WO2016075526A1 - Procédé de manutention d'une pluralité d'anodes destinées à la production d'aluminium par électrolyse ignée - Google Patents

Procédé de manutention d'une pluralité d'anodes destinées à la production d'aluminium par électrolyse ignée Download PDF

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WO2016075526A1
WO2016075526A1 PCT/IB2015/002117 IB2015002117W WO2016075526A1 WO 2016075526 A1 WO2016075526 A1 WO 2016075526A1 IB 2015002117 W IB2015002117 W IB 2015002117W WO 2016075526 A1 WO2016075526 A1 WO 2016075526A1
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WO
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anode
anodes
face
groove
faces
Prior art date
Application number
PCT/IB2015/002117
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English (en)
Inventor
Jean-Louis ABEILLE
Philippe CONTARD
Yann El Ghaoui
Patrick SORNIN
Original Assignee
Rio Tinto Alcan International Limited
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Rio Tinto Alcan International Limited filed Critical Rio Tinto Alcan International Limited
Publication of WO2016075526A1 publication Critical patent/WO2016075526A1/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
    • C25C3/08—Cell construction, e.g. bottoms, walls, cathodes
    • C25C3/12—Anodes
    • C25C3/125—Anodes based on carbon
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66C—CRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C1/00—Load-engaging elements or devices attached to lifting or lowering gear of cranes or adapted for connection therewith for transmitting lifting forces to articles or groups of articles
    • B66C1/10—Load-engaging elements or devices attached to lifting or lowering gear of cranes or adapted for connection therewith for transmitting lifting forces to articles or groups of articles by mechanical means
    • B66C1/42—Gripping members engaging only the external or internal surfaces of the articles
    • B66C1/44—Gripping members engaging only the external or internal surfaces of the articles and applying frictional forces
    • B66C1/442—Gripping members engaging only the external or internal surfaces of the articles and applying frictional forces actuated by lifting force
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C7/00—Constructional parts, or assemblies thereof, of cells; Servicing or operating of cells
    • C25C7/06—Operating or servicing

Definitions

  • the present invention relates to a method of handling a plurality of anodes for the production of aluminum by igneous electrolysis.
  • the invention also relates to an anode for the production of aluminum by igneous electrolysis and an installation comprising such anode.
  • the invention further relates to a method for producing aluminum by igneous electrolysis.
  • Aluminum metal is produced industrially by igneous electrolysis in electrolysis cells according to the well-known Hall-Héroult process, namely by electrolysis of the alumina in solution in an electrolyte bath, essentially consisting of cryolite.
  • the electrolyte bath is contained in an electrolysis cell comprising a steel box lined internally with refractory and / or insulating materials, and at the bottom of which is located a cathode assembly.
  • Anodes typically of carbonaceous material, are partially immersed in the electrolyte bath.
  • the electrolysis current which circulates in the electrolysis bath and possibly a sheet of liquid aluminum through the anodes and cathode elements, operates the alumina reduction reactions.
  • French patent application FR 2 806 742 (corresponding to US Pat. No. 6,409,894) describes the installations of an electrolysis plant intended for the production of aluminum.
  • the electrolysis cells comprise a plurality of so-called "precooked" anodes of carbon material which are consumed during the electrolytic reduction reactions of aluminum. Gases, and more particularly carbon dioxide, are generated during the electrolysis reactions and naturally accumulate in the form of gas bubbles under the lower, generally substantially flat, horizontal face of the anode, which influences the overall stability of the tank.
  • the mechanical stresses and vibrations exerted by the saw blades can cause the crumbling, cracking and bursting of the anodes if the grooves are too deep.
  • the anodes are consumed progressively during the electrolysis reaction, and this over a height greater than the depth of the grooves. It follows that the lifetime of the grooves of anode is less than the lifetime of the anode. Therefore, for a certain period of time during the life of the anodes, the lower part of the anodes no longer has a groove.
  • the problems mentioned above for anodes without grooves are then felt.
  • the groove produces a beneficial effect for only 62.5% of the service life. the anode.
  • An object of the invention is to overcome the disadvantages mentioned above, that is to say to avoid problems related to the accumulation of gas under the anode, and for a longer time than in the past. prior art, without compromising the integrity of the anodes during their manufacture, storage, transportation or use.
  • the invention relates to a method of handling a plurality of anodes for the production of aluminum by igneous electrolysis.
  • Each anode comprises a substantially parallelepipedal block of carbonaceous material having an upper face, a lower face, and a peripheral wall formed of two longitudinal faces and two lateral faces.
  • each anode comprises at least one groove that extends substantially parallel to the faces longitudinal, from one of the lateral faces to the opposite lateral face, and which opens into the lower face of the anode.
  • the groove has a bottom face located at a distance from the upper face of the anode, so that the anode has a solid upper portion located between the bottom face of the groove and the upper face of the anode.
  • At least one reinforcing member is located in the groove, said reinforcing member extending from a longitudinal wall of the groove to the opposite longitudinal wall and having a smaller maximum dimension than that of the groove in the direction orthogonal to the side faces of the anode - said longitudinal direction X.
  • the method comprises an arranging step of arranging the anodes next to each other in a package, a longitudinal face of an anode being opposite and adjacent a longitudinal face of an adjacent anode.
  • the anodes are arranged relative to each other so that the reinforcing elements of all the anodes of the packet are arranged in the same volume of the packet d. anodes, said volume extending:
  • Said volume thus forms in the anode package a mechanically reinforced zone.
  • the invention makes it possible to create in this package of anodes a mechanically reinforced area.
  • this mechanically reinforced zone makes it possible to make grooves of greater height than in the prior art, the loss of mechanical strength generated by the size of the groove being compensated by the creation of this zone. It is therefore possible to obtain the beneficial effects of the groove on the evacuation of gases over a greater proportion of the life of the anode.
  • this mechanically reinforced zone can withstand greater mechanical stresses than the zones of the anode bundle in which the grooves are devoid of reinforcement elements. Indeed, by filling locally a groove, a reinforcement element prevents, under the action of a force exerted on the anode, a mutual approximation of the longitudinal walls of the groove which would generate internal stresses likely to lead to damage to the anode.
  • the aforementioned specific arrangement of the anode reinforcing elements of the package creates a global reinforcement zone preventing damage to the anodes during the overall handling of the anode package.
  • a reinforcement element of a given anode of the packet does not necessarily occupy the whole of the portion. corresponding to the mechanically reinforced area.
  • corresponding portion of the mechanically reinforced zone is meant the intersection between the mechanically reinforced zone and the groove of said given anode in which said reinforcing element is located.
  • the expression "the upper solid portion of the anode” is used to designate a portion of the anode devoid of groove.
  • this portion may include non-solid local areas, in particular recesses for fixing the anode in the electrolysis cell.
  • the invention is advantageously applied when the anodes are arranged next to each other - the transverse direction then being substantially horizontal - and the anode package is intended to be clamped between the legs of a clamp-type tool.
  • the invention is also advantageous when the anodes are stacked on each other - the transverse direction then being substantially vertical - to prevent the weight of the upper anodes from causing pinching of the grooves of the lower anodes.
  • the groove opens into the two lateral faces of the anode. Taking into account the reinforcing element, the groove can only lead to one of the lateral faces of the anode, depending on whether the reinforcing element extends over the entire height of the groove or not.
  • the dimension of the reinforcing element in the longitudinal direction may be substantially constant over the entire height of the groove.
  • this reinforcing element may be located adjacent to a side face of the anode, and have at least one portion located at a distance from the bottom face of the groove, so as to optimize the Location of the mechanically reinforced area - in terms of the distribution of the points of application of the forces and the limitation of the cantilever.
  • anode of the package are substantially identical. It can also be provided that an anode has a plurality of parallel grooves (for example two), each of the grooves including a reinforcing element, the reinforcing elements being substantially identical and vis-à-vis in the transverse direction.
  • the anodes are arranged relative to each other so that the lower and upper faces of the anodes of the anode package extend vertically and that said mechanically reinforced zone is located. in the lower part of the package of anodes.
  • the positioning of the mechanically reinforced zone at the bottom of the anode package improves the stability of the anode package during its gripping and handling, especially between the legs of a gripper type tool.
  • the anodes are arranged relative to each other so that, on one side of the anode package, the upper face of an anode and the lower face of another anode.
  • the reinforcing elements if they do not extend over the entire height of the groove, are not all vis-à-vis in the transverse direction Y.
  • a reinforcement element of an anode may advantageously be substantially vis-à-vis the upper solid portion of the adjacent anode.
  • the method may further comprise a subsequent clamping step of clamping the anode package between two members, in the transverse direction, exerting a force in at least a first bearing zone located substantially opposite the mechanically reinforced zone. , substantially facing at least one reinforcing element.
  • the risk of damage to the anodes of the package during handling is considerably reduced.
  • substantially opposite is meant in view of or near the mechanically reinforced zone.
  • the anode package is locally reinforced not only in the mechanically reinforced zone, of course, but also at the periphery of said mechanically reinforced zone.
  • a force is also exerted in at least one second bearing zone situated at a distance from the mechanically reinforced zone, the first force being N times greater than the second force, with N ⁇ 1, 3, even N ⁇ 1, 5 or even N ⁇ 2.
  • the second bearing zone is opposite a portion of the grooves of the anodes of the package which is devoid of reinforcing elements.
  • this is not necessarily a vacuum zone over the entire dimension of the anode package in the transverse direction Y.
  • the second bearing zone may be opposite the upper portion full of less some of the anodes of the package.
  • the bundle of anodes can be clamped between two legs of a tool, each of the legs having four support points, two of these support points being in the first zone of support, the other two points of support being in the second support zone.
  • the differentiated calibration of the forces applied in the first and second zones can be obtained by using an eccentrically articulated lifter.
  • the two support points in the first support zone are advantageously located substantially facing at least one reinforcing element of an anode of the package.
  • the reinforcing element extends from a lateral face of the anode towards the opposite lateral face, over a maximum length (I) such that I ⁇ L / 2, where L is the length of the anode between its lateral faces.
  • I the maximum length
  • the volume forming in the anode package a mechanically reinforced zone therefore extends over the same maximum length I in the longitudinal direction X.
  • This handling method can be implemented:
  • the invention relates to an anode for the production of aluminum by igneous electrolysis, comprising a substantially parallelepipedic block of carbonaceous material having an upper face, a lower face, and a peripheral wall formed of two longitudinal faces. and two lateral faces, the anode having at least one groove which extends substantially parallel to the longitudinal faces, from one of the lateral faces to the opposite lateral face, and which opens into the lower face of the anode.
