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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.