CA1157803A - Procede et appareillage pour reguler de facon precise la cadence d'introduction et la teneur en alumine d'une cuve d'electrolyse ignee, et application a la production d'aluminium - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un procédé et un appareillage pour la régulation précise de la cadence d'introduction et de la teneur en alumine d'une cuve destinée à la production d'aluminium par électrolyse d'alumine dissoute dans un bain à base de cryolithe, dont la partie supérieure forme une croûte figée, et dont la teneur en alumine doit être maintenue dans un intervalle étroit, choisi entre 1 % et 3,5%, procédé selon lequel on introduit l'alumine directement dans le bain de cryolithe fondue par au moins un orifice maintenu ouvert dans la croûte figée et on module la cadence d'introduction de l'alumine en fonction des variations de la résistance interne de la cuve pendant des intervalles de temps prédéterminés, en alternant des cycles d'introduction d'alumine à cadence plus lente et à cadence plus rapide que la cadence correspondant à la consommation normale de la cuve.

Description

7~03 La présente invention concerne un procédé et un appareillage pour réguler, de Ea~on precise, la cadence d'in-troduction et la teneur en alumine d'une cuve d'électrolyse ignée, et leur application ~ la production d'alurninium selon le procedé Hall-Héroult.
Au cours des derni~res années, on a progressive-ment automatisé le fonctionnement des cuves de production d'aluminium, tant pour en ameliorer le bilan energétique et la regularité de marche, que pour limiter les lnterventions humaines et améliorer le rendement de captage des eEfluents ~luorés.
Un des facteurs essentiels, pour assurer la régu-larité de marche d'une cuve de production dlaluminium par électrolyse d'alumine dissoute dans la cryolithe ~ondue, est la cadence d'introduction de l'alumine dans le bain~ Un de-faut d'alumine provoque l'apparition de " l'efEet anodique", ou " emballage " qui se traduit par une augmentation bruta-le de la tension aux bornes de la cuve, qui peut passer de 4 à 30 ou 40 volts, et qui se repercuke sur l~ensemble de la série.
Un excès d'alumine crée un risque de salissure du fond de la cuve par des depots d'alumine pouvant se transfor-mer en plaques dures isolant electriquement une partie de la cathodé. Ceci induit dans le metal des cuves la creation des courants horizontaux tres ~orts qui, par interaction avec les champs magneti~ues brassent la nappe de metal et provoquent une instabilite de l'interEace bain-metal.
Ce déEaut est particulièrement gênant lorsqu'on cherche ~ abaisser la temperature de fonctionnement de la cu-ve ce qui est très favorable au rendement Faraday - en adop-tant des bains très " acides " (à teneur elevee en A1~3) ou comportant des additifs divers, tels que des chlorures, ~57~3~)3 des sels de lithium ou de magneslum. Mais, ces bains ont une capacite et une vitesse de dissolution de l'alumine sensible-ment réduites, et leur utilisation implique que l'on régule de fason très précise la teneur ~n alumine, à des concentra-tions relativement basses et en-tre deux limites extrêmes relativement proches.
Bien qu'il soit possibl.e de mesurer directemen-t la teneur en alumine de~ bains par analyse d'échantillons d'électrolytel on a choisi, depuis de nombreuses années, de procéder ~ une évaluation indirecte des teneurs en alumine en suivant un paramètre électrique refletant la concentration en alumine dudit electrolyte.
Ce paramètre est generalement la variation de la résistance interne, oul plus exactement, de la pseudo-resistan-ce interne qui est egale à :
R = ~ e e etant une image de la force contre-electromotrice de la cuve dont on admet géneralement que la valeur est de 1,65 volts, U la tension aux bornes de la cuve et I l'intensite qui la traverse.
Par étalonnage, on peut tracPr une courbe de varia-tion de R en fonction de la teneur en alumine, et par mesure de R à une fréquence déterminee selon des methodes actuelle-ment bien connues, on peut connaltre a tout moment la concen-tration symbolisee par ~A12037 .
: On a cherché, depuis de nombreuses années, à ln-troduire l'alumine dans le bain avec une certaine régularité
de facon ~ maintenir sa concentration relativement stable au-tour d'une valeur prédeterminee.
Les procedés d'alimentation automatique en alumine, asservis plus ou moins rigoureusement à sa concentration dans le bain, ont été decrits notamment dans les brevets suivants:

-2-57~3~3 brev~t francais l ~57 746 de REYNOLDS, dans lequel la va-riation de résis-tance interne de la cuve est utilisee comme paramètre reflétant la concentration en alumine, dont l'in-troduction dans le bain est efEectuée par un distributeur combine avec un moyen de perçage dans la croûte d'electro-lyte ~ige ; brevet français l 506 463 V.A.W., qui est base sur la mesure du temps qui s'écoule entre l'arrêt de l'ali-mentation en alumine e-t l'apparition de l'effet anodique ;
brevet americains US 3 400 062 d'ALCOA, qui met en oeuvre une " anode pilote 1I pour obtenir une detection precoce de la tendance à l'emballement et régler la cadence d'in-troduction de l'alumine, qui est distribuée ~ partir d'une tremie munie d'un dispositif de perçage de la croute d'elec-trolyte fige.
Le moyen d'alimentation en alumine est decrit de fason plus complète dans le brevet US 3 681 229 de la meme societe.
Plus recemment, des procedes de regulation bases sur le controle de la teneur en alumine ont ete decrits en particulier dans la demande de brevet japonais 52-28417177 de SHOWA DENKO, et dans le brevet des Etats-Unis 4 126 525 de MITSUBISHI.
Dans le premier de ces brevets, la concentration en alumine est ~ixee dans l'intervalle de 2 à 8 %. On mesure la variation ~V, en fonction du temp~ t, de la tension aux bornes de chaque cuve, on la compare avec une valeur predé-terminée et on modi~ie la cadence d'alimentation e~ alumine pour ramener le ~V~T ~ la valeur standard. L'inconvenient de ce procede est que sa sensibilite varie avec la teneur en alumine, qui est precisement minimale dans l'intervalle uti~ise, de 3 à 5 % d'A1203 (tableau page 84).
Dans le second de ces brevets, on fixe egalement 7l3()3 la -teneur en alumine dans la gamme de 2 a 8% et, de preference, 4 à 6%. On alimente la cuve pendant un temps tl predetermine avec une quantite d'alumine superieure à sa consommation theo-rique, jusqu'à l'obten-tion d'une concentration en alumine predéterminée (par exemple jusqu'à 7~), puis on commute l'ali-mentation sur une cadence égale à la consommation théorique pendant un temps t2 prédétermine, puis on cesse l'alimentation jusqu'a apparition des premiers symptomes d'efEe-t d'anode (~emballage~), et on reprend le cycle d'alimentation en cadence superieure à la consomma-tion theorique.
Dans ce procede, la concentration en alumine varie, au cours du cycl.e, de ~,9 a 8~ (exemple 1) ou de 4,0 à 7%
(exemple 2). Ces differents procédes manquent de précision et.ne resolvent pas le problème pose, qui est la régula-tion de la teneur en alumine entre des limites etroites.
Selon la presente invention il est prevu un procede de regulation precise de la cadence d'introduction et de la teneur en alumine d'une cuve destinee à la production d'alumi-nium par electrolyse d'alumine dissoute dans un hain à base de cryolite, dont la partie superieure forme une croute Eigee, et dont la teneur en alumine ne doit e~tre maintenue dans un inter-valle etroit, entre 1% et 3,5~ en poids, procede ~elon lequel ~ on introduit :l'alumine directement.dans le bain de cryolithe fondue par au moins un orifice maintenu ouvert dans la croûte figee, caracterise en ce que l'on module la cadence d'intro-duction de l'alumine en fonction des variations de la resis-tance interne de la cuve pendan-t des intervalles de temps prédétermines soit en alternant des cycles de duree égale - d'introduction d'alumine a cadence plus lente et à cadence plus rapide que la cadence correspondant à la consommation de la cuve, soit en l'introduisant en doses successives, de poids ~ E~
.
.'~ ' .... ~ ~ .
' ' ~S~03 sensiblemen-t constant à des intervalles de temps variables, la cadence d'introduc-tion de l'alumine en fonction des variat:ions de la resistance interne etant deterniinee par la sllccession des operations suivantes, effectuees selon un cycle repetitlf:
A - on fixe une valeur de consigne Ro pour la résistance Ri et deux valeurs limites haute: Ro -~ r et basse Ro - r entre lesquelles la resistance interne pourra varier;
B - on commence un cycle de regulation au moment ou Ri est comprise Ro - r et Ro - r;
10 C - on alimente la cuve a une cadence lente CL inferieure de 15 à 50~ à sa consommation normale CN en alumine;
D - on mesure les valeurs successives que prend la resistance interne, qui augmente, à des intervalles de temps egaux;
E - on determine la pente Pl de variation de Ri au cours du stade D; on compare Pl à une valeur de consigne P~l et, si on trouve Pl~ P~l, on donne un ordre de serrage d'une valeur predeterminee, dès que la résistance interne Ri depasse Ro + r, on alimente la cuve a une cadence rapide CR supe-! rieure de 20 a 100-~ a sa consommation normale CN, pendant un temps T predetermine;
F - on mesure les valeurs successives que prend la resistance interne, qui diminue, a des intervalles de temps egaux;
G - ~ la fin du temps T, on arrete l'alimentation a cadence ¦ rapide CR~ on calcule la pente P2 de variation de la resis-tance interne pendant le stade F et on compate Pl et P2, si Pl CN - CL . on ne modifie pas les cadences CL et CR, : si - ~ : on recalcule une nouvelle cadence normale CN
Pl CN - CL
~ , .
~ .
--SEl--~:~S71303 selon la formule:

] _ P2 P.l _ _ CL CR
et on prend la nouvelle valeur CNl comme base de calcul pour les cadences lente et rapide des cycles suivants, puis on compare Ri e-t Ro - r et P2 et Pl, Si l'on a Ri <Ro - r ou P2> P~2, valeur de consigne prede-terminee, on donne un ordre de desserrage d'.une valeur predeterminee; et, finalement, on passe l'alimentati.on à cadence lente CL, eventuellement modifiee en Eonction de la nouvelle valeur CNl de la cadence normale et on commence un nouveau cycle au stade C.
Selon la presente invention, il est également prevu un appareillaye pour la mise en oeuvre d'un procede de regula-tion precise de la cadence d'introduction et de la teneur en alumine d'une cuve destinee à la production d'aluminium par electrolyse d'alumine dissoute dans un bain à base de cryo~
lithe, dont la partie superieure forme une croûte figee, dans.
laquelle on prevoit au moins un orifice de chargement, et dont .
la teneur en alumine doit être maintenue dans un intervalle ; etroit, entre 1~ et 3,5% en poids, caracterise en ce qu'il comporte un moyen pour maintenir ouvert chaque orifice de charyement, un moyen pour delivrer à chaque orifice des doses successives d'alumine de poids sensiblement constant, un moyen : de mesure de la pseudo-resistance inkerne, un moyen de calcul de la vitesse de variation de la resistance interne, des moyens pour faire varier la cadence d'introduction des doses d'alumine en fonction des variations de la resistance interne et des moyens pour faire varier la distance anode-cathode de ~ la cuve.
';
' ' 7~303 -5b-La presente invention peut trouver une application à la production d'aluminium par le procede Hall-Heroul-t soit avec un électrolyte normal ou lagèrement acide à base de cryolithe pouvant contenir, en outre, de 5 à 13% d'AlF~, et fonctionnant aux environs de~ 955 a 970~C, soit avec un electro-lyte tr~s acide, pouvant contenir de 13 à 20~ d'AlF3 et fonc-tlonnant aux environs de 930'à 955~C, et pouvant egalement contenir du Lithium, sous forme de LiF, et fonctionnant à des temperatures pouvant descendre jusqu'à 910~C.
Des modes de réalisations preferentiels de la presente invention vont être decrits ci-après à titre d'exemple, en se referant aux dessins attaches dans lesquels:
La figure 1 represente la variation de la pseudo-resistance interne d'une cuve d'electrolyse en fonction de sa teneur en alumine, avec, en paramètre, la distance anode~
cathode ~DAM~.
La figure 2 repersente la variation de la pseudo-resistance interne d'une cuve d'electrolyse en fonction du temps et de la cadence d'introduction d'alumine selon l'in-~ :' .
~5~33 vention.
La figure 3 represente la variation de la pseudo-resistance interne d'une cuve d'electrolyse en ~onction du temps et de la cadence d'introduction de l'alumine selon une variante de mise en oeuvre de l'invention.
La figure 4 represente l'ensemble d'un doseur, de sa tremie ~'alimentation et d'un ~lispositif destiné a main-tenir ouvert, en permanence, l'orifice d'introduction cle l'alumine.
La figure 5 represente le doseur permettant de delivrer des doses d'alumine successives de poids sensiblement constant.
La ~igure 1 montre que la pseudo~resistance in-terne d'une cuve passe par un minimum quelque peu flou aux environs de 3,5 ~ 4 ~ et augmente rapidement du cote des faibles teneurs en alumine et beaucoup plus lentement du côte des teneurs elevees. Pour avoir une bonne sensibilite, il y a donc interet à se placer du côté des faibles teneurs en alumine, sans toutefois descendre en-dessous de 1 %, valeur autour de laquelle la pseudo-resistance interne aug-mente très rapidement quand la teneur en alumine diminue, ce qui correspond a l'effet d'anode ou " emballage " . ~ans la suite, nous parlerons, pour simplifier, de resistance interne designée par Ri pour designer la pseudo~resistance interne.
L'invention est basee sur l'utilisation de la par-tie de la courbe Ri - I ~A12~3] comprise entre des teneurs en alumine de 1 à 3,5 % environ; et sur la possibilite d'e-valuer, à tGUt moment - et de corriger - la teneur en alu-mine du bain de cryolithe et de la maintenir entre des limi-tes très etroites. Il en resulte, outre une très grande ré-gularite de marche, la possibilite d'utiliser des bains d'e-' ~ iS7~3~)3 lectrolyse ayant une plus faible capacité d'absorptiorl de l'alumine mais, en contre-partie, conduisant à une tempera-ture de fonctionnement sensiblemerlt abaissee et ~ un rende-ment de courant dit rendement Faraday sensiblement augmente.
Le procedé, objet de l'invention, qul consiste à
moduler la cadence d'alimentation en fonction des variations de la résistance interne, comporte les stades successifs sui-vants (les stades identiques, dans les differentes variantes , seront designes par les mêmes lettres~.
A - On fixe une valeur de consigne Ro pour la re-sistance interne Ri qui est, par exemple, de 13,9 ~ pour une cuve moderne de 175 000 ampères à anodes précuites, et deux valeurs limites hautes et basses entre lesquelles la resistance interne sera autorisee à varier, Ro + r et P~o -r, par exemple 13,9 -~ 0,1 ~.
B- On commence un c~cle de régulation au moment o~
Ri est comprise entre 13,8 et 14,0 ~Q.
C - On alimente la cuve à une cadence dite lente (qui sera notee CL) inferieure de 15 à 50 % à la consommation normale correspondant au processus d'electrolyse, qui sera ; notee CN (sur une longue periode de temps, CN est environ de l'ordre de 100 kg/h pour une cuve de 175 00 ampères). CL
est deduit de CN par l'equation CL = ~.CN où ~ est un para mètre ajustable. La cuve va donc progressivement s'appauvrir en alumine, le point figuratif va remonter dans le sens de la flèche CL, figure 1, et Ri va croltre (figure 2).
D - On mesure les valeurs successives que prend la resistance interne a des intervalles de temps egaux tl, t2, t3, etc... par exemple toutes les 3 à 6 minutes. En pratique, on effectue un grand nombre de mesures dont on prend la moyen-~ ne de façon à ecarter le risque de valeurs aberrantes.
; E - On deternime la pente Pl de la courbe - en :

