BE563729A - - Google Patents

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BE563729A
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/02—Apparatus characterised by being constructed of material selected for its chemically-resistant properties
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    • B01J2219/02—Apparatus characterised by their chemically-resistant properties
    • B01J2219/0204—Apparatus characterised by their chemically-resistant properties comprising coatings on the surfaces in direct contact with the reactive components
    • B01J2219/0236—Metal based
    • B01J2219/024—Metal oxides

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrolytic Production Of Metals (AREA)

Description


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   La présente invention se rapporte à la réduction de la perméabilité et la susceptibilité à l'attaque, de matières qui se trouvent en contact avec des liquides, spécialement des li- quides chimiquement agressifs,, à haute température. 



   On connaît les difficultés rencontrées dans la fabrication d'appareils destinés à contenir ou traiter des liquides à de hautes températures, tels que des métaux et sels fondus, spé- cialement lorsque, en raison de la nature chimique ou physique du liquide, ou à cause d'exigences spéciales d'isolation élec- trique, il n'est pas possible d'employer des matières très im- perméables, tels que des métaux, du graphite ou .carbone en blocs, ni des surfaces émaillées, En pareils cas il est néces- saire d'utiliser d'autres matières, tels que des oxydes métal- liques ou autres composés qui, en raison de leur très haut point de fusion, la difficulté de leur façonnage mécanique et leur résistance mécanique, leur résistance à la chaleur et leur résistance aux chocs thermiques, ne peuvent pas être con- fectionnées dans la forme et les dimensions désirées,

   tels que des plaques, tubes, blocs, mais doivent; au   contraire,   être employées sous la forme de conglomérats, masses frittées, mas- ses damées et analogues, contenant des liants et possédant, en conséquence, un degré de porosité relativement élevé. 



   En cas d'utilisation avec des liquides à basse viscosité, qui mouillent les parois, le liquide pénètre dans les pores de la matière en raison de la colonne hydrostatique du liquide et de l'action capillaire, détruisant le liant et augmentant énor- mément la surface exposée à l'attaque, de sorte que   même   une substance qui pourrait offrir une résistance suffisante au li- quide si elle était imperméable, est rapidement imprégnée, se désintégra et est finalement rendue inutilisable. 



   Dans des cas semblables, on a essayé de réduire la poro- sité des matières par l'amélioration de leur structure physique, 

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 par compression et par d'autres traitements, mais dans beau.... coup de cas il est difficile d'obtenir un résultat satisfaisant. 



   On connaît parfaitement les difficultés rencontrées dans   do   nombreux procédés chimiquos et électrochimiques, tels que la production électrolytique d'aluminium, dans   un   four pourvu d'un revêtement do matiére inente,électriquement   non-conduc-   tries ou dans un récipient éabli sn une telle matière, à cau- se du manque de   inaltérés     appropriées.   



   Il a maintenant été découvert que si du   gaz   inerte (c.à.d. un gaz qui ne réagit pas avec le liquide, tels que par exemple   l'azote,   l'oxyde de carbone,l'anhydride   carbonique,     l'hélium)   est introduit dans les pores de la matire, de façon à créer dans colle-ci une   distribution   dos pressions telle qu'on ob- tient la fuite de gaz   vers   le liquide   ou,   de préférenc,e des conditions de quasi-éouiliere aux   surfaces   en contact avec le liquide, ce dernier ne pout pas pénétrer dans les pores et la matière se comporte comme si elle était   pratiquement   imperméa- ble au liquide.

   La surface d'attaque chimique est limitée à celle de la surface   exposée   de la paroi et, par conséquente la nature de l'attaque asti en fati négligeable. 



   L'nvention prévoit un procédé de   réduction   de la porica- bilité des parois intérieures de la matière réfractaire dlun récipient contenant un liquide agressif,   lequel   procédé con- siste essentiellement à injecter un gaz inerte à travers les parois du récipient vers le liquide qu'il contient, à une pression suffisante pour assurer la formation de bulles de gaz aux extrémités des   pores   de la matière. 



   De préférence, la pression de gaz est do 1,05 à 3   atmos..   phères absolues. Dans certains cas il peut convenir d'utiliser le gaz qui est développé   la-- la   liquide dans le récipient. 



   Selon une autre particularité de l'inventio, le gaz inar- te peut être recueilli après son passage à travers les parois 

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 du récipient et le liquide, pour être recyclé. 



   L'invention est, en particulier, applicable aux récipients et revêtements établis en MgO, spécialement ceux utilisés dans la production d'aluminium par   l'électrolyse   de sel fondu. 



   Il a également été découvert, et cela forme aussi une par- tie de   l'invention,,   que la matière dans laquelle le gaz doit être injecté, doit, de préférence, avoir une structure assurant une grandeur franchement régulière (section transversale   sensi-   blemont constante) des   poros   ouverts dans la matière. 



