytic cell indicating the main outgoing thermal flows
  • FIG. 3 is a schematic representation of an electrolytic cell according to a particular embodiment of the invention.
  • FIG. 4 is a perspective view of conduction means of the electrolysis current belonging to the state of the art
  • FIGS. 5 and 6 are perspective views of conduction means of the electrolysis current used in an electrolysis cell according to a particular embodiment of the invention.
  • FIG. 7 is a schematic view of an electrolytic cell according to a particular embodiment of the invention.
  • FIG. 1 shows an electrolytic cell 1 for the production of aluminum from alumina.
  • the electrolysis tank 1 comprises a metal box 2.
  • the metal box 2 may be steel. It has a bottom wall 2a and side walls 2b. Box 2 contains an electrolytic bath. During the reaction, a sheet 13 of liquid aluminum is formed.
  • the electrolytic bath and the liquid aluminum ply 13 are liquids inherent to aluminum production by electrolysis.
  • the casing 2 comprises blocks 3, 4, in particular filling a thermal insulation function, and filling the inside of the metal casing 2.
  • the blocks 3, 4 may comprise for example refractory bricks and / or carbon blocks.
  • the blocks 4 are placed inside the box against the upper part of the side wall 2b of the box 2.
  • the blocks 3 cover the bottom wall 2a of the box 2.
  • the vessel 1 also comprises a plurality of anodes 5.
  • the anodes 5 consist of carbon blocks. They can be connected to rods 6 by connecting members 7, generally called multipodes which include studs anchored in the anodes 5.
  • the rods 6 are connected to a carrier structure 9.
  • the anodes 5 are intended to be immersed in the electrolytic bath.
  • the electrolytic bath 8 comprises in particular cryolite and alumina.
  • the anodes 5 are consumed as the progress of the electrolysis reaction forming the aluminum and the actuating means of the rods 6 allow them to move in translation relative to the carrier structure 9 so as to lower the anodes 5 as they are consumed in the tank 1.
  • a blanket 12 of alumina and milled bath generally covers the electrolytic bath 8 and at least partially the anodes 5.
  • a frozen cryolite slope 14 is formed on the edges of the vessel 1. This slope 14 protects the blocks 4 of the etching of the electrolytic bath 8 and the sheet 13 of liquid aluminum.
  • the vessel 1 further comprises a cathode 10.
  • the cathode 10 may comprise a plurality of cathode blocks of carbonaceous material.
  • the cathode 10 is connected in its lower part to electrical conduction means of the electrolysis current formed in particular of one or more conductors 1 1. More particularly, each cathode block comprises at least one recess in its lower part inside. of which is disposed an electrical conduction means. A good physical and electrical connection is made in the recess between the cathode block and the electrical conduction means using cast iron.
  • the conductor 1 1 passes through the box 2 at orifices provided on the box and provided for this purpose. The conductor 1 1 collects the electric current at the cathode to allow its routing from one electrolysis cell to another.
  • FIG. 4 shows an example of a known conductor 11 which can be connected to the cathode 10.
  • Figure 2 schematically shows a known electrolysis tank 1.
  • the conductor 1 1 passes through the box 2 substantially at the lower part of the cathode 10, near the bottom 2a of the box 2.
  • the conductor 1 1 in contact with the hot cathode 10 tends to cause heat loss out of the tank 1 on the sides of the tank near the bottom 2a of the box.
  • the heat flux leaving the resulting tank is shown in FIG. 2.
  • an outgoing heat flow 16 is desired at the upper part of the side walls 2b of the box 2.
  • the heat flow between the liquids contained in the tank 1 and the side wall 2b of the box 2 promotes the slope formation.14.
  • FIG. 3 schematically shows an electrolytic cell 1 according to a particular embodiment of the invention.
  • the tank 1 corresponding to this embodiment essentially differs from the tanks 1 of the prior art in that it comprises a conductor 11 having one or more ends 11a passing through the box 2 at the height of the liquids contained in the tank 1 of electrolysis.
  • the conductor 1 1 rises close to the liquids contained in the caisson 2.
  • the difference in temperature between the liquids contained in the caisson 2 and that of the ends 1 1a of the conductor 1 1 results in a thermal flow out at the liquid level. This flow allows the formation of the slope 14 protecting the side materials of the tank.
  • the heat flux 15, initially causing thermal losses on the sides 2b of the tank near the bottom 2a of the tank via the electrical conductors 1 1 is removed in a tank according to the invention so that the heat dissipated out of the tank is reduced. Also, the thermal losses via the outlet of the box of the conductors 11 are advantageously used so as to regulate the slope 14.