~:
7~(~3 pratique assimilable à une droite - de va:riation de resis-~tance interne en fonction du temps au cours du stade D. Si la pente Pl est in~érieure à une valeur de consi.gne P~l~ on don-ne un or~re de " serrage" , c'est-a-dire de diminution de la distance anode-cathode ou, plus exactement, de la dis-tance anodes-métal (DAM) par descente du syst~me ano~ique d'une valeur prédéterminee. Lorsque la resistance interne depasse la valeur limite haute Ro -~ r (~ t8 par exemple), on donne l'ordre au dispositiE d'alimentation de passer en ca-dence rapide (CR), superieure de 20 à 100 ~ à la consommation normale CN, pendant un tem~s T predeterminé et qui peut être de l'ordre de 1~2 heure à 1 heure. CR est dédui-t de CN
par l'équation CR = ~.CN, où ~ est un paramètre ajustable.
F - Du fait de l'alimentation a cadence rapide, la teneur en alumine de la cuve va augmenter progressivement puisqu'on lui en fournit plus que llelectrolyse n'en consomme, le point figuratif va redescendre dans le sens de la fleche CR, figure l et Ri va decroItre. On mesure les valeurs succes-sives que prend la resistance interne, à des intervalles de temps egaux r tg et tl6, par exemple, toutes les trois a six minutes.
G ~ A la fin du temps T, on arrete l'alimentation en cadence rapide. Puis, on calcule la pente P2 de la varia-tion de resistance interne en fonction du temps pendant le stade F et on effectue les operations suivantes:
a) on compare Pl et P2. Ils doivent etre dans le rapport P2 _ CN - CR . Si ce n'est pas le cas, on en de-Pl CN - CL
duit que CN est mal centree et on recalcule une nou~elle valeur CNl selon l'equation: .
P ~ P
CNl = 2 1 (p est en ~Q/mn et CL, par exemple CL CR en kg/mn) Ce calcul est normalement assure par l'automate qui pilote ~S7~()3 la cuve et le recalage de CN est automatique, ces opéra tions étant effectuees par des appareillages connus de l'hom-me de l'art et qui ne fon-t pas partie de l'invention;
bJ si Ri est devenue inferieure ~ Ro - r ou si P2 est supérieure à une valeur de consigne P~2, on donne un ordre de desserrage, c'est-à-dire d'augmentation de la distan-ce anode-cathode~ d'une valeur pr~idéterminée ;
c) on passe l'alimenta-tion en cadence lente, éventuellement modifiée en fonction de la nouvelle valeur de CNl de la cadence normale, et on reprend ainsi un nouveau cycle, au stade C.
Dans le procedé, le temps T ~d'alimentation en cadence rapide) e-t la cadence rapide CR sont ajustés de fa~on que la concentration de l'électrolyte en alumine augmente de 0,5 à 1 % (en valeur absolue) et, de preference, de 0,5 à
0,6 %. On .s'est donc déplacé sur une portion réduite de la courbe Ri = f ~A12O3 7 que l'on peut, de ce fait, et sans erreur appréciable, considérer comme linéaire dans l'in-tervalle.
Ce procédé assure donc une tres grande précision de :~ la teneur en alumine et, par conséquent, une très grande ré-gularité de marche de la cuveO
: Il peut etre appliqué sous deux variantes, d~une mise en oeuvre plus simple ; première variante : on effectue les stades de A à D, puis :
El : lorsque la résistance interne Ri a franchi la valeur limite haute Ro + r, on donne a la cuve un ordre de " serrage " d'une valeur prédeterminee et on passe en cadence d'alimentation rapide CR pour un temps prédeterminé T.
F : du fait de l'alimentation a cadence rapide, la teneur en alumine de la cuve va augmenter progressivement, puis-_g_ 7~
qu'on lui en fo~nit. plus que l'é:lec-troly~e n'en consomme, le point figuratif va redescendre dans le sens de la flèche CR, figure 1 et Ri va décroltre~
On mesure les valeurs successives que prend la résis-tance interne, a des intervalles de temps égaux, t tl6, par exemple toutes les trois ~ six minutes.
Gl : Lorsque le temps T est écoulé, on repasse en cadence lente. Si ~ la fin du temps T, on a Ri < Ro - r, on donne un ordre de desserrage proportionnel ~ la diffé-rence ( Ro - r ) - Ri, de facon a recaler le départ du cycle avec Ri sensiblement éyal à Ro - r .
Dans cette variante, on ne calcule plus les pentes Pl e-t P2, et on en dispose plus, de ce fait, de l'information " cadence normale corrigée CNl" .
Une deuxième variante consiste à effectuer les stades A et E tels qu'on vient de les decrire, et à continue.r de la façon suivante :
E2 : lorsque la résistance interne Ri a franchi la valeur limite haute Ro + r, on donne à la cuve un ordre de " serrage " d'une valeur prédéterminée. Si ce serrage amène la valeur suivante de Ri en-dessous de Ro + r, on continue à alimenter en cadence lente jusqu'à ce que Ri repasse au-dessus de Ro + r. On donne alors un nouvel ordre de 1I serrage" . Si le premier ordre de serrage n'a pas permis à la valeur suivante Ri de repasser en-dessous de Ro + r, on donne un deuxième, et éventuellement, d'autres ordres de serrage, mais on a fixé, a priori, et introduit dans l'automatisme, le nombre maximal N
d'ordres successifs au-dela.~uquel on repasse en caden-ce d'alimentation rapide. Ce nombre N peut etre 1, 2, 3, 4 ou 5. (Si. N est égal à 0, on est ramené au cas précé-dent, stade El). On passe alors en cadence rapide CR