  • the groove has a bottom face located at a distance d1 from the upper face of the anode, the anode further comprising at least one reinforcing element located in the groove, said reinforcing element extending from a longitudinal wall of the groove to the opposite longitudinal wall.
  • the invention allows the production of an anode having a groove whose height is close to the height of the anode intended to be consumed. therefore, which can fulfill its function over a large part of the anode life, without jeopardizing the mechanical strength of the anode - typically during demolding, transport, storage, cooking, handling.
  • the aforementioned geometrical characteristics result from an optimization of contradictory parameters, namely: the maximization of the height of the grooves and their effective length during their existence during the production of aluminum by electrolysis and the obtaining of a mechanical resistance sufficient of the anode.
  • the maximization of the effective length of the groove on anode consumption height equivalent to the height d2 when the reinforcing element has been consumed allows substantial gains during the production of aluminum.
  • the dimensions and the location of the reinforcing element allow an embodiment of the anode and its groove by molding, with use of a blade included in the mold and sliding release of the anode formed.
  • the anode according to the invention may be a green anode or a cooked anode.
  • the dimension of the reinforcing element in the longitudinal direction may be substantially constant over the entire height of the groove, and thus correspond to the "maximum length I".
  • an anode has a plurality of parallel grooves (for example two), each of the grooves including a reinforcing element.
  • the reinforcing elements may be substantially identical and vis-a-vis in the transverse direction.
  • a groove may also comprise a plurality of reinforcing elements, each of them preferably having the aforementioned geometric characteristics. According to an advantageous embodiment possible, one can have I ⁇ L / 3, which makes it possible to increase the efficiency of the groove during the production of aluminum.
  • the height h of the groove is between 0.5 H and 0.8 H, preferably between 0.6 H and 0.7 H, where H is the height of the anode between its lower faces and higher.
  • the height h of the groove may be greater than 350 mm, or even greater than 400 mm, for an anode having a height H of the order of 650 mm.
  • the reinforcing member may be adjacent to the underside of the anode. Alternatively, it may be located at a distance from the underside of the anode.
  • the reinforcing element has substantially the shape of a rectangular parallelepiped having a face located in the plane of the lower face of the anode and a face located in the plane of a lateral face of the anode. . Moreover :
  • the length of the reinforcing element - along a direction orthogonal to the lateral faces of the anode, said longitudinal direction - is between 300 and 500 mm, preferably between 310 and 400 mm; and the height of the reinforcing element - along a direction orthogonal to the lower and upper faces of the anode - being between 100 and 300 mm, preferably between 150 and 200 mm.
  • the reinforcing element may be made of the same material as the anode and molded with the anode.
  • the reinforcing member may be an insert separate from the carbonaceous material block and placed in the groove during molding, or after molding.
  • the reinforcing element can then be made of carbon material or aluminum, and can therefore remain in place in the groove both during the firing of the anode and in the electrolysis cell.
  • the anode comprises a plurality of substantially parallel grooves, and a reinforcing element located in each of the grooves, the reinforcing elements being located facing each other along the transverse direction.
  • a reinforcing element located in each of the grooves, the reinforcing elements being located facing each other along the transverse direction.
  • the invention relates to a process for producing aluminum by igneous electrolysis, which comprises the implementation of the handling method as previously described, and / or which comprises the use of at least one anode such as than previously described.
  • the process for producing aluminum by igneous electrolysis can typically comprise the steps of: providing at least one anode as previously described; install the anode in an aluminum electrolysis cell; passing current in the electrolytic cell through the anode; and recovering the aluminum obtained by electrolysis in the bottom of the electrolytic cell.
  • the invention relates to an installation, such as an anode manufacturing facility for the production of aluminum by igneous electrolysis or an igneous electrolysis aluminum production facility, the installation comprising at least one . anode as previously described.
  • Figure 1 is a schematic sectional view of an electrolytic aluminum production plant comprising anodes according to the invention
  • Figure 2 is a perspective view of an anode according to the invention.
  • Figure 3 is a longitudinal sectional view of an anode according to a first embodiment of the invention.
  • FIG. 4 is a side view of an anode according to the invention.
  • Figures 5a to 5d are longitudinal sectional views of an anode according to other embodiments of the invention.
  • FIG. 6 illustrates a step of clamping anode pack in the handling method of the invention
  • Figure 7 is a schematic representation similar to Figure 6, showing the bearing areas on the anodes during tightening
  • FIG. 8 is a diagrammatic representation in longitudinal section of an anode of the anode packet of FIG. 7, showing the bearing zones during clamping;
  • Figure 9 is a representation similar to Figure 8, showing an anode in strong lines and an adjacent anode in fine lines.
  • FIG. 1 represents an electrolysis cell 3 located in a building 2 of an electrolytic aluminum production installation 1, and more particularly in an electrolysis room of such an installation 1.
  • Each cell 3 extends in a transverse direction Y, and the cells 3 are arranged next to each other in a longitudinal direction X.
  • Each cell 3 comprises a tank 20, a support structure 30 called “superstructure” and a plurality of anodes 40, 40 '.
  • the tank 20 comprises a box 21 of steel, an inner lining 22 which is generally formed by blocks of refractory materials, and a cathode assembly which comprises blocks made of carbonaceous material, called “cathode blocks" 23, and metal connecting bars 24 to which are fixed the electrical conductors 45, 46, 47 serving for the routing of the electrolysis current.
  • Each anode 40 is provided with a metal rod 41 which is typically attached to the anode 40 via a multipode 42.
  • the anodes 40 are removably attached to a movable metal frame 25, called “anode frame” by a removable connector 26.
  • the anode frame 25 is carried by the superstructure 30 and attached to conductors electrical 47, called “positive ascents", for the routing of the electrolysis current.
  • cells 3 are arranged next to each other, in rows or queues, in the direction X.
  • the cells 3 of a row are electrically connected in series using connecting conductors 45. , 46, 47.
  • the cells 3 are arranged so as to clear a circulation aisle along the installation 1 and an access path 49 between the cells 3.
  • Each cell 3 is provided with a rollover system.
  • This includes a series of removable covers 33 which are typically metallic, and more typically aluminum alloy.
  • the rollover system confines the effluents within the interior of the cell 3 and is connected to means (not shown) for discharging the effluents and directing them to a treatment center.
  • the covers 33 are typically inserted into a guide groove 35 arranged along the cell 3 (in the Y direction) and are brought to rest on a ledge 31 of the superstructure 30.
  • the shaft "41 of the anodes 40 typically emerges from the system by means of openings provided for this purpose in the rollover system.
  • the anodes 40 are of precooked carbon material.
  • the anodes 40 are gradually consumed during the electrolytic reduction reactions of the aluminum, and the spent anodes 40 'must be replaced by new anodes 40.
  • FIG. 1 A new anode 40 according to the invention is shown in FIG. 1
  • the anode 40 comprises a substantially parallelepipedic block of carbonaceous material. It has an upper face 50, a lower face 51 and a peripheral wall formed of two longitudinal faces 52 and two lateral faces 53.
  • the longitudinal direction X as the direction orthogonal to the lateral faces 53 of the anode 40.
  • the term "length" will be used with reference to the direction X;
  • transverse direction Y as the direction orthogonal to the longitudinal faces 52 of the anode 40.
  • width will be used with reference to the direction Y;
  • the directions X, Y, Z of FIG. 2 correspond to the directions X, Y, Z of FIG. 1.
  • the anode 40 will be described with reference to the position that it occupies in the electrolysis cell 3. However, during its handling, the anode 40 may have a different orientation.
  • the anode 40 has a plane of symmetry P1 longitudinal - parallel to (X, Z). It also presents, with the exception of the reinforcement elements that will be described later, a plane of symmetry P2 transverse - parallel to (Y, Z).
  • the anode 40 has three recesses 54 formed from its upper face 50. These recesses 54, which are each intended to receive a foot of the multipode 42, have for example the shape of a Z axis cylinder.
  • the recesses 54 are here substantially identical, centered on the plane P1, aligned in the direction X, and regularly spaced along the direction X.
  • the anode 40 comprises at least one groove 60 intended to facilitate the evacuation of the gas bubbles generated during the electrolysis reactions.
  • the anode 40 comprises two grooves 60 substantially identical and parallel, arranged substantially symmetrically with respect to the plane PI.
  • the anode 40 could have a different number of grooves, for example one or more than two.
  • Each groove 60 extends substantially parallel to the longitudinal faces 52, of a lateral face 53 to the opposite lateral face 53, and opens into the lower face 51 of the anode 40.
  • the groove 60 is in the form of a rectangular parallelepiped having two longitudinal walls 61 and a bottom face 62 - or upper face - as seen in Figure 4.
  • the bottom face 62 is located at a distance d1 from the upper face 50 of the anode 40.
  • L anode 40 thus has a solid upper portion 56 located between the bottom face 62 of the groove 60 and the upper face 50 of the anode 40.
  • the anode 40 further comprises at least one reinforcing element 70 located in the groove 60.
  • This reinforcing element 70 extends from a longitudinal wall 61 of the groove 60 to the opposite longitudinal wall 61, so that it locally fills the groove 60. It thus forms a mechanical reinforcement preventing a mutual approximation of the longitudinal walls 61 of the groove 60 under the effect of one of the efforts to which the anode 40 is subjected during its manufacture, its cooking, its storage , its transport and / or its use.
  • the reinforcing element 70 is located in the groove 60. In particular, it does not extend over the entire length L of the anode 40, so that there always exists a groove 60 opening on the lower face 51 of the anode 40 for the evacuation of the gases that form during the entire period of use of the anode 40.
  • the reinforcing element 70 may be made of the same material as the anode 40 - that is to say of carbon material - and be molded with the anode.
  • the reinforcing element 70 extends from a lateral face 53 of the anode 40 towards the opposite lateral face 53 over a maximum length I.
  • This length I may be substantially constant over the entire height of the reinforcing element 70 ( Figures 3 and 5b to 5d), or not ( Figure 5a).
  • the reinforcing member 70 In order to meet the requirements such as: maximizing the carbon mass of the anode 40, maximizing the height of the groove 60 and obtaining sufficient mechanical strength to prevent damage to the anode 40 during its handling, the reinforcing member 70 must be designed and located within the groove 60 appropriately.
  • the length I of the reinforcing element 70 - or the maximum length if the length I is not constant over the entire height of the reinforcing element 70 - may be such that I ⁇ to LJ8 and I ⁇ I72, preferably I ⁇ LJ3 and / or I> to 175, L being the length of the anode 40 between its lateral faces 53.