  • the conductor 11 rises inside the block 4 up to the level of the liquids contained in the box 2, the height of which the end 1 1a passes through the box 2.
  • the end 1 1a passes through the side wall 2b of the box up to an area between the upper face of the cathode 10 and the upper edge of the side wall 2b of the box 2.
  • the end 1 1a can pass through the side wall 2b of the box up to an area between the lower level and the upper level of the electrolytic bath 8.
  • the end 11a passes through the lateral wall 2b of the box 2 at the level of the lower level of the electrolytic bath.
  • the driver 1 1 is a bar. It may also consist wholly or partly in the form of a conductive plate, that is to say with a small thickness, more particularly between 1 and 5 cm, and a width at least 3 times greater than this thickness.
  • the conductor 11 of FIG. 5 comprises a first substantially horizontal portion 1 1b, connected to the cathode 10, terminated at one end at less by a second portion 1 1 c substantially vertical, going up inside the blocks 4 lining the inside of the box 2.
  • a substantially horizontal end 1 1a which passes through the caisson.
  • the end 1 1 a may itself be connected to conductive elements for routing the current to the next tank.
  • the conductor 1 1 is steel, or copper, or steel and copper. According to a particular embodiment of the present invention, the conductor 1 1 has a first part 1 1 b steel or steel and copper corresponding more particularly to that connected to the cathode 10, and another part 1 1 c, 1 1 a copper corresponding to the portion of the conductor 1 1 extending out of the cathode 10.
  • a tank generally comprises a plurality of cathode blocks arranged transversely in the tank 1 to form the cathode 10. These cathode blocks each comprise a recess or two parallel recesses in their lower part inside which are arranged conductors January 1.
  • FIG. 6 shows a conductor particularly adapted to equip such a cathode block and comprising two first parts 1 1 b connected to the same second part 1 1 c in the form of a plate and having two ends 1 1 a.
  • plates relative to bars lies in a saving of space for their arrangement in the box and their arrangement with the materials lining the interior of the box. Furthermore, plates offer a greater heat exchange surface and therefore a better distribution of thermal flows in the tank with a better controlled heat dissipation for the regulation of the formation of the slope 14.
  • Such a plate 1 1 c may also extend laterally beyond the first portions 1 1 b or vertically above the ends 1 1 a.
  • the same plate 1 1 c can be electrically connected to a larger number of first parts 1 1 b, including 2 to 20 first parts 1 1 b.
  • the number of end 1 1 connected to the plate may also be different from the number of first parts 1 1 b connected and the driver 1 1 of Figure 6 could for example comprise a single end 1 1 a.
  • the second part 1 1 c may also have the form of a plate.
  • the second part 1 1 c of the driver makes it possible to concentrate the heat flow emitted by the liquids contained in the tank at the edges of the tank to bring it to the outside so that the heat flux in the materials lining the inside of the box 2 is decreased. This has the advantage that these materials heat less and degrade less. Also, as the outflow on the side wall 2b of the box 2 is concentrated by the driver 1 1 and the end 1 1a, the side wall 2b has a more homogeneous and colder temperature so that the risk of hot spots on the side wall 2b of the box 2 are decreased.
  • the casing 2 may comprise a thermal insulator 17 placed between the conductor 1 1 and the side wall 2b of the casing 2. This thermal insulator 17 may be placed against the inner surface of the side wall 2b of the casing 2.
  • FIG. 7 shows an example 1 of electrolysis tank 1 according to a particular embodiment of the invention equipped with a thermal insulator 17. The thermal insulation 17 may also extend vertically above the end (s) 11a.
  • the heat flux passing through the cathode 10 is decreased with a conductor 1 1 according to the invention with respect to the use of a conductor of the prior art with which a significant amount of heat is removed by the bottom by the This has the advantage of reducing the risk of cooling the cathode 10 resulting in an accumulation of debris on the cathode 10 and an increase in the electrical resistance between the conductor 1 1 and the anode 5.
  • the second parts 1 1 1 c of the conductor 1 1 are electrically insulated from the materials lining the inside of the box 2 so as to limit or avoid the risks of current lines in the liquids contained in the tank 1 between the anodes and the edges of the tank 1. This insulation is advantageously carried out by means of concrete.