~,~57~C~
pendan-t un temps T prédéterminé.
F : du fait de l'alimentation en cadence r~pide, ~a te-neur en alumine de la cu~e V2l augmenter pro~ressiYement, puisqu'on lui en ~ouEnit plus que l'électrol~se n'en con~
somme, le point flgwratif va redescendre dans le sens de la fleche CR, figure 1, et: Ri va decrolt~e.
Gl : lorsque le temps T est écoule, on repasse en cadence lente Cl,~ Si, à la fin du temps T, on a Ri< Ro ~r~ on donne un ordre de desserrage proportionnel a la di~é-rence (Ro - r) - Ri, de façon a recaler le depart du cycle avec Ri sensiblement egale ~ Ro - r.
L'appareillage pour la mise en oeu~re de l'invention comporte, tout d'abord, un moyen pour déli~rer, ~ cha~ue ori-fice d'introduction ménagé dans la croute d'électrolyte fige, des doses successives d'alumine de poids sensiblement constant, combine à un moyen de stockage de l'alumine situé, de préférence, à proximite de la cuve et que l'on peut rea~
limenter periodiquement à partir d~un stockage aentral.
Les figures 4 et 5 representent un dispositif d'alimentation en alumine selon l'invention.
L'alumine est stockee dans la tremie (1) placee dans la superstructure de la cuve. Sa capacite peut corres-pondre, par exemple, a un ou plusieurs jours de marche, et elle est realimentee elle-même à partir d'un stockage centra-~- lise, par tous moyens connus (tr~nsports pneumatiques fluidises, etc...) .
Le distributeur (23 et l'outil de perçage ~3) sont places à l'intérieur même de la tremie et fixes sur une plaque (4) qui en constitue le fond. Le distributeur com-porte essentiellement un doseur (5) et un distributeur (6)qui introduit l'alumine dans l'orifice (7) pratique et entre-tenu dans la croûte figee (8) à la surface de l'electrolyte ~11~
~i71~)3 ) .
Le doseur comporte un corps tubulaire ~10) dans .lequel coulisse un tige (11) actionnée par le vérin 112).
Cette tige est munie de deux obturateurs coniques (13) (13') qui coopèrent avec deux portées coniques (14) (1~') su les-quelles ils peuvent alternati.vement venir en appui de façon sensiblement étanche.
Le corps tubulaire (10) et le corps~supéri.eur (15) sont réunies coaxialement par une pluralité de nervures (16), laissant entre elles de larges espaces entre lesquels l'alu-mine s'écoule spontanément par gravite lorsque l'obtura~
teur (13) est en position haute, de façon à remplir le coprs tubulaire dont la capacité correspond à une dose uni~
taire d'alumine.
Sous l'action du vérin, la tige centrale (11) amène l'obturateur (13) en position basse, sur la portée (lg) tandis que l'obturateur (13') quitte sa portée (1~') et per-:met ainsi à la dose d'alumine de s'écouler par l'intermé- :
diaire de la goulotte de distribution (6) directement dans : 20 l'orifice ~7).
L'outil de perçage (3) est également disposé dans un corps tubulaire (17) placé à l'intérieur de la trémie. Il comporte un vérin (1~) dont la tige (19) est munie, à son extrémité, d'une pointerolle (20) facilement interchangeable, d'un moyen de raclage (21) qui permet d'éliminer, lors de la remontée de la pointerolle, les cro~tes d'électrolyte qui auraient pu y adhérer.
.Les commandes des vérins (12) et (18), non repré-~ sentées, sont reportées à l'extérieur de la trémie de façon connue.
Pour éviter que la pointerolle (20) ne plonge inu-tilement dans le bain, on peut la munir d'un moyen de détec- .
7~3C)3 tion du niveau de l'électrolyte, tel qu~ Ull contact élec-trique, qui donne au vérin (18) l'ordre de remonter des que la croûte a eté brisée et que l'extrémité de la pointerolle est venue au contact de l'électrolyte fondu.
La capacité du doseur est fixée en fonction de la puissance de la cuve et du nombre de points d'alimentation.
Une cuve donnée peut comporter un ou plusieurs ensembles do-seurs-distributeurs-piqueurs, répartis par exemple entre les deux liynes d'anodes.
Bien entendu, ce type. de doseur n'est donné qu'~
titre d'exemple, et tout autre moyen équivalent pour intro-duire l'alumine directement dans l'électrolyte liquide, par un orifice maintenu ouvert, entre dans le champ de l'inven-tion.