   Salon une, autre particularité de l'invention, la matière est, de préférence, traitée préalablement pour régulariser la grandeur des pores. Un tel traitement préalable peut être ef-   fectué   en soumettant la matière à une imprégnation avec du brai et en chauffant ensuite la matière imprégnée, afin de cokéfier le brai (voir, par exemple, la description' de la demande de .brevet belge déposée le 28 décembre   1957,   sous le   N    445,331). 



     Inaction   protectrice peut parfois être renforcée, dans le cas de parois verticales ou inclinées,.   en.augmentant   la   quan-   tité de gaz de façon qu'il s'éleva et lèche la paroi   pour'for-   mer un voile limitant davantage le contact entre le liquide et la paroi. 



   L'invention prévoit, en outre, un appareil pour le traite- ment de liquides fondus, comprenant un récipient établi en ma-   tièro   réfractaire, plusieurs canaux situés à   ltintérieur   de cette matière et communiquant uniquement avec l'extérieur par un tuyau d'admission pour un gaz inerte. 



   A titre démonstratif, un exemple d'exécution de l'inven- tion sera décrit ci-après avec référence au dessin annexé qui montre une vue schématique en coupe d'une cellule destinée à être utilisée pour l'électrolyse de sels fondus. 

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   Le sel fondu 1 est contenu dans un   réoipiont 2   établi en une masse damée ou en briques de matière réfractaire (p.ex. 



  MgO) qui est légèrement attaquable par la sol fondu ot possède un degré limité de porosité (p. ex. ne dépassant pas 15 %). 



  Le réfractaire a été traité pour assurer une uniformité suffi- sante des dimensions des porcs. Le chauffage est effectué par des moyens usuels dans la chambre supérieure 3 ou par le pas- sage de courant électrique à travers le sel fondu ou de toute autre manière appropriée. Le récipient est isolé   thermique mont   par de la matière thermiquement isolante 4 
Un certain nombre de trous ou petits canaux 5, qui ne attendent ni jusqu'aux faces   intérieures   ni jusqu'aux faces extérieures du récipient, sont prévus dans la paroi de celui- ci. Ces trous communiquent entre eux par un   collecteur   7 qui s'étend à travers la matière isolante 4 et est raccordé à un tuyau 8.

   L'agencement des trous-peut avoir toute forma et tou- tes dimensions appropriées, solon les caractéristiques du ré- oipient et du liquide* 
Il est préférable d'imperméabiliser toute la surface ex-   térieure   6 du récipient, ainsi que, dans la mesure où   alest   pratiquement réalisable, la surface 9 se trouvant sous le   cou-   vercle et les parties 10 de la surface intérieure du récipient, qui ne se trouvent pas en contact avec le liquide,ce qui peut se faire par des moyens usuels, tels que les revêtements métalliques, ou l'application ou la formation de couches im-   perméabilisantes.   De tels moyens d'imperméabilisation   doivont   seulement résister à la température et non pas à l'action du sel fondu;

   le degré   d'imperméabilisation   ne doit pas être ab- solu, mais il suffit de réduire la consommation de gaz et les pertes de chaleur. 



   Par exemple, si le récipient est construit on MgO et la température du bain ne dépasse pas 950  C, on peut utiliser 

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 les moyens suivants d'imperméabilisation externe: métaborate de potassium, sulfate de calcium et de potassium,   métasilicate   de potassium ou   disilicate   de potassium. 



   Du gaz inerte 12, par exemple de l'azote, est introduit par le tuyau 8 et la pression est réglée de façon à équilibrer ou légèrement dépasser la pression due à la colonne   hydrostati-   que du liquide et   l'action   capillaire au fond 11 du récipient. 



  La pression choisie varie selon les dimensions du récipient, la hauteur de liquide dans celui-ci, le type de liquide, les dimensions et la position des canaux secondaires 5, le type de réfractaire, les dimensions des pores dans le réfractaire (plus petits que 50 microns, de préférence plus petits que 20 mi- crons). La pression est habituellement de 1,05 à 3,00 atm.abs. 



  Dans ces conditions, un ménisque liquide est formé   au-dessus   de chaque pore sur la surface du récipient. 



   Le ménisque reste en équilibre, ou bien une série de pe- tites bulles de gaz se forment lentement et montent à la sur- face du liquide. De toute façon la pénétration du liquide dans les pores du réfractaire est empêchée. Sur les parois latéra- les du récipient, la colonne hydrostatique du liquide   devient   plus petite à mesura   qu'on   approche de la surface du liquide et, de ce fait, le passage de bulles de gaz 13 a tendance à augmenter. Etant donné, toutefois, que ce passage provoque une chute de pression à travers les chemins capillaires des parois, qui sont d'autant plus longs qu'ils sont plus éloignés du fond, on obtient un effet d'auto-réglage qui limite la quantité to- tale de gaz requise. Le gaz dégagé du liquide quitte la   cham-     bre   supérieure par le conduit 14. 