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Abstract

Cette cuve (1 ) d'électrolyse, destinée à être utilisée pour produire de l'aluminium par électrolyse, comprend : (i) un caisson (2) muni d'une paroi (2a) de fond et d'une paroi (2b) latérale, (ii) une cathode (10) placée sur la paroi (2a) de fond, (iii) des moyens de conduction électrique reliés à la cathode (10) et agencés pour acheminer le courant d'électrolyse d'une cuve (1 ) d'électrolyse à une autre. De plus, les moyens de conduction électrique traversent la paroi (2b) latérale du caisson (2) à hauteur d'une zone comprise entre la face supérieure de la cathode (10) et le bord supérieur de la paroi (2b) latérale du caisson (2).

Description

Cuve d'électrolyse destinée à être utilisée pour produire de l'aluminium
La présente invention concerne une cuve d'électrolyse utilisée pour la production d'aluminium.
L'aluminium est produit industriellement à partir d'alumine par électrolyse selon le procédé de Hall-Héroult. A cet effet, on prévoit une cuve d'électrolyse composée notamment d'un caisson en acier, d'un revêtement intérieur réfractaire, et d'une cathode à base de blocs cathodiques en matériau carboné, reliée à des conducteurs servant à l'acheminement du courant d'électrolyse. La cuve d'électrolyse contient également un bain électrolytique constitué notamment de cryolithe dans lequel est dissoute de l'alumine.
Le procédé de Hall-Héroult consiste à plonger partiellement un bloc carboné constituant l'anode dans ce bain électrolytique, l'anode étant consommée au fur et à mesure de l'état d'avancement de la réaction. Des moyens d'actionnement sont généralement prévus pour descendre l'anode dans la cuve d'électrolyse au fur et à mesure de sa consommation. Au fond de la cuve d'électrolyse se forme une couche d'aluminium liquide évacuée par aspiration ou siphonage.
La production d'aluminium par le procédé de Hall-Héroult est menée en maintenant un certain équilibre thermique dans la cuve d'électrolyse. L'équilibre thermique est permis par la compensation de la perte de chaleur de la cuve par celle produite dans la cuve (provenant essentiellement du courant d'électrolyse).
Par ailleurs, la cuve d'électrolyse est généralement conformée de manière à permettre la formation d'un talus de cryolithe solidifiée au niveau de ses parois internes latérales. Ce talus permet de protéger les matériaux revêtant les parois latérales internes de la cuve de la corrosion par l'aluminium liquide et le bain électrolytique.
Pour permettre la formation du talus dans la cuve, il est connu de prévoir l'évacuation d'un flux latéral de chaleur au niveau de la partie supérieure des parois latérales de la cuve de par les matériaux utilisés et la configuration d'assemblage des constituants des paroi latérales de la cuve, ou encore si nécessaire par soufflage d'air comme cela est connu du brevet US6251237.
Cependant, à ce flux de chaleur souhaité s'ajoutent généralement des flux de chaleur sortants subis. C'est par exemple le cas du flux thermique s'échappant de la cuve par l'intermédiaire des conducteurs équipant la cathode. Cela engendre des pertes thermiques rendant complexe le maintien de l'équilibre thermique dans les cuves.
Aussi la présente invention a pour but de remédier à tout ou partie des inconvénients mentionnés ci-dessus en proposant une cuve d'électrolyse destinée à la production d'aluminium offrant une meilleure isolation thermique. A cet effet, la présente invention a pour objet une cuve d'électrolyse, destinée à être utilisée pour produire de l'aluminium par électrolyse, comprenant :
(i) un caisson muni d'une paroi de fond et d'une paroi latérale,
(ii) une cathode placée sur la paroi de fond,
(iii) des moyens de conduction électrique reliés à la cathode dans sa partie inférieure et agencés pour acheminer le courant d'électrolyse d'une cuve d'électrolyse à une autre,
caractérisée en ce que les moyens de conduction électrique traversent la paroi latérale du caisson à hauteur d'une zone comprise entre la face supérieure de la cathode et le bord supérieur de la paroi latérale du caisson.
Ainsi, la présente invention offre une cuve d'électrolyse présentant une meilleure isolation thermique. Les pertes thermiques sont réduites par rapport aux cuves d'électrolyse connues. Les pertes thermiques de la cuve d'électrolyse selon l'invention sont par ailleurs maîtrisées de sorte à permettre la formation du talus pour protéger les matériaux des parois latérales de la cuve. En effet un flux thermique sort à cet effet au niveau des liquides contenus dans le caisson.
La cathode est plus particulièrement formée de blocs cathodiques, notamment en matériau carboné.
Selon une autre caractéristique de la cuve d'électrolyse selon l'invention, les blocs cathodiques comportent au moins un évidement dans leur partie inférieure et un moyen de conduction électrique est disposé en partie à l'intérieur de l'évidement. Une bonne connexion physique et électrique est réalisée dans l'évidement entre le bloc cathodique et le moyen de conduction électrique à l'aide de fonte coulée.