  • the reinforcing element 70 may have at least one portion located at a distance from the bottom face 62 of the groove 60, in order to optimize the distribution of the points of application of the forces, by limiting the door-to-door false when handling the anodes 40, and to maintain optimum efficiency of the groove.
  • the reinforcing element 70 can extend over the entire height of the groove 60.
  • the reinforcing element 70 can have an upper edge 72 located at a distance d2. none of the bottom face 62 of the groove 60, as in Figures 3 and 5b to 5d (in other words, the reinforcing element 70 does not extend to the bottom face 62 of the groove 60).
  • the reinforcing member 70 may be located adjacent to the lower face 51 of the anode 40 (as in Figures 3, 5a, 5c and 5d) or not (as in Figure 5b).
  • a given groove 60 may comprise a single reinforcing element (FIGS. 3, 5a, 5d) or several disjoint reinforcing elements 70, in particular two (FIGS. 5b, 5c).
  • the reinforcing elements 70 of the different grooves are located opposite one another along the transverse direction Y.
  • the grooves 60 are substantially identical and have identical configurations as to the number, the geometric characteristics and the location of the reinforcing elements 70.
  • the invention makes it possible to increase the height h of the groove 60 with respect to the art. prior.
  • this groove 60 remains present, and therefore produces its beneficial effects, over a greater part of the life of the anode 40 before the latter is too consumed and must be replaced.
  • the consumable carbon height is generally of the order of 450 mm, before it It is necessary to achieve a height h of the groove 60 greater than 350 mm, or even greater than 400 mm, for example of the order of 420 mm or even 450 mm.
  • the height h for this type of anode of the prior art is of the order of 250 to 300 mm approximately.
  • the other dimensions of the anode 40 illustrated in the figures can be as follows: length L of the anode 40: approximately 1500 mm;
  • depth p of the recesses 54 about 150 mm;
  • diameter of the recesses 54 about 200 mm;
  • width of the grooves 60 in the Y direction of the order of 12 to 15 mm.
  • the reinforcing element 70 has substantially the shape of a rectangular parallelepiped having a face 71 situated substantially in the plane of the lower face 51 of the anode 40 and a face 73 located substantially in the plane of a lateral face 53 of the anode 40.
  • the length I of the reinforcing element 70 is between 300 and 500 mm, for example of the order of 350 mm (or about 23% of the).
  • the height d of the reinforcing element 70 is between 100 and 300 mm, for example of the order of 180 mm.
  • the distance d2 between the bottom face 62 of the groove 60 and the upper edge 72 of the reinforcing element it is for example of the order of 250 mm.
  • the reinforcing element 70 has substantially the shape of a trapezium whose base forms the upper edge 72, coinciding with the bottom face 62 of the groove 60, and the other base forming the lower edge 71, in the plane of the lower face 51 of the anode 40. Furthermore, a lateral face 73 of the reinforcing element 70 is located substantially in the plane of a lateral face 53 of the anode 40. Finally, the other lateral face 73 of the reinforcing element 70 forms an inclined plane so that the dimension along X of the reinforcing element 70 decreases towards the lower face 51 of the anode 40.
  • the maximum length I is of the order of 175.
  • the groove 60 comprises two substantially identical reinforcement elements 70.
  • Each reinforcing element 70 has substantially the shape of an elongate rectangular parallelepiped along X, of length I substantially constant and close to L / 5.
  • the reinforcing elements 70 are spaced from the bottom face 62 of the groove 60, one from the other, and from the lower face 51 of the anode 40.
  • FIG. 5c is similar to that of FIG. 5b, except that the lower reinforcing element 70 is adjacent to the lower face 51 of the anode 40.
  • the groove 60 comprises a single reinforcing element 70 having substantially the shape of an elongated rectangular parallelepiped along X, of length I substantially constant and close to L / 3.
  • the reinforcing member 70 is spaced from the bottom face 62 of the groove 60 but adjacent to the lower face 51 of the anode 40.
  • FIGS. 6 to 8 describe the process according to the invention for handling anodes arranged in a package 55.
  • This method can be implemented for transporting a package 55 of raw anodes 40 to anode baking oven, for the transport of a package 55 of anodes 40 cooked from anode baking oven and or for transporting a package of raw or cooked anodes 40 to or from a storage area.
  • the anodes 40 involved in the process according to the invention may be as previously described. More generally, the handling method according to the invention can be applied to anodes 40 having at least one reinforcing element 70 in the groove 60, said reinforcing element 70 extending from a longitudinal wall 61 of the groove 60 at the opposite longitudinal wall 61 and having a maximum length I less than the length of the groove 60 - which is generally the length L of the anode 40.
  • the method comprising an arrangement step of arranging the anodes 40 next to one another in a package 55.
  • a longitudinal face 52 of an anode 40 is screwed to and adjacent to a longitudinal face 52 of an adjacent anode.
  • the reinforcing elements 70 of all the anodes 40 of the packet 55 are arranged substantially in the same volume of the packet 55 of anodes.
  • This volume thus forms in the package 55 of anodes a mechanically reinforced zone 75.
  • the anodes 40 As illustrated in FIG. 7, it is possible to arrange the anodes 40 relative to one another so that the transverse direction Y is substantially horizontal and the reinforcing elements 70 of all the anodes 40 of the pack 55 are located in part.
  • the mechanically reinforced zone 75 can then be in the form of a rectangular parallelepiped forming the base of the package 55 of anodes, on which it rests.
  • a reinforcing element 70a of a given anode 40a of the anode package 55 may be in facing relation - in the Y direction - of the upper solid portion 56b. an adjacent anode 40b of the pack 55, thereby forming a first "full" area 91.
  • a reinforcing member 70b of the anode 40b may be in facing relation - in the Y direction - of the serving portion. upper solid 56a of the anode 40a, thus forming a second "full" zone 92.
  • these solid areas 91, 92 are separate and spaced from each other.
  • the combination of the reinforcement elements 70 and the upper solid portions 56 creates in the packet 55 of anodes 40 two solid areas 91, 92 substantially continuous over the entire direction Y, despite the presence of the grooves 60.
  • These solid areas 91, 92 are included in the mechanically reinforced area 75. They create within them, but also at their periphery, mechanically more resistant areas on which can be applied relatively high mechanical stresses without causing damage to the anodes 40 (under normal handling conditions).
  • the package 55 of anodes can be clamped in the transverse direction Y between two members, for example between the legs 76 of a clamp type tool 77.
  • the invention takes advantage of the creation of the mechanically reinforced zone 75, providing that the clamping force is exerted in a first bearing zone 81 located substantially opposite this mechanically reinforced zone 75, (see Figures 7 to 9),
  • the tabs 76 of the clamp 77 each comprise four support points.
  • the clamping force is distributed in several localized spot efforts.
  • First two support points exert their efforts in the first bearing zone 81 and are advantageously located each substantially facing at least one reinforcing element of an anode 40 of the anode package 55 or the upper solid portion. 56 of an anode 40 of the anode package.
  • Two second bearing points exert their forces in a second bearing zone 82 situated above the first bearing zone 81, at a distance from the mechanically reinforced zone 75.
  • the first bearing points are generally substantially horizontally aligned, and the second bearing points are generally substantially horizontally aligned, above the first bearing points.
  • Two of the forces exerted by the four fulcrums are exerted in the first bearing zone 81, on a "full" portion of the packet 55 of anodes or in the vicinity of such a solid portion. And two of the forces exerted by the four fulcrums are exerted in the second bearing zone 82 located at a portion of the packet 55 of anodes which comprises - in the direction Y - a succession of solid portions ( upper solid portion 56 of an anode 40) and empty parts (part of a groove 60 without reinforcing member of an anode 40).
  • the force exerted (or the sum of the point forces exerted) in the second bearing zone 82 has a smaller amplitude than the force exerted (or the sum of the one-off efforts exerted) in the first bearing zone 81, that is to say in "full" portions.
  • the amplitude of the forces exerted in the first bearing zone 81 can be N times greater than the amplitude of the forces exerted in the second bearing zone 82.
  • the ratio N is generally of 1, which corresponds to a distribution of 50/50 between said forces, and the bearing zones are arranged substantially symmetrically on either side of the plane P2.
  • Such a handling method can be implemented in an anode manufacturing plant 40, whether on raw anodes intended to be placed in an oven or on cooked anodes intended to be placed in a cell 3. electrolysis, during storage or transport of the anodes.

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Abstract

Chaque anode (40) comporte un bloc de matériau carboné et au moins une rainure (60) qui s'étend parallèlement aux faces longitudinales (52) du bloc, d'une face latérale (53) à la face latérale (53) opposée, qui débouche dans la face inférieure (51) du bloc, et dont la face de fond est située à distance de la face supérieure (50) du bloc. Au moins un élément de renfort (70) situé dans la rainure comble localement la rainure selon la direction transversale (Y) sans s'étendre sur toute la longueur du bloc. Le procédé de manutention comprend une étape d'agencement consistant à disposer les anodes les unes à côté des autres en un paquet (55) de sorte que les éléments de renfort (70) de toutes les anodes du paquet soient agencés dans une même zone mécaniquement renforcée (75).

Description

Procédé de manutention d'une pluralité d'anodes destinées à la production d'aluminium par électrolyse ignée
La présente invention concerne un procédé de manutention d'une pluralité d'anodes destinées à la production d'aluminium par électrolyse ignée. L'invention concerne également une anode destinée à la production d'aluminium par électrolyse ignée ainsi qu'une installation comportant une telle anode. L'invention concerne de plus un procédé de production d'aluminium par électrolyse ignée.
L'aluminium métal est produit industriellement par électrolyse ignée dans des cellules d'électrolyse suivant le procédé bien connu de Hall-Héroult, à savoir par électrolyse de l'alumine en solution dans un bain d'électrolyte, essentiellement constitué de cryolithe. Le bain d'électrolyte est contenu dans une cuve d'électrolyse comprenant un caisson en acier revêtu intérieurement de matériaux réfractaires et/ou isolants, et au fond duquel est situé un ensemble cathodique. Des anodes, typiquement en matériau carboné, sont partiellement immergées dans le bain d'électrolyte. Le courant d'électrolyse, qui circule dans le bain d'électrolyse et possiblement une nappe d'aluminium liquide par l'intermédiaire des anodes et des éléments cathodiques, opère les réactions de réduction de l'alumine.
La demande de brevet français FR 2 806 742 (correspondant au brevet américain US 6 409 894) décrit les installations d'une usine d'électrolyse destinée à la production d'aluminium.