On peut egalement prevoir, à proximite immediate de l'ori~ice pratique et entretenu dans la croute, un moyen de captage des effluents gazeux qui s'en dégagent.
La mesure de la pseudo-resistance interne peut s'effectuer par differents moyens connus de l'homme de l'art.
La plus simple consiste ~ mesurer l'intensite I, la tension U au~ bornes de la cuve et ~ effectuer l'opération :
Ri = U - lr65 Les informations recueillies et traitees sont fina-lement utilisees pour assurer le cadencemsnt des dosas suc-cessives d'alumine.
Si, par exemple, la cadence normale CN est de ~ 100 kg ~ l'heure, repartis entre quatre orifices dlintroduc-- tion et que chaque dose d'alumine soit de 1 kg, CN correspond à une dose toutes les 110 secondes et CL - CN - 30 % à une dose toutes les 205 secondes.
Ces calculs et les declenchements d'ordres au distributeur-doseur sont assures, de façon connue, par des automates programmables, ec~uipe~ de mic~o~p~oces.~eUrs.
Il est particuliarement a~antageux de munir le dispositif destine ~ maintenir ouvert l'orifice d'introduc-tion d'un détecteur de bouchage dudit ori~ice, de telle sorte que, dans l'attente d'un débouchage manuel ou automatique, les distributeurs-do~eurs alimentant les autres orifices restés ouverts re~oivent des ordres d'augrnentation de cadence pour que la quantité totale d'a~umine in-troduite dans la cuve reste constante.
Le procédé et l'appareilla~e qui viennent d'etre décrits s'appliquent aux séries de cuves destinées a la pro-duction d'aluminium par électrolyse d'alumine dissoute dans ~ des bains à base de cryolithe fondue, et tout particuliere-ment, au cas o~ le bain comporte :
- soit de 5 à 13 % d'AlF3, avec une température de fonctionnement comprise entre 955 et 970~C.
: - soit de 13 à 20 ~ dIAlF3 (bains dits " tres acides" ) avec une température de fonctionnement de l'ordre de 930 a 955~ C, ces bains pouvant contenir, en ~utre, jus-qu'à l % de l~ithium sous forme de fluorure de lithium avec, dans ce dernier cas, une temperature de fonctionnement pou-. vant descendre jusqu'a 910~C.
~: On peut egalement envisager d'autres additifs tels que halogenures de magnesium a une concentration pouvant al-ler jusqu'à 2~ de magnesium ou des chlorures alcalins ou al-calino-terreux à une concentration pouvant aller jusqu'a l'equi~alent de 3 ~ de Cl.
Ces bains ont une capacite d'abso~ption et de dis-solution d'alurnine relativement faible et ils sont, de ce fait, bien adaptes a la mise en oeuvre du procede, objet de l'invention, qui assure un apport. régulier d'alumine. Ils ont l'avantage d'assurer un rendement Faraday nettement -14~
~5~
supérieur au~ b~ins classiques fo~ctionnant ~ 960-970~ C.
Exemple d'application :
On a ~ait fonctionner pendant plusieurs mois une série de cuves à anodes précuites, alimentees sous 180 000 ampères, en assurant le régulation de la teneur en alumlne, selon l'invention, autour d'une valeur centrale de 2,9 ~ et des variantes extrêmes de 3,5 ~ 2,1 ~. Le bain contenait 13 ~ d'AlF3 et la temperature était voisine de 950~ C. On a obtenu un rendement Faraday moyen de 93,5 ~ ( au lieu de 92 % moyens avec un bain ~ 8 % d'AlP3 et 6 à 9 % A12O3, a 960~ C) .
Puis, on a abaissé la teneur en alumine ~ une va-leur centrale de 2,3 % avec des variations extremes de l,6 et 2,9 %. Le bain contenait :L4 % dlAlF~ et 2 % de LiF, et la temperature était voisine de 935~ C. On a obtenu un rendement Faraday moyen de 95 ~.
On peut, en outre, tenir pour certain que l'abaisse-ment de la température, permis par la mise en oeuvre de l'in-vention, augmentera de fason sensible la durée de vie des cuves d'électrolyse.
Parmi les autres avantages que procure la mise en oeuvre de l'invention, on peut indiquer la suppression des accumulations de boues sur le fond des cuves, et la reduc-tion du nombre moyen d'emballage, sur chaque cuve, à moins de un par vingt quatre heures.