Selon une autre caractéristique de la cuve d'électrolyse selon l'invention, les moyens de conduction électrique traversent la paroi latérale du caisson à hauteur d'une zone située entre le niveau inférieur et le niveau supérieur d'un bain électrolytique.
Selon une autre caractéristique de la cuve d'électrolyse selon l'invention, les moyens de conduction électrique traversent la paroi latérale du caisson à hauteur du niveau inférieur du bain électrolytique, c'est-à-dire à l'interface du bain électrolytique et d'une nappe d'aluminium.
Selon une autre caractéristique de la cuve d'électrolyse selon l'invention, les moyens de conduction électrique comprennent une première partie au contact de la cathode, et une deuxième partie reliée à la première partie et s'étendant du bas vers le haut à l'intérieur du caisson. Selon une autre caractéristique de la cuve d'électrolyse selon l'invention, la deuxième partie est sensiblement verticale.
Selon une autre caractéristique de la cuve d'électrolyse selon l'invention, les moyens de conduction électrique comprennent au moins une extrémité reliée à la deuxième partie et s'étendant au travers de la paroi latérale du caisson.
Selon une autre caractéristique de la cuve d'électrolyse selon l'invention, l'extrémité est sensiblement horizontale.
Selon une autre caractéristique de la cuve d'électrolyse selon l'invention, la première partie au contact de la cathode est en acier ou en acier et en cuivre.
Selon une autre caractéristique de la cuve d'électrolyse selon l'invention, les moyens de conduction électrique sont en acier, en cuivre ou en acier et en cuivre.
Selon une autre caractéristique de la cuve d'électrolyse selon l'invention, une partie au moins de la deuxième partie des moyens de conduction électrique est en cuivre.
Selon une autre caractéristique de la cuve d'électrolyse selon l'invention, une partie au moins de l'extrémité est en cuivre.
Selon une autre caractéristique de la cuve d'électrolyse selon l'invention, les moyens de conduction électrique comprennent une barre.
Selon une autre caractéristique de la cuve d'électrolyse selon l'invention, les moyens de conduction électrique comprennent une plaque.
Par plaque on entend tout élément dont une dimension (l'épaisseur) est négligeable par rapport aux deux autres, pour permettre notamment d'augmenter la surface d'échange thermique et/ou réduire l'encombrement.
Selon une autre caractéristique de la cuve d'électrolyse selon l'invention, au moins une partie de la deuxième partie des moyens de conduction électrique est une plaque.
Selon une autre caractéristique de la cuve d'électrolyse selon l'invention, la plaque s'étend latéralement au-delà de la première partie.
Selon une autre caractéristique de la cuve d'électrolyse selon l'invention, la plaque est connectée électriquement à au moins deux premières parties.
Selon une autre caractéristique de la cuve d'électrolyse selon l'invention, la plaque est reliée à un nombre différent de premières parties et d'extrémités.
Selon une autre caractéristique de la cuve d'électrolyse selon l'invention, la plaque s'étend de bas en haut au-delà de l'extrémité.
Selon une autre caractéristique de la cuve d'électrolyse selon l'invention, la deuxième partie est isolée électriquement des matériaux garnissant l'intérieur du caisson. Selon une autre caractéristique de la cuve d'électrolyse selon l'invention, la deuxième partie est isolée électriquement des matériaux garnissant l'intérieur du caisson par du béton.
Selon une autre caractéristique de la cuve d'électrolyse selon l'invention, le caisson est garni intérieurement de blocs en matériaux réfractaires.
Selon une autre caractéristique de la cuve d'électrolyse selon l'invention, le caisson comprend un isolant thermique placé entre la deuxième partie des moyens de conduction électrique et la paroi latérale du caisson.
L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description détaillée qui est exposée ci-dessous en regard des dessins annexés dans lesquels :
- La figure 1 est une vue en coupe d'une cuve d'électrolyse appartenant à l'état de la technique,
- La figure 2 est une représentation schématique d'une cuve d'électrolyse connue indiquant les principaux flux thermiques sortants,
- La figure 3 est une représentation schématique d'une cuve d'électrolyse selon un mode particulier de réalisation de l'invention,
- La figure 4 est une vue en perspective de moyens de conduction du courant d'électrolyse appartenant à l'état de la technique,
- Les figures 5 et 6 sont des vues en perspective de moyens de conduction du courant d'électrolyse utilisés dans une cuve d'électrolyse selon un mode particulier de réalisation de l'invention,
- La figure 7 est une vue schématique d'une cuve d'électrolyse selon un mode particulier de réalisation de l'invention.