Selon la technologie la plus répandue, les cellules d'électrolyse comportent une pluralité d'anodes dites « précuites » en matériau carboné qui sont consommées lors des réactions de réduction électrolytique de l'aluminium. Des gaz, et plus particulièrement du dioxyde de carbone, sont générés lors des réactions d'électrolyse et viennent naturellement s'accumuler sous la forme de bulles de gaz sous la face inférieure, généralement sensiblement plate et horizontale, de l'anode, ce qui influe sur la stabilité globale de la cuve.
Il résulte en effet de l'accumulation de ces bulles de gaz :
des variations et instabilités électriques ;
- une fréquence élevée et une durée importante des effets d'anode ;
une possibilité accrue de réaction inverse et donc une perte de rendement du fait de la faible distance entre la couche d'aluminium produite et les bulles de C02 ;
une consommation accrue de carbone et la formation de gaz nocifs du fait de la transformation du C02 en CO au contact du carbone. Il est connu d'utiliser des anodes précuites comportant une ou plusieurs rainures dans leur partie inférieure, de manière à faciliter l'évacuation des bulles de gaz et à empêcher leur accumulation. Les rainures permettent de diminuer le libre parcours moyen des bulles de gaz sous l'anode pour sortir de l'espace entre les électrodes et donc de réduire la taille des bulles qui se forment sous l'anode. La présence de rainures permet donc de résoudre les problèmes précités et de réduire la consommation d'énergie.
Une limite bien connue à l'utilisation de ces rainures résulte du fait que la profondeur des rainures à partir de la face inférieure des anodes est limitée afin de ne pas perturber l'intégrité mécanique et physique des anodes.
En effet, lorsque les rainures sont formées lors du moulage des anodes crues, elles créent des faiblesses qui augmentent le risque que ces anodes crues se fendent lors de leur transport, de leur stockage ou de leur cuisson.
Et lorsque les rainures sont formées par sciage des anodes cuites, les contraintes mécaniques et les vibrations exercées par les lames de sciage risquent de provoquer l'effritement, le fendillement puis l'éclatement des anodes si les rainures sont trop profondes.
Or les anodes sont consommées progressivement au cours de la réaction d'électrolyse, et ce sur une hauteur supérieure à la profondeur des rainures. Il s'ensuit que la durée d'existence des rainures d'une anode est inférieure à la durée de vie de l'anode. Par conséquent, pendant un certain laps de temps au cours de la durée de vie des anodes, la partie inférieure des anodes ne comporte plus de rainure. Les problèmes mentionnés ci- dessus pour des anodes sans rainures se font alors ressentir. A titre d'exemple, pour une anode de 600 mm de hauteur avec une hauteur de carbone consommable de 400 mm et une rainure de 250 mm de profondeur, la rainure produit un effet bénéfique pendant seulement 62,5% de la durée de vie de l'anode.
Un objectif de l'invention est de remédier aux inconvénients évoqués ci-dessus, c'est-à- dire d'éviter les problèmes liés à l'accumulation de gaz sous l'anode, et ce pendant une durée plus importante que dans l'art antérieur, sans toutefois compromettre l'intégrité des anodes pendant leur fabrication, leur stockage, leur transport ou leur utilisation.
A cet effet, et selon un premier aspect, l'invention concerne un procédé de manutention d'une pluralité d'anodes destinées à la production d'aluminium par électrolyse ignée.
Chaque anode comporte un bloc sensiblement parallélépipédique de matériau carboné comportant une face supérieure, une face inférieure, ainsi qu'une paroi périphérique formée de deux faces longitudinales et de deux faces latérales. De plus, chaque anode comporte au moins une rainure qui s'étend sensiblement parallèlement aux faces longitudinales, d'une des faces latérales à la face latérale opposée, et qui débouche dans la face inférieure de l'anode. En outre, la rainure comporte une face de fond située à distance de la face supérieure de l'anode, de sorte que l'anode possède une portion supérieure pleine située entre la face de fond de la rainure et la face supérieure de l'anode. Au moins un élément de renfort est situé dans la rainure, ledit élément de renfort s'étendant d'une paroi longitudinale de la rainure à la paroi longitudinale opposée et possédant une dimension maximale inférieure à celle de la rainure dans la direction orthogonale aux faces latérales de l'anode - dite direction longitudinale X.
Le procédé comprend une étape d'agencement consistant à disposer les anodes les unes à côté des autres en un paquet, une face longitudinale d'une anode étant en vis-à-vis de et adjacente à une face longitudinale d'une anode adjacente.
Selon une définition générale de l'invention, dans l'étape d'agencement, on dispose les anodes les unes par rapport aux autres de sorte que les éléments de renfort de toutes les anodes du paquet soient agencés dans un même volume du paquet d.'anodes, ledit volume s'étendant :
selon une direction (Z) orthogonale aux faces supérieure et inférieure, sur toute la hauteur des anodes du paquet ;
selon une direction orthogonale aux faces longitudinales des anodes, dite direction transversale (Y), sur toute la dimension du paquet d'anodes ;
et selon la direction longitudinale (X), sur une distance égale à ladite dimension maximale dudit élément de renfort.
Ledit volume forme ainsi dans le paquet d'anodes une zone mécaniquement renforcée.
Grâce à la présence des éléments de renfort, et à l'agencement particulier du paquet d'anodes prévoyant la localisation de ces éléments de renfort dans un même volume occupant une portion seulement du paquet d'anodes, l'invention permet de créer dans ce paquet d'anodes une zone mécaniquement renforcée.
D'une part, cette zone mécaniquement renforcée permet de réaliser des rainures de hauteur plus importante que dans l'art antérieur, la perte de résistance mécanique engendrée par la taille de la rainure étant compensée par la création de cette zone. Il est donc possible d'obtenir les effets bénéfiques de la rainure sur l'évacuation des gaz sur une plus grande proportion de la durée de vie de l'anode.
D'autre part, cette zone mécaniquement renforcée peut subir sans dommage des contraintes mécaniques plus élevées que les zones du paquet d'anodes où les rainures sont dépourvues d'éléments de renfort. En effet, en comblant localement une rainure, un élément de renfort empêche, sous l'action d'un effort exercé sur l'anode, un rapprochement mutuel des parois longitudinales de la rainure qui engendrerait des contraintes internes risquant de conduire à un endommagement de l'anode. L'agencement spécifique précité des éléments de renfort des anodes du paquet crée une zone de renfort globale empêchant l'endommagement des anodes lors de la manutention globale du paquet d'anodes.
Il est précisé que, si tous les éléments de renfort de toutes les anodes du paquet sont situés sensiblement dans la même zone mécaniquement renforcée, en revanche un élément de renfort d'une anode donnée du paquet n'occupe pas nécessairement la totalité de la portion correspondante de la zone mécaniquement renforcée. Par « portion correspondante de la zone mécaniquement renforcée », on entend l'intersection entre la zone mécaniquement renforcée et la rainure de ladite anode donnée dans laquelle se situe ledit élément de renfort.
En outre, on précise que l'expression « la portion supérieure pleine de l'anode » est utilisée pour désigner une portion de l'anode dépourvue de rainure. Mais cette portion peut toutefois comporter des zones locales non pleines, en particulier des évidements permettant la fixation de l'anode dans la cellule d'électrolyse.
L'invention trouve avantageusement son application lorsque les anodes sont disposées les unes à côté des autres - la direction transversale étant alors sensiblement horizontale - et que le paquet d'anodes est destiné à être serré entre les pattes d'un outil de type pince. L'invention est également avantageuse lorsque les anodes sont empilées les unes sur les autres - la direction transversale étant alors sensiblement verticale - pour éviter que le poids des anodes supérieures n'entraîne le pincement des rainures des anodes inférieures.
II est à noter que les termes « supérieur », « inférieur » et « hauteur » sont employés en référence à la position occupée par l'anode dans la cellule d'électrolyse, étant entendu que l'anode dans le paquet peut présenter une orientation différente.
De façon concrète, si l'on ne tient pas compte de l'élément de renfort, la rainure débouche dans les deux faces latérales de l'anode. En prenant en compte l'élément de renfort, la rainure peut ne déboucher que dans l'une des faces latérales de l'anode, selon que l'élément de renfort s'étend sur toute la hauteur de la rainure ou non.
La dimension de l'élément de renfort selon la direction longitudinale peut être sensiblement constante sur toute la hauteur de la rainure. En outre, cet élément de renfort peut être situé de façon adjacente à une face latérale de l'anode, et posséder au moins une portion située à distance de la face de fond de la rainure, de façon à optimiser la localisation de la zone mécaniquement renforcée - en termes de répartition des points d'application des efforts et de limitation du porte-à-faux.
On peut prévoir que les anodes du paquet soient sensiblement identiques. On peut par ailleurs prévoir qu'une anode possède une pluralité de rainures parallèles (par exemple deux), chacune des rainures incluant un élément de renfort, les éléments de renfort étant sensiblement identiques et en vis-à-vis selon la direction transversale.
Selon une réalisation possible, dans l'étape d'agencement, on dispose les anodes les unes par rapport aux autres de sorte que les faces inférieures et supérieures des anodes du paquet d'anodes s'étendent verticalement et que ladite zone mécaniquement renforcée soit située en partie inférieure du paquet d'anodes. Ceci permet notamment de limiter l'effet du poids sur la déformation des rainures des anodes. Le positionnement de la zone mécaniquement renforcée en partie basse du paquet d'anodes améliore la stabilité du paquet d'anodes lors de sa préhension et de sa manipulation, notamment entre les pattes d'un outil de type pince.
Par ailleurs, selon une réalisation possible, dans l'étape d'agencement, on dispose les anodes les unes par rapport aux autres de sorte que, sur une face du paquet d'anodes, on alterne la face supérieure d'une anode et la face inférieure d'une autre anode.
Dans ce cas, les éléments de renfort, s'ils ne s'étendent pas sur toute la hauteur de la rainure, ne sont pas tous en vis-à-vis selon la direction transversale Y. En revanche, un élément de renfort d'une anode peut avantageusement se trouver sensiblement en vis-à- vis de la portion supérieure pleine de l'anode adjacente. Ainsi, on crée dans le paquet d'anodes, et plus précisément dans la zone mécaniquement renforcée, deux zones pleines sur toute la direction Y, ces zones pleines pouvant être distinctes et espacées l'une de l'autre.
Concentrer les efforts exercés sur le paquet d'anode dans ces deux zones pleines est très avantageux en termes de résistance mécanique. Toutefois, les efforts peuvent également être exercés à proximité mais à distance de ces zones pleines, car celles-ci contribuent à renforcer localement le paquet d'anodes, y compris à leur périphérie.