   Dans le cas d'une cellule   d'électrolyse   pour la production d'aluminium il est possible de créer, au fond de la chambre . collectrice de l'aluminium, une zone d'équilibre statique, le fait que celle-ci coïncide exactement, ou non, avec le fond 

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 géométrique de la chambre étant sans grande importance, puisque   :L'aluminium   métallique ne   pénètre   de toute façon pas dans les parois latérales réfractaires en MgO. Sur les parois en contact direct avec le bain de sels de fluor, il est, au contraire pos- sible de prévoir, par la distribution convenable des canaux secondaires et par le réglage de la pression, un équilibre dy-   namique   avec le gaz quittant, vers   1 intérieur,   les pores des parois. 



   Le parcours du gaz dans le bain passe principalement le long des parois latérales de la cellule (c,à.d., en pratique, le long des parois longitudinales dans un bain à cellules multi- ples tel que décrit) par exemple, dans les brevets italiens n  527.989 et   536.690,   etc. ) et n'entrave pas Itélectrolyse. 



  Les bulles   développées   sur les parois transversales   (c.à.d.   les parois comprenant les électrodes bipolaires de carbone électrodique)montent le long de la surface aodique, ensemble avec celles du gaz engendré par l'électrolyse et, par consé-. quent,   1'opération   du four multicellulaire n'est pas altérée.

Claims (1)

  1. REVENDICATIONS 1) Procédé pour la réduction de la perméabilité et la sus- ceptibilité à l'attaque des parois dtun récipient en matière réfractaire contenant un liquide agressif, lequel procédé com- prend l'injection dtun gaz inerte à travers les parois du ré- cipient vers le liquide qu'il contient, à une pression suffi- sante pour assurer la formation de bulles de gaz sur les sur- faces des parois, qui se trouvent en contact avec ledit liquide agressif.
    2) Procédé suivant la revendication 1, dans lequel la pres- sion est de 1,05 à 3 atmosphères absolues.
    3) Procédé suivant la revendication 1 ou 2, dans lequel le gaz inerte est un gaz développé par le liquide contenu dans le récipient.
    4) Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le gaz inerte est de l'azote et/ou de l'oxyde de carbone et/ou de l'anhydride carbonique.
    5) Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le gaz inerte est préchauffé.
    6) Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes,, dans lequel le gaz inerte est recueilli après son passage à travers les parois du récipient et le liquide, et est recyclé 7) Procédé suivant ltune quelconque des revendications précédentes, dans lequel la matière réfractaire est le MgO.
    8) Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le liquide est un sel halogène fondu..
    9) Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la matière réfractaire est préalable- ment traitée pour régulariser la grandeur des pores. <Desc/Clms Page number 8>
    10) Procédé suivant la revendication 9, dans lequel ledit traitement préalable est effectué en soumettant la matière à l'imprégnation avec du brai et en chauffant ensuite la matière imprégnée pour cokéfier le brai.
    11) Procédé pour réduire la perméabilité des parois d'un récipient contenant un liquide; on substance comme décrit ci- dessus avec référence aux dossins annexés.
    12) Appareil pour le traitement de liquides fondus, com- prenant un récipient qui les contient et est établi en matière réfractaire poreuse,et plusieurs canaux situés à l'intérieur de cette matière et communiquant uniquement avec l'extérieur par un ou plusieurs tuyaux d'admissoin pour des gaz inertes.
    13) Appareil suivant la revendication 12, muni de moyens pour recueillir le gaz inerte après son passage à travers la matière réfractaire et pour le ramener aud.it tuyau d'admission.
    14) Appareil suivant la revendication 12 ou 13, dans le- quel ladite matière réfractaire est du MgO.
    15) Appareil suivant la revendication 12, 13 ou 14, dans lequel ladite matière réfractaire a été préalablement traitée pour régulariser la grandeur des pores.
    16) Appareil suivant l'une quelconque des revendications 12 à 15, dans lequel les parties des surfaces du récipient, qui ne se trouvent pas en contact avec le liquide fondu contenu dans celui-ci, sont imperméabilisées par le revêtement desdites surfaces avec du métal ou d'autres couches imperméables ou sub- stances imperméabilisantes, qui ne doivent pas satisfaire à des exigences spéciales de résistance chimique.
    17) Appareil suivant l'une quelconque des revendications 12 à 16, dans lequel le récipient est isolé thermiquement.
    18) Appareil suivant l'une quelconque des revendications 12 à 17, adapté à la production d'aluminium par l'électrolyse de sel fondu. <Desc/Clms Page number 9>
    19) Appareil pour le traitement de liquides fondus' en substance comme décrit ci-dessus avec référence aux dessins annexés.
    20) Procédé suivant la revendication 1 et appareil suivant la revendication 12, dans lesquels la section transversale des- dits canaux, leur parcours et leur distance des surfaces des parois se trouvant en contact avec le liquide sont tels qu'on opérant sous pression de gaz une distribution de pression pra- tiquement statique soit créée dans au moins la majorité des pores desdites surfaces des parois, en réduisant ainsi à un minimum 1'écoulement de gaz, tout en empêchant la pénétration du liquide dans le réfractaire.
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