La figure 1 montre une cuve d'électrolyse 1 permettant la production d'aluminium à partir d'alumine. La cuve d'électrolyse 1 comprend un caisson 2 métallique. Le caisson 2 métallique peut être en acier. Il présente une paroi 2a de fond et des parois 2b latérales. Le caisson 2 contient un bain 8 électrolytique. Au cours de la réaction se forme une nappe 13 d'aluminium liquide. Le bain 8 électrolytique et la nappe 13 d'aluminium liquide sont des liquides inhérents à la production d'aluminium par électrolyse.
Le caisson 2 comporte des blocs 3, 4, remplissant notamment une fonction d'isolation thermique, et garnissant l'intérieur du caisson 2 métallique. Les blocs 3, 4 peuvent comporter par exemple des briques réfractaires et/ou des blocs carbonés. Dans l'exemple de la figure 1 , les blocs 4 sont placés à l'intérieur du caisson contre la partie supérieure de la paroi 2b latérale du caisson 2. Les blocs 3 recouvrent la paroi 2a de fond du caisson 2. La cuve 1 comporte aussi une pluralité d'anodes 5. Les anodes 5 sont constituées de blocs carbonés. Elles peuvent être reliées à des tiges 6 par des organes 7 de liaison, généralement appelés multipodes qui comprennent des goujons ancrés dans les anodes 5. Les tiges 6 sont quant à elles reliées à une structure 9 porteuse.
Les anodes 5 sont destinées à être plongées dans le bain 8 électrolytique. Le bain 8 électrolytique comporte notamment de la cryolithe et de l'alumine. Les anodes 5 sont consommées au fur et à mesure de l'avancement de la réaction d'électrolyse formant l'aluminium et des moyens d'actionnement des tiges 6 permettent de les mouvoir en translation par rapport à la structure 9 porteuse de manière à abaisser les anodes 5 au fur et à mesure qu'elles sont consommées dans la cuve 1 .
Une couverture 12 d'alumine et de bain broyé recouvre généralement le bain 8 électrolytique et au moins partiellement les anodes 5.
Un talus 14 de cryolithe figé se forme sur les bords de la cuve 1 . Ce talus 14 protège les blocs 4 de l'attaque chimique du bain 8 électrolytique et de la nappe 13 d'aluminium liquide.
La cuve 1 comprend en outre une cathode 10. La cathode 10 peut comporter une pluralité de blocs cathodiques en matériau carboné. La cathode 10 est reliée dans sa partie inférieure à des moyens de conduction électrique du courant d'électrolyse formés notamment d'un ou plusieurs conducteurs 1 1. Plus particulièrement, chaque bloc cathodique comporte au moins un évidement dans sa partie inférieure à l'intérieur duquel est disposé un moyen de conduction électrique. Une bonne connexion physique et électrique est réalisée dans l'évidement entre le bloc cathodique et le moyen de conduction électrique à l'aide de fonte coulée. Le conducteur 1 1 traverse le caisson 2 au niveau d'orifices ménagés sur le caisson et prévus à cet effet. Le conducteur 1 1 collecte le courant électrique à la cathode pour permettre son acheminement d'une cuve d'électrolyse à une autre. La figure 4 montre un exemple de conducteur 1 1 connu pouvant être relié la cathode 10.
La figure 2 montre de façon schématique une cuve 1 d'électrolyse connue. Le conducteur 1 1 traverse le caisson 2 sensiblement au niveau de la partie inférieure de la cathode 10, à proximité du fond 2a du caisson 2.
Le conducteur 1 1 au contact de la cathode 10 chaude tend à provoquer une perte de chaleur hors de la cuve 1 sur les côtés de la cuve à proximité du fond 2a du caisson. Le flux thermique 15 sortant de la cuve en résultant est représenté sur la figure 2.
Par ailleurs, il est souhaitable de permettre la formation du talus 14 (non représenté sur la figure 2) pour protéger de l'attaque chimique du bain 8 électrolytique et de la nappe 13 d'aluminium liquide les matériaux garnissant l'intérieur du caisson 2 (blocs 4 dans l'exemple de la figure 1).
Pour favoriser la formation du talus 14, un flux thermique 16 sortant est souhaité au niveau de la partie supérieure des parois 2b latérales du caisson 2. Le flux thermique entre les liquides contenus dans la cuve 1 et la paroi 2b latérale du caisson 2 favorise la formation du talus.14.