Le procédé peut en outre comprendre une étape ultérieure de serrage consistant à serrer le paquet d'anodes entre deux organes, selon la direction transversale, en exerçant un effort dans au moins une première zone d'appui située sensiblement en regard de la zone mécaniquement renforcée, sensiblement en regard d'au moins un élément de renfort.
En appliquant majoritairement ou totalement la force dans la zone mécaniquement renforcée du paquet d'anodes, on limite considérablement les risques d'endommagement des anodes du paquet lors de leur manutention. Par « sensiblement en regard », on entend en regard ou à proximité de la zone mécaniquement renforcée. En effet, comme expliqué précédemment, le paquet d'anodes est localement renforcé non seulement dans la zone mécaniquement renforcée, bien entendu, mais également à la périphérie de ladite zone mécaniquement renforcée. Ainsi, appliquer un effort en dehors de la zone mécaniquement renforcée, mais à proximité de celle-ci, ne risque pas d'entraîner un endommagement des rainures ou de l'anode.
On peut prévoir que, dans l'étape de serrage, on exerce en outre un effort dans au moins une deuxième zone d'appui située à distance de la zone mécaniquement renforcée, le premier effort étant N fois supérieur au deuxième effort, avec N≥ 1 ,3, voire N≥ 1 ,5, voire même N≥ 2.
En d'autres termes, la deuxième zone d'appui est en regard d'une portion des rainures des anodes du paquet qui est dépourvue d'éléments de renfort. Il ne s'agit cependant pas nécessairement d'une zone de vide sur toute la dimension du paquet d'anodes selon la direction transversale Y. En effet, la deuxième zone d'appui peut être en regard de la portion supérieure pleine d'au moins certaines des anodes du paquet.
Ainsi, lorsque le serrage du paquet d'anodes ne peut pas se faire en une seule zone d'appui de chaque côté du paquet d'anodes, il est possible de calibrer les efforts respectifs sur les zones d'appui pour limiter les efforts dans les zones les plus fragiles, en faveur de la zone mécaniquement renforcée.
Par exemple, dans l'étape de serrage, on peut serrer le paquet d'anodes entre deux pattes d'un outil, chacune des pattes comportant quatre points d'appui, deux de ces points d'appui se trouvant dans la première zone d'appui, les deux autres points d'appui se trouvant dans la deuxième zone d'appui. La calibration différenciée des efforts appliqués dans les première et deuxième zones peut être obtenue en utilisant un palonnier articulé de façon décentrée.
Les deux points d'appui se trouvant dans la première zone d'appui sont avantageusement situés sensiblement en regard d'au moins un élément de renfort d'une anode du paquet.
Selon une réalisation possible, l'élément de renfort s'étend depuis une face latérale de l'anode en direction de la face latérale opposée, sur une longueur (I) maximale telle que I < L/2, où L est la longueur de l'anode entre ses faces latérales. De préférence, on peut avoir I < L/3, et/ou I > L/8, voire même I≥ L/5, pour assurer une résistance mécanique suffisante de l'élément de renfort sans pénaliser l'efficacité de la rainure au cours de la production d'aluminium par électrolyse.
Le volume formant dans le paquet d'anodes une zone mécaniquement renforcée s'étend donc sur la même longueur maximale I selon la direction longitudinale X. Ce procédé de manutention peut être mis en œuvre :
pour le transport d'un paquet d'anodes crues vers un four de cuisson d'anodes ;
et/ou pour le transport d'un paquet d'anodes cuites depuis un four de cuisson d'anodes ;
- et/ou pour le transport d'un paquet d'anodes crues ou cuites depuis ou vers une zone de stockage.
Il s'agit d'opérations lors desquelles le risque d'endommagement des anodes, relativement élevé dans l'art antérieur, est considérablement diminué grâce à l'invention.
Selon un deuxième aspect, l'invention concerne une anode destinée à la production d'aluminium par électrolyse ignée, comportant un bloc sensiblement parallélépipédique de matériau carboné comportant une face supérieure, une face inférieure, ainsi qu'une paroi périphérique formée de deux faces longitudinales et de deux faces latérales, l'anode comportant au moins une rainure qui s'étend sensiblement parallèlement aux faces longitudinales, d'une des faces latérales à la face latérale opposée, et qui débouche dans la face inférieure de l'anode. En outre, la rainure comporte une face de fond située à une distance d1 de la face supérieure de l'anode, l'anode comprenant en outre au moins un élément de renfort situé dans la rainure, ledit élément de renfort s'étendant d'une paroi longitudinale de la rainure à la paroi longitudinale opposée. Cet élément de renfort :
s'étend depuis une face latérale de l'anode en direction de la face latérale opposée sur une longueur maximale I telle que L78≤ I < L/2, où L est la longueur de l'anode entre ses faces latérales ;
présente un bord supérieur qui est situé à une distance d2 non nulle de la face de fond de la rainure.
Grâce à ces caractéristiques géométriques de l'anode et de l'élément de renfort présent dans la rainure, l'invention permet la réalisation d'une anode possédant une rainure dont la hauteur est proche de la hauteur de l'anode destinée à être consommée, donc qui peut remplir sa fonction sur une grande partie de la durée de vie de l'anode, sans mettre en péril la résistance mécanique de l'anode - typiquement pendant les opérations de démoulage, transport, stockage, cuisson, manipulation. Les caractéristiques géométriques précitées résultent d'une optimisation de paramètres contradictoires, à savoir : la maximisation de la hauteur des rainures et de leur longueur efficace au cours de leur existence pendant la production d'aluminium par électrolyse et l'obtention d'une résistance mécanique suffisante de l'anode. Notamment, la maximisation de la longueur efficace de la rainure sur une hauteur de consommation d'anode équivalente à la hauteur d2 lorsque l'élément de renfort a été consommé permet des gains substantiels lors de la production d'aluminium.
En outre, les dimensions et la localisation de l'élément de renfort permettent une réalisation de l'anode et de sa rainure par moulage, avec utilisation d'une lame incluse dans le moule et démoulage par coulissement de l'anode formée.
L'anode selon l'invention peut être une anode crue ou une anode cuite.
La dimension de l'élément de renfort selon la direction longitudinale peut être sensiblement constante sur toute la hauteur de la rainure, et correspondre ainsi à la « longueur maximale I ».
On peut par ailleurs prévoir qu'une anode possède une pluralité de rainures parallèles (par exemple deux), chacune des rainures incluant un élément de renfort. Les éléments de renfort peuvent être sensiblement identiques et en vis-à-vis selon la direction transversale. Une rainure peut également comporter plusieurs éléments de renfort, chacun d'entre eux présentant de préférence les caractéristiques géométriques précitées. Selon une réalisation avantageuse possible, on peut avoir I ≤ L/3, ce qui permet d'augmenter l'efficacité de la rainure au cours de la production d'aluminium.
Selon une réalisation avantageuse possible, on peut avoir I≥ L/5, ce qui confère à l'anode une bonne rigidité et une résistance importante aux contraintes mécaniques.
On peut prévoir que la hauteur h de la rainure soit comprise entre 0,5 H et 0,8 H, de préférence entre 0,6 H et 0,7 H, où H est la hauteur de l'anode entre ses faces inférieure et supérieure. Par exemple, la hauteur h de la rainure peut être supérieure à 350 mm, voire supérieure à 400 mm, pour une anode possédant une hauteur H de l'ordre de 650 mm.
L'élément de renfort peut être adjacent à la face inférieure de l'anode. En variante, il peut être situé à distance de la face inférieure de l'anode.
Selon une réalisation possible, l'élément de renfort possède sensiblement la forme d'un parallélépipède rectangle possédant une face située dans le plan de la face inférieure de l'anode et une face située dans le plan d'une face latérale de l'anode. De plus :
la longueur de l'élément de renfort - le long d'une direction orthogonale aux faces latérales de l'anode, dite direction longitudinale - est comprise entre 300 et 500 mm, de préférence entre 310 et 400 mm ; et la hauteur de l'élément de renfort - le long d'une direction orthogonale aux faces inférieure et supérieure de l'anode - étant comprise entre 100 et 300 mm, de préférence entre 150 et 200 mm.
L'élément de renfort peut être réalisé dans la même matière que l'anode et venu de moulage avec l'anode.
En variante, l'élément de renfort peut être un insert distinct du bloc de matériau carboné et placé dans la rainure pendant le moulage, ou après le moulage. L'élément de renfort peut alors être réalisé en matériau carboné ou en aluminium, et peut donc rester en place dans la rainure à la fois lors de la cuisson de l'anode et dans la cellule d'électrolyse.
On pourrait envisager en variante un élément de renfort sous forme d'insert réalisé en un autre matériau qui pourrait disparaître par combustion et/ou par gazéification au cours de la cuisson des anodes (et ne pourrait alors plus assurer un renfort mécanique des anodes après leur cuisson) ou pouvant être retiré après la cuisson des anodes.
Selon une réalisation possible, l'anode comporte une pluralité de rainures sensiblement parallèles, et un élément de renfort situé dans chacune des rainures, les éléments de renfort étant situés en vis-à-vis le long de la direction transversale. On peut par exemple prévoir deux rainures identiques comportant chacune un élément de renfort, les deux éléments de renfort étant identiques et localisés de façon identique dans la rainure correspondante.
Selon un troisième aspect, l'invention concerne un procédé de production d'aluminium par électrolyse ignée, qui comprend la mise en œuvre du procédé de manutention tel que précédemment décrit, et/ou qui comprend l'utilisation d'au moins une anode telle que précédemment décrite.
Le procédé de production d'aluminium par électrolyse ignée peut typiquement comprendre les étapes consistant à : fournir au moins une anode telle que précédemment décrite ; installer l'anode dans une cuve d'électrolyse d'aluminium ; faire passer du courant dans la cuve d'électrolyse à travers l'anode ; et récupérer l'aluminium obtenu par électrolyse dans le fond de la cuve d'électrolyse.
Selon un quatrième aspect, l'invention concerne une installation, telle qu'une installation de fabrication d'anodes pour la production d'aluminium par électrolyse ignée ou une installation de production d'aluminium par électrolyse ignée, l'installation comportant au moins une. anode telle que précédemment décrite.