Claims (11)

REVENDICATIONS

1° - Procédé de régulation précise de la cadence d'introduction et de la teneur en alumine d'une cuve destinée à la production d'aluminium par électrolyse d'alumine dissoute dans un bain à base de cryolite, dont la partie supérieure forme une croûte figée, et dont la teneur en alumi-ne doit être maintenue dans un intervalle étroit, entre 1% et 3,5% en poids, procédé selon lequel on introduit l'alumine directement dans le bain de cryolithe fondue par au moins un orifice maintenu ouvert dans la croûte figée, caractérisé en ce que l'on module la cadence d'introduc-tion de l'alumine en fonction des variations de la résistance interne de la cuve pendant des intervalles de temps prédéterminés soit en alternant des cycles de durée égale d'introduction d'alumine à cadence plus lente et à cadence plus rapide que la cadence correspondant à la consommation de la cuve, soit en l'introduisant en doses successives, de poids sensi-blement constant à des intervalles de temps variables, la cadence d'in-troduction de l'alumine en fonction des variations de la résistance inter-ne étant déterminée par la succession des opérations suivantes, effec-tuées selon un cycle répétitif :
A - on fixe une valeur de consigne Ro pour la résistance Ri et deux valeurs limites haute : Ro + r et basse Ro - r entre lesquelles la résistance interne pourra varier ;
B - on commence un cycle de régulation au moment où Ri est comprise Ro - r et Ro - r;
C - on alimente la cuve à une cadence lente CL inférieure de 15 à
50% à sa consommation normale CN en alumine ;
D - on mesure les valeurs successives que prend la résistance interne, qui augmente, à des intervalles de temps égaux ;
E - on détermine la pente P1 de variation de Ri au cours du stade D ;
on compare P1 à une valeur de consigne P°1 et, si on trouve P1 < P°1, on donne un ordre de serrage d'une valeur prédéterminée, dès que la résistance interne Ri dépasse Ro + r, on alimente la cuve à une cadence rapide CR supérieure de 20 à 100% à sa consom-mation normale CN, pendant un temps T prédéterminé ;
F - on mesure les valeurs successives que prend la résistance interne, qui diminue, à des intervalles de temps égaux ;
G - à la fin du temps T, on arrête l'alimentation à cadence rapide CR, on calcule la pente P2 de variation de la résistance interne pendant le stade F et on compate P1 et P2 ,si : on ne modifie pas les cadences CL et CR, si : on recalcule une nouvelle cadence normale CN1 selon la formule :
et on prend la nouvelle valeur CN1 comme base de calcul pour les cadences lente et rapide des cycles suivants, puis on compare Ri et Ro - r et P2 et P1,si l'on a Ri < Ro - r ou P2 > P°2, valeur de consigne prédéterminée, on donne un ordre de desserrage d'une valeur prédétermi-née ; et, finalement, on passe l'alimentation à cadence lente CL, éven-tuellement modifiée en fonction de la nouvelle valeur CN1 de la cadence normale et on commence un nouveau cycle au stade C.

2° - Procédé de régulation selon la revendication 1, caractérisé en ce que au stade E, lorsque la résistance interne Ri de la cuve a dépassé la valeur limite haute Ro + r, on effectue les opérations suivantes :
E1 : lorsque la résistance Ri a franchi la valeur limite haute Ro + r on donne à la cuve un ordre de serrage d'une valeur prédéterminée et on passe en cadence d'alimentation rapide CR pour un temps prédéter-miné, To ;
F : on mesure les valeurs successives que prend la résistance interne qui diminue, à des intervalles de temps égaux ;
G1 : lorsque le temps T s'est écoulé, on repasse en cadence lente, si, à la fin du temps T on a Ri < Ro - r, on donne un ordre de desserrage proportionnel à (Ro - r) - Ri.