La figure 3 montre schématiquement une cuve 1 d'électrolyse selon un mode particulier de réalisation de l'invention. La cuve 1 correspondant à ce mode de réalisation diffère essentiellement des cuves 1 de l'art antérieur par le fait qu'elle comporte un conducteur 11 présentant une ou plusieurs extrémités 11a traversant le caisson 2 à hauteur des liquides contenus dans la cuve 1 d'électrolyse.
Comme cela est visible sur la figure 3, le conducteur 1 1 remonte à proximité des liquides contenus dans le caisson 2. La différence de température entre les liquides contenus dans le caisson 2 et celle des extrémités 1 1a du conducteur 1 1 a pour conséquence un flux thermique sortant à hauteur des liquides. Ce flux permet la formation du talus 14 protégeant les matériaux de côté de la cuve .
Ainsi, le flux thermique 15, initialement à l'origine de pertes thermiques sur les côtés 2b de la cuve à proximité du fond 2a de la cuve via les conducteurs 1 1 électriques est éliminé dans une cuve selon l'invention de sorte que la chaleur dissipée hors de la cuve s'en trouve réduite. Aussi, les pertes thermiques via la sortie du caisson des conducteurs 11 sont avantageusement utilisées de manière à réguler le talus 14.
Le conducteur 11 remonte à l'intérieur du bloc 4 jusqu'au niveau des liquides contenus dans le caisson 2, à hauteur duquel l'extrémité 1 1a traverse le caisson 2.
Selon un mode particulier de réalisation, l'extrémité 1 1a traverse la paroi 2b latérale du caisson à hauteur d'une zone comprise entre la face supérieure de la cathode 10 et le bord supérieur de la paroi 2b latérale du caisson 2.
L'extrémité 1 1a peut traverser la paroi 2b latérale du caisson à hauteur d'une zone comprise entre le niveau inférieur et le niveau supérieur du bain 8 électrolytique.
Plus particulièrement l'extrémité 1 1a traverse la paroi 2b latérale du caisson 2 à hauteur du niveau inférieur du bain 8 électrolytique.
Dans l'exemple de la figure 5, le conducteur 1 1 est une barre. Il peut également être constitué en tout ou partie sous forme de plaque conductrice, c'est-à-dire avec une faible épaisseur, plus particulièrement comprise entre 1 et 5 cm, et une largeur au moins 3 fois supérieure à cette épaisseur. Le conducteur 11 de la figure 5 comporte une première partie 1 1 b sensiblement horizontale, reliée à la cathode 10, terminée à une extrémité au moins par une deuxième partie 1 1 c sensiblement verticale, remontant à l'intérieur des blocs 4 garnissant l'intérieur du caisson 2. Au bout de chaque deuxième partie 1 1 c sensiblement verticale se situe une extrémité 1 1 a sensiblement horizontale qui traverse le caisson. L'extrémité 1 1 a peut elle-même être reliée à des éléments conducteurs pour l'acheminement du courant vers la cuve suivante.
Le conducteur 1 1 selon ce mode particulier de réalisation de l'invention est en acier, ou en cuivre, ou en acier et en cuivre. Selon un mode particulier de réalisation de la présente invention, le conducteur 1 1 présente une première partie 1 1 b en acier ou en acier et en cuivre correspondant plus particulièrement à celle liée à la cathode 10, et une autre partie 1 1 c, 1 1 a en cuivre correspondant à la partie du conducteur 1 1 s'étendant hors de la cathode 10.
Une cuve comporte généralement une pluralité de blocs cathodiques disposés transversalement dans la cuve 1 pour former la cathode 10. Ces blocs cathodiques comportent chacun un évidement ou deux évidements parallèles dans leur partie inférieure à l'intérieur desquels sont disposés des conducteurs 1 1 .
La figure 6 représente un conducteur particulièrement adapté pour équiper un tel bloc cathodique et comportant deux premières parties 1 1 b connectées à une même deuxième partie 1 1 c sous la forme d'une plaque et comportant deux extrémités 1 1 a.
L'avantage d'utiliser des plaques par rapport à des barres réside dans un gain de place pour leur disposition dans le caisson et leur agencement avec les matériaux garnissant l'intérieur du caisson. Par ailleurs, des plaques offrent une plus grande surface d'échange thermique et donc une meilleure répartition des flux thermiques dans la cuve avec une dissipation thermique mieux maîtrisée pour la régulation de la formation du talus 14.