On décrit à présent, à titre d'exemples non limitatifs, plusieurs modes de réalisation possibles de l'invention, en référence aux figures annexées : La figure 1 est une vue schématique en section d'une installation de production d'aluminium par électrolyse comportant des anodes selon l'invention ;
La figure 2 est une vue en perspective d'une anode selon l'invention ;
La figure 3 est une vue en coupe longitudinale d'une anode selon un premier mode de réalisation de l'invention ;
La figures 4 est une vue latérale d'une anode selon l'invention ;
Les figures 5a à 5d sont des vues en coupe longitudinale d'une anode selon d'autres modes de réalisation de l'invention ;
La figure 6 illustre une étape de serrage d'un paquet d'anodes dans le procédé de manutention de l'invention ;
La figure 7 est une représentation schématique similaire à la figure 6, montrant les zones d'appui sur les anodes lors du serrage ;
La figure 8 est une représentation schématique en section longitudinale d'une anode du paquet d'anodes de la figure 7, montrant les zones d'appui lors du serrage ;
La figure 9 est une représentation similaire à la figure 8, montrant une anode en traits forts et une anode adjacente en traits fins.
La figure 1 représente une cellule 3 d'électrolyse située dans un bâtiment 2 d'une installation 1 de production d'aluminium par électrolyse, et plus particulièrement dans une salle d'électrolyse d'une telle installation 1. Chaque cellule 3 s'étend selon une direction transversale Y, et les cellules 3 sont disposées les unes à côté des autres selon une direction longitudinale X.
Chaque cellule 3 comprend une cuve 20, une structure de support 30 appelée « superstructure » et une pluralité d'anodes 40, 40'.
La cuve 20 comprend un caisson 21 en acier, un revêtement intérieur 22 qui est généralement formé par des blocs en matériaux réfractaires, et un ensemble cathodique qui comprend des blocs en matériau carboné, appelés « blocs cathodiques » 23, et des barres de raccordement métalliques 24 auxquelles sont fixés les conducteurs électriques 45, 46, 47 servant à l'acheminement du courant d'électrolyse.
Chaque anode 40 est munie d'une tige métallique 41 qui est typiquement fixée à l'anode 40 par l'intermédiaire d'un multipode 42. Les anodes 40 sont fixées de manière amovible à un cadre métallique mobile 25, appelé « cadre anodique », par un connecteur amovible 26. Le cadre anodique 25 est porté par la superstructure 30 et fixé à des conducteurs électriques 47, appelés « montées positives », servant à l'acheminement du courant d'électrolyse.
Généralement, plus d'une centaine de cellules 3 sont disposées les unes à côté des autres, en rangées ou files, selon la direction X. Les cellules 3 d'une rangée sont raccordées électriquement en série à l'aide de conducteurs de liaison 45, 46, 47. Les cellules 3 sont disposées de manière à dégager une allée de circulation le long de l'installation 1 et une voie d'accès 49 entre les cellules 3.
Chaque cellule 3 est munie d'un système de capotage. Celui-ci comprend une série de capots 33 amovibles qui sont typiquement métalliques, et plus typiquement en alliage d'aluminium. Le système de capotage confine les effluents à l'intérieur 29 de la cellule 3 et est relié à des moyens (non illustrés) pour évacuer les effluents et les diriger vers un centre de traitement. Les capots 33 sont typiquement insérés dans une rainure de guidage 35 aménagée le long de la cellule 3 (selon la direction Y) et sont mis en appui sur un rebord 31 de la superstructure 30. La tige "41 des anodes 40 émerge typiquement du système de capotage par des ouvertures aménagées à cet effet dans le système de capotage.
Selon la technologie la plus répandue, les anodes 40 sont en matériau carboné précuit. Les anodes 40 sont progressivement consommées lors des réactions de réduction électrolytique de l'aluminium, et les anodes usées 40' doivent être remplacées par des anodes neuves 40.
Une anode neuve 40 selon l'invention est représentée sur la figure 2.
L'anode 40 comporte un bloc sensiblement parallélépipédique de matériau carboné. Elle présente une face supérieure 50, une face inférieure 51 , ainsi qu'une paroi périphérique formée de deux faces longitudinales 52 et de deux faces latérales 53.
Comme illustré sur la figure 2, on définit :
la direction longitudinale X comme la direction orthogonale aux faces latérales 53 de l'anode 40. Le terme « longueur » sera employé en référence à la direction X ;
la direction transversale Y comme la direction orthogonale aux faces longitudinales 52 de l'anode 40. Le terme largeur sera employé en référence à la direction Y ;
- la direction Z comme la direction orthogonale à X et Y. Les termes « supérieur », « inférieur » et « hauteur » seront employés en référence à la direction Z.
Il est à noter que les directions X, Y, Z de la figure 2 correspondent aux directions X, Y, Z de la figure 1. En effet, pour simplifier, l'anode 40 sera décrite en référence à la position qu'elle occupe dans la cellule 3 d'électrolyse. Toutefois, au cours de sa manutention, l'anode 40 peut présenter une orientation différente.
Dans la réalisation représentée, l'anode 40 présente un plan de symétrie P1 longitudinal - parallèle à (X,Z). Elle présente également, si l'on excepte les éléments de renfort qui seront décrits plus loin, un plan de symétrie P2 transversal - parallèle à (Y,Z).
L'anode 40 comporte trois évidements 54 ménagés depuis sa face supérieure 50. Ces évidements 54, qui sont chacun destinés à recevoir un pied du multipode 42, présentent par exemple la forme d'un cylindre d'axe Z. Les évidements 54 sont ici sensiblement identiques, centrés sur le plan P1 , alignés selon la direction X, et régulièrement espacés le long de la direction X.
De plus, l'anode 40 comporte au moins une rainure 60 destinée à faciliter l'évacuation des bulles de gaz générées lors des réactions d'électrolyse. Dans la réalisation représentée, l'anode 40 comporte deux rainures 60 sensiblement identiques et parallèles, disposées sensiblement symétriquement par rapport au plan PI . Toutefois, l'anode 40 pourrait comporter un nombre différent de rainures, par exemple une seule ou au contraire plus de deux.
Chaque rainure 60 s'étend sensiblement parallèlement aux faces longitudinales 52, d'une face latérale 53 à la face latérale 53 opposée, et débouche dans la face inférieure 51 de l'anode 40. La rainure 60 se présente sous la forme d'un parallélépipède rectangle possédant deux parois longitudinales 61 et une face de fond 62 - ou face supérieure - comme on le voit sur la figure 4. La face de fond 62 est située à une distance d1 de la face supérieure 50 de l'anode 40. L'anode 40 possède ainsi une portion supérieure pleine 56 située entre la face de fond 62 de la rainure 60 et la face supérieure 50 de l'anode 40.
L'anode 40 comprend en outre au moins un élément de renfort 70 situé dans la rainure 60. Cet élément de renfort 70 s'étend d'une paroi longitudinale 61 de la rainure 60 à la paroi longitudinale 61 opposée, de sorte qu'il comble localement la rainure 60. Il forme ainsi un renfort mécanique empêchant un rapprochement mutuel des parois longitudinales 61 de la rainure 60 sous l'effet de l'un des efforts auxquels l'anode 40 est soumise pendant sa fabrication, sa cuisson, son stockage, son transport et/ou son utilisation.
L'élément de renfort 70 est localisé dans la rainure 60. En particulier, il ne s'étend pas sur toute la longueur L de l'anode 40, afin qu'il existe toujours une rainure 60 débouchant en face inférieure 51 de l'anode 40 pour l'évacuation des gaz qui se forment, pendant toute la durée d'utilisation de l'anode 40. L'élément de renfort 70 peut être réalisé dans la même matière que l'anode 40 - c'est-à- dire en matériau carboné - et être venu de moulage avec l'anode.
Dans les modes de réalisation représentés, l'élément de renfort 70 s'étend depuis une face latérale 53 de l'anode 40 en direction de la face latérale 53 opposée sur une longueur maximale I. Cette longueur I peut être sensiblement constante sur toute la hauteur de l'élément de renfort 70 (figures 3 et 5b à 5d), ou non (figure 5a). En variante, on pourrait prévoir que l'élément de renfort 70 ne soit pas adjacent à une face latérale 53 de l'anode 40.
Afin de répondre aux exigences telles que : la maximisation de la masse carbonée de l'anode 40, la maximisation de la hauteur de la rainure 60 et l'obtention d'une résistance mécanique suffisante pour éviter un endommagement de l'anode 40 lors de sa manutention, l'élément de renfort 70 doit être conçu et localisé au sein de la rainure 60 de façon appropriée.
Ainsi, il a été déterminé que les caractéristiques suivantes - qui ne doivent pas nécessairement être toutes respectées conjointement sur une anode donnée - présentent un certain nombre d'avantages.
D'une part, la longueur I de l'élément de renfort 70 - ou la longueur maximale si la longueur I n'est pas constante sur toute la hauteur de l'élément de renfort 70 - peut être telle que I≥ à LJ8 et I < I72, de préférence I < LJ3 et/ou I > à 175, L étant la longueur de l'anode 40 entre ses faces latérales 53.
D'autre part, l'élément de renfort 70 peut posséder au moins une portion située à distance de la face de fond 62 de la rainure 60, pour optimiser la répartition des points d'application des efforts, en limitant le porte-à-faux lors de la manutention des anodes 40, et pour maintenir une efficacité optimale de la rainure.
Ceci peut se traduire en pratique de différentes façons. Ainsi, comme sur la figure 5a, l'élément de renfort 70 peut s'étendre sur toute la hauteur de la rainure 60. A l'inverse, l'élément de renfort 70 peut posséder un bord supérieur 72 situé à une distance d2 non nulle de la face de fond 62 de la rainure 60, comme sur les figures 3 et 5b à 5d (en d'autres termes, l'élément de renfort 70 ne s'étend pas jusqu'à la face de fond 62 de la rainure 60). Par ailleurs, l'élément de renfort 70 peut être situé de façon adjacente à la face inférieure 51 de l'anode 40 (comme sur les figures 3, 5a, 5c et 5d) ou non (comme sur la figure 5b).
Par ailleurs, une rainure 60 donnée peut comprendre un unique élément de renfort (figures 3, 5a, 5d) ou plusieurs éléments de renfort 70 disjoints, notamment deux (figures 5b, 5c). Lorsque l'anode 40 comporte plusieurs rainures 60, les éléments de renfort 70 des différentes rainures sont situés en vis-à-vis les uns des autres le long de la direction transversale Y. Dans ce cas, selon une réalisation possible, les rainures 60 sont sensiblement identiques et présentent des configurations identiques quant au nombre, aux caractéristiques géométriques et à la localisation des éléments de renfort 70.