3° - Procédé de régulation selon la revendication 1, caractérisé en ce que au stade E, lorsque la résistance interne de la cuve a dépassé
la valeur limite haute Ro + r, on effectue les opérations suivantes :
E2 : on donne un premier ordre de serrage d'une valeur prédéterminée et on mesure à nouveau la résistance interne Ri ,si elle est toujours supérieure à Ro + r, on donne un deuxième ordre de serrage et ainsi de suite jusqu'à ce que la résistance interne soit redes-cendue en-dessous de Ro + r ;

quand le nombre d'ordres de serrage successifs a dépassé une valeur N prédéterminée, généralement com-prise entre 1 et 5, sans que la résistance interne soit descendue en-dessous de Ro + r, on passe en cadence rapide CR pendant un temps T prédéterminé;
F : on mesure les valeurs successives que prend la résis-tance interne, qui diminue, à des intervalles de temps égaux;
G1 : lorsque le temps T est écoulé, on repasse en cadence lente CL, si, à la fin du tmps T, on a Ri < Ro - r, on donne un ordre de desserrage proportionnel à la différence (Ro - r) - Ri et on commence un nouveau cycle au stade C.

4.- Procédé de régulation selon la revendication 1, 2 ou 3, selon lequel on maintient ouvert chaque orifice d'intro-duction d'alumine au moyen d'un plongeur animé d'un mouve-ment alternatif, sensiblement vertical, qui est actionné
dans l'intervalle de temps séparant les introductions de doses d'alumine, caractérisé en ce que l'on détecte l'obtu-ration éventuelle de l'un des orifices d'introduction et que l'on cesse tout apport d'alumine à ce point et que l'on augmente proportionnellement l'apport d'alumine aux autres orifices jusqu'au débouchage de l'orifice obturé.

5.- Procédé de régulation selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que l'on ajoute au bain de cryolithe fondue au moins l'un des additifs suivants:
- fluorure d'aluminium de 5 à 20% en poids, - sels de lithium en concentration inférieure ou égale à
1% en poids exprimé en Li, - sels de magnésium en concentration inférieure ou égale à
2% en poids exprimé en Mg, - chlorure alcalin ou alcalino-terreux en concentration inférieure ou égale à 3% en poids exprimé en Cl.

6.- Procédé de régulation selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que la température de l'électro-lyte est réglée entre 910 et 955°C.

7.- Appareillage pour la mise en oeuvre d'un procédé de régulation précise de la cadence d'introduction et de la teneur en alumine d'une cuve destinée à la production d'aluminium par électrolyse d'alumine dissoute dans un bain à base de cryolithe, dont la partie supérieure forme une croûte figée, dans laquelle on prévoit au moins un orifice de chargement, et dont la teneur en alumine doit être maintenue dans un intervalle étroit, entre 1% et 3,5% en poids, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen pour maintenir ouvert chaque orifice de chargement, un moyen pour délivrer à chaque orifice des doses successives d'alumine de poids sensiblement constant, un moyen de mesure de la pseudo-résistance interne, un moyen de calcul de la vitesse de variation de la résistance interne, des moyens pour faire varier la cadence d'introduction des doses d'alumine en fonction des variations de la résistance interne et des moyens pour faire varier la distance anode-cathode de la cuve.

8.- Appareillage selon la revendication 7, caractérisé
en ce qu'il comporte, en outre, un moyen pour détecter l'obturation éventuelle d'un orifice d'introduction, un moyen pour interrompre l'alimentation à l'orfice obturé
et un moyen pour accélérer proportionnellement la cadence d'alimentation aux autres orifices jusqu'au débouchage de l'orifice obturé.

9.- Appareillage selon la revendication 7, caractérisé.
en ce qu'il comporte, en outre, un moyen de captage des effluents, situé à proximité immédiate de chaque orifice.

10.- Appareillage selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comporte, en outre, un moyen de captage des effluents, situé à proximité immédiate de chaque orifice.

11.- Appareillage selon la revendication 7, 9 ou 10, dans lequel le moyen pour délivrer des doses successives d'alu-mine de poids sensiblement constant, comporte un corps tubulaire cylindrique d'axe sensiblement vertical, de capacité prédéterminée, une tige disposée selon l'axe du corps portant, à ses extrémités, deux obturateurs coopé-rant avec deux portées sur les extrémités inférieure et supérieure du corps tubulaire, la distance entre les deux obturateurs étant supérieure à la longueur du corps tubu-laire, la dite tige étant reliée à un moyen contrôlé de déplacement axial vers le haut et vers le bas qui amène, alternativement, l'obturateur inférieur, puis l'obturateur supérieur en contact avec la portée inférieure et avec la portée supérieure, la partie supérieure du corps tubulaire étant en communication avec un réservoir d'alumine, caractérisé en ce qu la partie inférieure du corps tubulaire est reliée à un couloir d'écoulement de l'alumine vers l'orifice de la croûte d'électrolyte.