Une telle plaque 1 1 c peut également s'étendre latéralement au delà des premières parties 1 1 b ou verticalement au dessus des extrémités 1 1 a.
Aussi, une même plaque 1 1 c peut être connectée électriquement à un plus grand nombre de premières parties 1 1 b, notamment de 2 à 20 premières parties 1 1 b. Le nombre d'extrémité 1 1 a connectées à la plaque peut également être différent du nombre de premières parties 1 1 b connectées et le conducteur 1 1 de la figure 6 pourrait par exemple comporter une unique extrémité 1 1 a.
Lorsqu'une seule première partie 1 1 b est mise en œuvre avec une seule deuxième partie 1 1 c, la deuxième partie 1 1 c peut également présenter la forme d'une plaque.
La deuxième partie 1 1 c du conducteur permet de concentrer le flux thermique émis par les liquides contenus dans la cuve au niveau des bords de la cuve pour l'amener vers l'extérieur de sorte que le flux thermique dans les matériaux garnissant l'intérieur du caisson 2 est diminué. Ceci a pour avantage que ces matériaux chauffent moins et se dégradent moins. Aussi, comme le flux sortant sur la paroi 2b latérale du caisson 2 est concentré par le conducteur 1 1 et l'extrémité 1 1 a, la paroi 2b latérale a une température plus homogène et plus froide de sorte que les risques de points chauds sur la paroi 2b latérale du caisson 2 sont diminués.
Le caisson 2 peut comporter un isolant 17 thermique placé entre le conducteur 1 1 et la paroi 2b latérale du caisson 2. Cet isolant 17 thermique peut être placé contre la surface intérieure de la paroi 2b latérale du caisson 2. La figure 7 montre un exemple de cuve 1 d'électrolyse selon un mode particulier de réalisation de l'invention équipée d'un isolant 17 thermique. L'isolant 17 thermique peut par ailleurs s'étendre verticalement au dessus de la ou des extrémités 1 1 a.
La mise en place d'un tel isolant 17 contre la surface intérieure de la paroi 2b latérale du caisson 2 est possible avec le conducteur 1 1 selon l'invention du fait de l'évacuation préférentielle du flux thermique via l'extrémité 1 1 a contrairement aux cuves avec lés conducteurs de l'art antérieur, dans lesquelles les températures deviennent trop importantes sur les bords de cuve et les isolants sont dégradés. La présente invention permet par conséquent à la fois d'améliorer l'isolation thermique globale de la cuve et de maîtriser la formation du talus.
Par ailleurs, le flux thermique traversant la cathode 10 est diminué avec un conducteur 1 1 selon l'invention par rapport à l'utilisation d'un conducteur de l'art antérieur avec lequel une quantité importante de chaleur est évacuée par le fond par le conducteur, ce qui a pour avantage de diminuer les risques de refroidissement de la cathode 10 entraînant une accumulation de débris sur la cathode 10 et une augmentation de la résistance électrique entre le conducteur 1 1 et l'anode 5.
Avantageusement, les deuxièmes parties 1 1 c du conducteur 1 1 sont isolées électriquement des matériaux garnissant l'intérieur du caisson 2 de sorte à limiter ou éviter les risques de lignes de courant dans les liquides contenus dans la cuve 1 entre les anodes et les bords de la cuve 1. Cette isolation est avantageusement réalisée au moyen de béton.
Bien que l'invention ait été décrite en liaison avec des exemples particuliers de réalisation, il est bien évident qu'elle n'y est nullement limitée et qu'elle comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci entrent dans le cadre de l'invention.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Cuve (1 ) d'électrolyse, destinée à être utilisée pour produire de l'aluminium par électrolyse, comprenant :
(i) un caisson (2) muni d'une paroi (2a) de fond et d'une paroi (2b) latérale,
(ii) une cathode (10) placée sur la paroi (2a) de fond,
(iii) des moyens de conduction électrique reliés à la cathode (10) dans sa partie inférieure et agencés pour acheminer le courant d'électrolyse d'une cuve (1 ) d'électrolyse à une autre,
caractérisée en ce que les moyens de conduction électrique traversent la paroi (2b) latérale du caisson (2) à hauteur d'une zone comprise entre la face supérieure de la cathode (10) et le bord supérieur de la paroi (2b) latérale du caisson (2).
2. Cuve (1 ) d'électrolyse selon la revendication 1 , caractérisée en ce que la cathode est formée de blocs cathodiques.
3. Cuve (1 ) d'électrolyse selon la revendication 2, caractérisée en ce que les blocs cathodiques sont en matériau carboné.