Du fait de la présence d'un ou de plusieurs éléments de renfort 70 ayant des caractéristiques géométriques et un positionnement particuliers, comme exposé ci- dessus, l'invention permet d'augmenter la hauteur h de la rainure 60 par rapport à l'art antérieur. Ainsi, cette rainure 60 reste présente, et produit donc ses effets bénéfiques, sur une plus grande partie de la durée de vie de l'anode 40 avant que cette dernière soit trop consommée et doive être remplacée.
A titre d'exemple, pour une anode 40 possédant une hauteur H de l'ordre de 650 mm - entre ses faces inférieure 51 et supérieure 50 - la hauteur de carbone consommable est généralement de l'ordre de 450 mm, avant qu'il soit nécessaire de remplacer l'anode 40. Grâce à l'invention, il est possible d'atteindre une hauteur h de la rainure 60 supérieure à 350 mm, voire supérieure à 400 mm, par exemple de l'ordre de 420 mm ou même 450 mm. A titre de comparaison, la hauteur h pour ce type d'anode de l'art antérieur est de l'ordre de 250 à 300 mm environ.
Les autres dimensions de l'anode 40 illustrée sur les figures peuvent être les suivantes : longueur L de l'anode 40 : environ 1500 mm ;
profondeur p des évidements 54 : environ 150 mm ;
diamètre des évidements 54 : environ 200 mm ;
largeur des rainures 60 selon la direction Y : de l'ordre de 12 à 15 mm.
Selon un premier mode de réalisation, illustré sur la figure 3, l'élément de renfort 70 possède sensiblement la forme d'un parallélépipède rectangle possédant une face 71 située sensiblement dans le plan de la face inférieure 51 de l'anode 40 et une face 73 située sensiblement dans le plan d'une face latérale 53 de l'anode 40. La longueur I de l'élément de renfort 70 est comprise entre 300 et 500 mm, par exemple de l'ordre de 350 mm (soit environ 23 % de L). La hauteur d de l'élément de renfort 70 est comprise entre 100 et 300 mm, par exemple de l'ordre de 180 mm. Quant à la distance d2 entre la face de fond 62 de la rainure 60 et le bord supérieur 72 de l'élément de renfort, elle est par exemple de l'ordre de 250 mm.
D'autres modes de réalisation sont illustrés sur les figures 5a à 5d. Sur la figure 5a, l'élément de renfort 70 possède sensiblement la forme d'un trapèze dont une base forme le bord supérieur 72, confondu avec la face de fond 62 de la rainure 60, et dont l'autre base forme le bord inférieur 71 , dans le plan de la face inférieure 51 de l'anode 40. Par ailleurs, une face latérale 73 de l'élément de renfort 70 est située sensiblement dans le plan d'une face latérale 53 de l'anode 40. Enfin, l'autre face latérale 73 de l'élément de renfort 70 forme un plan incliné de sorte que la dimension selon X de l'élément de renfort 70 diminue en direction de la face inférieure 51 de l'anode 40. La longueur maximale I est de l'ordre de 175.
Sur la figure 5b, la rainure 60 comporte deux éléments de renfort 70 sensiblement identiques. Chaque élément de renfort 70 possède sensiblement la forme d'un parallélépipède rectangle allongé selon X, de longueur I sensiblement constante et voisine de L/5. Selon la direction Z, les éléments de renfort 70 sont espacés de la face de fond 62 de la rainure 60, l'un de l'autre, et de la face inférieure 51 de l'anode 40.
La réalisation de la figure 5c est similaire à celle de la figure 5b, à l'exception du fait que l'élément de renfort 70 inférieur est adjacent à la face inférieure 51 de l'anode 40.
Sur la figure 5d, la rainure 60 comporte un unique élément de renfort 70 ayant sensiblement la forme d'un parallélépipède rectangle allongé selon X, de longueur I sensiblement constante et voisine de L/3. L'élément de renfort 70 est espacé de la face de fond 62 de la rainure 60 mais adjacent à la face inférieure 51 de l'anode 40.
On se réfère à présent aux figures 6 à 8 pour décrire le procédé selon l'invention de manutention d'anodes agencées en un paquet 55.
Ce procédé peut être mis en œuvre pour le transport d'un paquet 55 d'anodes 40 crues vers un four de cuisson d'anodes, pour le transport d'un paquet 55 d'anodes 40 cuites depuis un four de cuisson d'anodes, et ou pour le transport d'un paquet 55 d'anodes 40 crues ou cuites depuis ou vers une zone de stockage.
Les anodes 40 concernées par le procédé selon l'invention peuvent être telles que précédemment décrites. Plus généralement, le procédé de manutention selon l'invention peut s'appliquer à des anodes 40 possédant au moins un élément de renfort 70 dans la rainure 60, ledit élément de renfort 70 s'étendant d'une paroi longitudinale 61 de la rainure 60 à la paroi longitudinale 61 opposée et possédant une longueur I maximale inférieure à la longueur de la rainure 60 - qui est généralement la longueur L de l'anode 40.
Le procédé comprenant une étape d'agencement consistant à disposer les anodes 40 les unes à côté des autres en un paquet 55. Dans un tel paquet 55, comme illustré sur la figure 7, une face longitudinale 52 d'une anode 40 est en vis-à-vis de et adjacente à une face longitudinale 52 d'une anode adjacente. De plus, les éléments de renfort 70 de toutes les anodes 40 du paquet 55 sont agencés sensiblement dans un même volume du paquet 55 d'anodes.
Comme on le voit notamment sur les figures 6 à 8, ce volume s'étend :
selon la direction Z, sur sensiblement toute la hauteur des anodes 40 du paquet 55 ; - selon la direction transversale Y, sur sensiblement toute la dimension du paquet 55 d'anodes ;
et selon la direction longitudinale X, sensiblement sur une distance égale à ladite dimension I maximale dudit élément de renfort 70.
Ce volume forme ainsi dans le paquet 55 d'anodes une zone mécaniquement renforcée 75.
Ainsi, malgré la présence des rainures 60, il est créé dans le paquet 55 d'anodes une zone mécaniquement renforcée 75 sur laquelle peuvent être appliquées des contraintes mécaniques relativement élevées sans entraîner d'endommagement des anodes 40 (dans des conditions normales de manutention).
Comme illustré sur la figure 7, il est possible de disposer les anodes 40 les unes par rapport aux autres de sorte que la direction transversale Y soit sensiblement horizontale et que les éléments de renfort 70 de toutes les anodes 40 du paquet 55 soient situés en partie inférieure des anodes 40. La zone mécaniquement renforcée 75 peut alors se présenter sous la forme d'un parallélépipède rectangle formant la base du paquet 55 d'anodes, sur laquelle il repose.
De plus, on peut prévoir de disposer les anodes 40 les unes par rapport aux autres de sorte que, sur une face du paquet 55 d'anodes, on alterne la face supérieure 50 d'une anode 40 et la face inférieure 51 d'une autre anode 40.
Dans ce cas, comme illustré sur la figure 9, un élément de renfort 70a d'une anode 40a donnée du paquet 55 d'anodes peut se trouver en vis-à-vis - selon la direction Y - de la portion supérieure pleine 56b d'une anode 40b adjacente du paquet 55, formant ainsi une première zone « pleine » 91. De plus, un élément de renfort 70b de l'anode 40b peut se trouver en vis-à-vis - selon la direction Y - de la portion supérieure pleine 56a de l'anode 40a, formant ainsi une deuxième zone « pleine » 92. Dans la réalisation représentée sur la figure 9, ces zones pleines 91 , 92 sont distinctes et espacées l'une de l'autre.
Ainsi, la combinaison des éléments de renfort 70 et des portions supérieures pleines 56 crée dans le paquet 55 d'anodes 40 deux zones pleines 91 , 92 sensiblement continues sur toute la direction Y, malgré la présence des rainures 60. Ces zones pleines 91 , 92 sont inclues dans la zone mécaniquement renforcée 75. Elles créent en leur sein, mais également à leur périphérie, des zones mécaniquement plus résistantes sur lesquelles peuvent être appliquées des contraintes mécaniques relativement élevées sans entraîner d'endommagement des anodes 40 (dans des conditions normales de manutention).
Bien que le paquet 55 représenté sur la figure 7 compte cinq anodes 40, ce chiffre ne doit pas être considéré comme limitatif.
Une fois les anodes 40 agencées en un tel paquet 55, le paquet 55 d'anodes peut être serré selon la direction transversale Y entre deux organes, par exemple entre les pattes 76 d'un outil de type pince 77. Afin de ne pas endommager les anodes 40, l'invention tire parti de la création de la zone mécaniquement renforcée 75, en prévoyant que l'effort de serrage soit exercé dans une première zone d'appui 81 située sensiblement en regard de cette zone mécaniquement renforcée 75, (voir figures 7 à 9),
Dans la réalisation représentée, les pattes 76 de la pince 77 comportent chacune quatre points d'appui. Ainsi, de chaque côté du paquet 55 d'anodes 40, la force de serrage se trouve répartie en plusieurs efforts ponctuels localisés.
Deux premiers points d'appui exercent leurs efforts dans la première zone d'appui 81 et sont avantageusement situés chacun sensiblement en regard d'au moins un élément de renfort d'une anode 40 du paquet 55 d'anodes ou de la portion supérieure pleine 56 d'une anode 40 du paquet d'anodes. Deux deuxièmes points d'appui exercent leurs efforts dans une deuxième zone d'appui 82 située au-dessus de la première zone d'appui 81 , à distance de la zone mécaniquement renforcée 75.
Les premiers points d'appui sont généralement sensiblement alignés horizontalement, et les seconds points d'appui sont généralement sensiblement alignés horizontalement, au- dessus des premiers points d'appui.
Deux des efforts exercés par les quatre points d'appui s'exercent dans la première zone d'appui 81 , sur une portion « pleine » du paquet 55 d'anodes ou à proximité d'une telle portion pleine. Et deux des efforts exercés par les quatre points d'appui s'exercent dans la deuxième zone d'appui 82 située au niveau d'une portion du paquet 55 d'anodes qui comporte - selon la direction Y - une succession de parties pleines (portion supérieure pleine 56 d'une anode 40) et de parties vides (partie d'une rainure 60 dépourvue d'élément de renfort d'une anode 40).
Ainsi, lorsque le serrage du paquet d'anodes ne peut pas se faire en une seule zone d'appui de chaque côté du paquet d'anodes, il est possible de calibrer les efforts respectifs sur les zones d'appui pour limiter les efforts dans les zones les plus fragiles, en faveur de la zone mécaniquement renforcée 75. Toutefois, comme l'effort exercé dans la deuxième zone d'appui 82 n'est qu'une partie de la force de serrage globale, l'intégrité des anodes 40 n'est pas mise en péril.