4. Cuve (1 ) d'électrolyse selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les blocs cathodiques comportent au moins un évidement dans leur partie inférieure et en ce que le moyen de conduction électrique est disposé en partie à l'intérieur de l'évidement.
5. Cuve (1 ) d'électrolyse selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les moyens de conduction électrique traversent la paroi (2b) latérale du caisson (2) à hauteur d'une zone située entre le niveau inférieur et le niveau supérieur d'un bain (8) électrolytique.
6. Cuve (1 ) d'électrolyse selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que les moyens de conduction électrique traversent la paroi (2b) latérale du caisson (2) à hauteur du niveau inférieur du bain (8) électrolytique, c'est-à-dire à l'interface du bain (8) électrolytique et d'une nappe (13) d'aluminium.
7. Cuve (1 ) d'électrolyse selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que les moyens de conduction électrique comprennent une première partie (1 1 b) au contact de la cathode (10), et une deuxième partie (1 1 c) reliée à la première partie (1 1 b) et s'étendant du bas vers le haut à l'intérieur du caisson (2).
8. Cuve (1 ) d'électrolyse selon la revendication 7, caractérisée en ce que la deuxième partie (1 1 c) est sensiblement verticale.
9. Cuve (1 ) d'électrolyse selon la revendication 7 ou 8, caractérisée en ce que les moyens de conduction électrique comprennent au moins une extrémité (1 1 a) reliée à la deuxième partie (1 1 c) et s'étendant au travers de la paroi (2b) latérale du caisson (2).
10. Cuve (1 ) d'électrolyse selon la revendication 9, caractérisée en ce que l'extrémité (1 1 a) est sensiblement horizontale.
1 1 . Cuve (1 ) d'électrolyse selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisée en ce que la première partie (1 1 b) au contact de la cathode (10) est en acier ou en acier et en cuivre.
12. Cuve (1 ) d'électrolyse selon l'une quelconque des revendications 1 à 1 1 , caractérisée en ce que les moyens de conduction électrique sont en acier, en cuivre ou en acier et en cuivre.
13. Cuve (1 ) d'électrolyse selon l'une quelconque des revendications 8 à 1 1 , caractérisée en ce qu'une partie au moins de la deuxième partie (1 1 c) des moyens de conduction électrique est en cuivre.
14. Cuve (1 ) d'électrolyse selon l'une quelconque des revendications 9 à 1 1 , caractérisée en ce qu'une partie au moins de l'extrémité (1 1 a) est en cuivre.
15. Cuve (1 ) d'électrolyse selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisée en ce que les moyens de conduction électrique comprennent une barre.
16. Cuve (1 ) d'électrolyse selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, caractérisée en ce que les moyens de conduction électrique comprennent une plaque.
17. Cuve (1 ) d'électrolyse selon la revendication 16, caractérisée en ce qu'au moins une partie de la deuxième partie (1 1 c) des moyens de conduction électrique est une plaque.
18. Cuve (1 ) d'électrolyse selon la revendication 17, caractérisée en ce que la plaque s'étend latéralement au-delà de la première partie (1 1 b).
19. Cuve (1 ) d'électrolyse selon la revendication 18, caractérisée en ce que la plaque est connectée électriquement à au moins deux premières parties (1 1 b).
20. Cuve (1 ) d'électrolyse selon la revendication 18 ou 19, caractérisée en ce que la plaque est reliée à un nombre différent de premières parties (1 1 b) et d'extrémités (1 1 a).
21. Cuve (1 ) d'électrolyse selon l'une des revendications 17 à 20, caractérisée en ce que la plaque s'étend de bas en haut au-delà de l'extrémité (1 1 a).
22. Cuve (1 ) d'électrolyse selon l'une quelconque des revendications 7 à 21 , caractérisée en ce que la deuxième partie (1 1 c) est isolée électriquement des matériaux garnissant l'intérieur du caisson (2).
23. Cuve (1 ) d'électrolyse selon la revendication 22, caractérisée en ce que la deuxième partie (1 1 c) est isolée électriquement des matériaux garnissant l'intérieur du caisson (2) par du béton.
24. Cuve (1 ) selon l'une quelconque des revendications 1 à 23, caractérisée en ce que le caisson (2) est garni intérieurement de blocs (3, 4) en matériaux réfractaires.
25. Cuve (1 ) d'électrolyse selon l'une quelconque des revendications 7 à 24, caractérisée en ce que le caisson (2) comprend un isolant (17) thermique placé entre la deuxième partie (1 1 c) des moyens de conduction électrique et la paroi (2b) latérale du caisson (2).
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