Afin d'améliorer le procédé, on peut de plus prévoir que l'effort exercé (ou la somme des efforts ponctuels exercés) dans la deuxième zone d'appui 82 ait une amplitude moindre que l'effort exercé (ou la somme des efforts ponctuels exercés) dans la première zone d'appui 81 , c'est-à-dire dans des portions « pleines ». Par exemple, l'amplitude des efforts exercés dans la première zone d'appui 81 , peut être N fois supérieure à l'amplitude des efforts exercés dans la deuxième zone d'appui 82. On peut choisir d'avoir N > 1 ,3, voire N≥ 1 ,5, voire même N > 2.
En particulier, selon une réalisation de l'invention, on peut prévoir un ratio de N=1 ,5, ce qui correspond à une répartition de 60/40 entre les efforts sur la zone 81 et les efforts sur la zone 82. On peut même prévoir une répartition de 70/30. A titre de comparaison, dans l'art antérieur (c'est-à-dire en l'absence d'une zone mécaniquement renforcée créée par des éléments de renfort et un agencement spécifique des anodes dans le paquet), le ratio N est généralement de 1 , ce qui correspond à une répartition de 50/50 entre lesdits efforts, et les zones d'appui sont disposées de façon sensiblement symétrique de part et d'autre du plan P2.
Ainsi, par rapport à l'art antérieur précité, les zones d'appui ont été abaissées, et comme illustré sur la figure 7, cette calibration relative des efforts peut être obtenue en munissant l'extrémité libre des pattes 76 de la pince 77 d'un palonnier 78 articulé autour d'un axe 79 non centré entre les zones d'appui inférieure 81 et supérieure 82. La différence des bras de levier entraîne la différence des amplitudes des efforts de serrage exercés.
Un tel procédé de manutention peut être mis en œuvre dans une installation 1 ' de fabrication d'anodes 40, que ce soit sur des anodes crues destinées à être placées dans un four ou sur des anodes cuites destinées à être placées dans une cellule 3 d'électrolyse, lors du stockage ou du transport des anodes.
Il va de soi que l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits ci-dessus à titre d'exemples mais qu'elle comprend tous les équivalents techniques et les variantes des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de manutention d'une pluralité d'anodes (40) destinées à la production d'aluminium par électrolyse ignée, chaque anode (40) comportant un bloc parallélépipédique de matériau carboné comportant une face supérieure (50), une face inférieure (51 ), ainsi qu'une paroi périphérique formée de deux faces longitudinales (52) et de deux faces latérales (53), chaque anode (40) comportant au moins une rainure (60) qui s'étend parallèlement aux faces longitudinales (52), d'une des faces latérales (53) à la face latérale (53) opposée, et qui débouche dans la face inférieure (51 ) de l'anode (40), la rainure (60) comportant une face de fond (62) située à distance de la face supérieure (50) de l'anode (40), de sorte que l'anode (40) possède une portion supérieure pleine (56) située entre la face de fond (62) de la rainure (60) et la face supérieure (50) de l'anode (40), au moins un élément de renfort (70) étant situé dans la rainure (60), ledit élément de renfort (70) s'étendant d'une paroi longitudinale (61 ) de la rainure (60) à la paroi longitudinale (61) opposée et possédant une dimension (I) maximale inférieure à celle de la rainure (60) dans la direction orthogonale aux faces latérales de l'anode (40), dite direction longitudinale (X), le procédé comprenant une étape d'agencement consistant à disposer les anodes (40) les unes à côté des autres en un paquet (55), une face longitudinale (52) d'une anode (40) étant en vis-à-vis de et adjacente à une face longitudinale (52) d'une anode (40) adjacente, caractérisé en ce que, dans l'étape d'agencement, on dispose les anodes (40) les unes par rapport aux autres de sorte que les éléments de renfort (70) de toutes les anodes (40) du paquet (55) soient agencés dans un même volume du paquet (55) d'anodes, ledit volume s'étendant :
selon une direction (Z) orthogonale aux faces supérieure (50) et inférieure (51), sur toute la hauteur des anodes (40) du paquet (55) ;
- selon une direction orthogonale aux faces longitudinales (52) des anodes (40), dite direction transversale (Y), sur toute la dimension du paquet (55) d'anodes ;
et selon la direction longitudinale (X), sur une distance égale à ladite dimension (I) maximale dudit élément de renfort (70) ;
ledit volume formant ainsi dans le paquet (55) d'anodes une zone mécaniquement renforcée (75).
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que, dans l'étape d'agencement, on dispose les anodes (40) les unes par rapport aux autres de sorte que les faces inférieures (51) et supérieures (50) des anodes (40) du paquet (55) d'anodes s'étendent verticalement et que ladite zone mécaniquement renforcée (75) soit située en partie inférieure du paquet (55) d'anodes.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que, dans l'étape d'agencement, on dispose les anodes (40) les unes par rapport aux autres de sorte que, sur une face du paquet (55) d'anodes (40), on alterne la face supérieure (50) d'une anode (40) et la face inférieure (51 ) d'une autre anode (40).
4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend une étape ultérieure de serrage consistant à serrer le paquet (55) d'anodes (40) entre deux organes (76), selon la direction transversale (Y), en exerçant un effort dans au moins une première zone d'appui (81 ) située sensiblement en regard de la zone mécaniquement renforcée (75), de préférence sensiblement en regard d'au moins un élément de renfort (70).
5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que, dans l'étape de serrage, on exerce en outre un effort dans au moins une deuxième zone d'appui (82) située à distance de la zone mécaniquement renforcée (75), le premier effort étant N fois supérieur au deuxième effort, avec N > 1 ,3, voire N≥ 1 ,5, voire même N≥ 2.
6. Procédé selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que l'élément de renfort (70) s'étend depuis une face latérale (53) de l'anode (40) en direction de la face latérale (53) opposée sur une longueur (I) maximale telle que I < L/2, et de préférence telle que I≤ LJ3, et/ou I≥ L/8, voire même I≥ 175, où L est la longueur de l'anode (40) entre ses faces latérales (53), et en ce que la première zone d'appui (81 ) est située sensiblement en regard d'au moins un élément de renfort (70) d'une anode (40) du paquet (55).
7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre :
- pour le transport d'un paquet (55) d'anodes (40) crues vers un four de cuisson d'anodes (40) ;
et/ou pour le transport d'un paquet (55) d'anodes (40) cuites depuis un four de cuisson d'anodes (40) ;
et/ou pour le transport d'un paquet (55) d'anodes (40) crues ou cuites depuis ou vers une zone de stockage.
8. Anode destinée à la production d'aluminium par électrolyse ignée, comportant un bloc parallélépipédique de matériau carboné comportant une face supérieure (50), une face inférieure (51 ), ainsi qu'une paroi périphérique formée de deux faces longitudinales (52) et de deux faces latérales (53), l'anode (40) comportant au moins une rainure (60) qui s'étend parallèlement aux faces longitudinales (52), d'une des faces latérales (53) à la face latérale (53) opposée, et qui débouche dans la face inférieure (51) de l'anode (40), la rainure (60) comportant une face de fond (62) située à une distance d1 de la face supérieure (50) de l'anode (40), l'anode (40) comprenant en outre au moins un élément de renfort (70) situé dans la rainure (60), ledit élément de renfort (70) s'étendant d'une paroi longitudinale (61) de la rainure (60) à la paroi longitudinale (61 ) opposée, caractérisée en ce que l'élément de renfort (70) :
- s'étend depuis une face latérale (53) de l'anode (40) en direction de la face latérale (53) opposée sur une longueur (I) maximale telle que L/8 < I < L/2, où L est la longueur de l'anode (40) entre ses faces latérales (53) ;
présente un bord supérieur (72) qui est situé à une distance d2 non nulle de la face de fond (62) de la rainure (60).
9. Anode selon la revendication 8, caractérisée en ce que I≤ LJ3.
10. Anode selon la revendication 8 ou 9, caractérisée en ce que I≥ 175.
11. Anode selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisée en ce que la hauteur h de la rainure (60) est comprise entre 0,5 H et 0,8 H, de préférence entre 0,6 H et 0,7 H, où H est la hauteur de l'anode (40) entre ses faces inférieure (51) et supérieure (50).
12. Anode selon l'une des revendications 8 à 1 1 , caractérisée en ce que l'élément de renfort (70) est adjacent à la face inférieure (51) de l'anode (40).
13. Anode selon l'une des revendications 8 à 12, caractérisée en ce que l'élément de renfort (70) possède la forme d'un parallélépipède rectangle possédant une face (71 ) située dans le plan de la face inférieure (51) de l'anode (40) et une face (73) située dans le plan d'une face latérale (53) de l'anode (40), la longueur (I) de l'élément de renfort (70) - le long d'une direction orthogonale aux faces latérales de l'anode (40), dite direction longitudinale (X) - étant comprise entre 300 et 500 mm, et la hauteur (d) de l'élément de renfort (70) - le long d'une direction orthogonale aux faces inférieure (51 ) et supérieure (50) de l'anode (40) - étant comprise entre 100 et 300 mm.
14. Anode selon l'une des revendications 8 à 13, caractérisée en ce que l'élément de renfort (70) est réalisé dans la même matière que l'anode (40) et venu de moulage avec l'anode (40).
15. Anode selon l'une des revendications 8 à 14, caractérisée en ce qu'elle comporte une pluralité de rainures (60) parallèles, et un élément de renfort (70) situé dans chacune des rainures (60), les éléments de renfort (70) étant situés en vis-à-vis le long de la direction orthogonale aux faces longitudinales (52) de l'anode (40), dite direction transversale (Y).
16. Procédé de production d'aluminium par électrolyse ignée, caractérisé en ce qu'il comprend la mise en œuvre du procédé de manutention selon l'une des revendications 1 à 7, et/ou en ce qu'il comprend l'utilisation d'au moins une anode (40) selon l'une des revendications 8 à 15.
17. Installation, telle qu'une installation (1 ') de fabrication d'anodes (40) pour la production d'aluminium par électrolyse ignée ou une installation (1 ) de production d'aluminium par électrolyse ignée, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins une anode (40) selon l'une des revendications 8 à 15.
PCT/IB2015/002117 2014-11-12 2015-11-06 Procédé de manutention d'une pluralité d'anodes destinées à la production d'aluminium par électrolyse ignée WO2016075526A1 (fr)

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