Procédé de production électrolytique du magnésium et du chlore et installation pour la mise en #uvre de ce procédé. La présente invention se rapporte<B>à</B> l'élec trolyse de bains fondus contenant du chlorure de magnésium et plus denses que le magné sium, en vue de produire du magnésium<B>à</B> l'état de métal et du chlore, ainsi qu'à une installation pour effectuer cette électrolyse.
Le magnésium et le chlore sont, comme il est bien connu, libérés par l'électrolyse des électrolytes fondus contenant du chlorure de magnésium. Jusqu'alors, on a considéré comme essentiel d'effectuer une rapide séparation du chlore libéré et du magnésium, dans la zone même<B>de</B> l'électrolyse, afin d'éviter que ces éléments n'entrent de nouveau en combinai son. Cette recombinaison abaisse d'autant le rendement de l'électrolyse et doit, de ce fait, être réduite<B>à</B> un minimum.
En général, on effectue la séparation du chlore libéré et du magnésium en interposant un écran ou une cloison réfractaire entre la cathode et l'anode, dans la cuve,<B>à</B> la partie supérieure de la ré gion où a lieu l'électrolyse, pour retenir le magnésium libéré<B>à</B> la cathode, d'un côté, et permettre au chlore de s'échapper de l'autre côté, entre l'écran et l'anode sur laquelle le chlore est libéré. Les euves qui sont établies selon ce principe présentent un certain nom bre d'inconvénients, mais, antérieurement<B>à</B> la présente invention, aucun autre procédé pour obtenir, de manière satisfaisante, la récupé ration du magnésium et du chlore libéré par électrolyse n'a été réalisé.
La nature du problème peut être démon trée en examinant sommairement certaines des difficultés qui apparaissent dans la construe- tion et dans le fonctionnement<B>de</B> ce type général de cuve. L'interposition d'un écran entre l'anode et la cathode augmente nécessai rement la distance entre ces dernières et aug mente, par conséquent, la tensiôn du courant requis pour l'opération et la consommation d'énergie électrique par kilogramme de métal produit.
Cet accroissement de la distance entre les électrodes augmente aussi les dimen sions clé la cuve, par unité de capacité, ce qui, non seulement augmente le prix de la cons truction de la cuve, mais donne lie-Lu <B>à</B> ime perte d'énergie par augmentation des pertes de chaleur dues<B>à</B> une ci-ive plus grande. Le matériau réfractaire utilisé pour la cons titution de l'écran doit résister<B>à</B> l'action du bain de chlorure et du chlore chaud libéré et il doit conserver ses proprié tés mécaniques et électriques malgré l'ex position<B>à</B> ces agents.
Lorsque cet écran est suspendu, comme c'est le cas dans la cons truction usuelle, -une très grande résistance <B>à</B> la traction et aux chocs et une extrême résis tance<B>à</B> l'érosion sont exigées du matériau réfractaire. En outre, puisque l'écran s'étend en par- tic entre la cathode et l'anode, l'électrolyse tend<B>à</B> se manifester<B>à</B> travers le matériatu réfractaire, ce qui a pour effet de l'attaquer rapidement par imprégnation avec le métal.
De même, dans la mesure où le matériau réfractaire est ainsi rendu conducteur, le ma gnésium a tendance<B>à</B> être libéré entre l'écran et l'anode, ce qui est en contradiction avec la fonction qu'on attend de l'écran.
Le problème qui se pose ainsi<B>à</B> propos des matériaux réfractaires est un: des plus sérieux rencontrés dans la construction des cuves<B>à</B> électrolyse.
Contrairement au point de vue générale ment accepté, il a été constaté que la prompte séparation du magnésium libéré et du chlore dans la zone d'électrolyse- n'est pas nécessaire. Le chlore et le métal libérés peuvent être maintenus sous forme d'un mélange composite, dispersés séparément dans l'électrolyse fondu, pendant un temps suffisant pour permettre leur extraction, de la région d'électrolyse, sous forme d'un tel mélange et en vue de leur séparation et récupération subséquentes, sans quIls se soient recombinés en quantité appré ciable.
L'électrolyte fondu, considéré comme phase externe entourant les particules ou glo bules liquides dispersées de magnésium et les particules gazeuses de chlore, semble consti tuer un isolement chimique suffisant, aussi longtemps que l'état de dispersion de ces<B>élé-</B> ments, notamment de chlore, est maintenu, pour empêcher la recombinaison.
Mais, quelle que soit l'explication qui con vient, le lait qu'une recombinaison apprécia ble n'apparaît pas pendant un certain temps dans ces mélanges composites de chlore et de magnésium libres dans l'électrolyse fondu, est le seul important. Dans ces mélanges compo sites, la dispersion, en ce qui concerne le chlore, est usuellement très uniforme et intime, mais, comme on l'expliquera, la dispersion, en ce qui concerne le magnésium, peut être tout <B>à</B> fait irrégulière et la grosseur des particules ou globules peut varier largement. On a tiré parti de la constatation susmentionnée dans le procédé et l'installation selon la présente in vention pour remédier aux inconvénients des procédés et installations antérieurement uti lisés.
Ledit procédé, pour l'exécution duquel on utilise une cuve sans écran réfractaire entre les électrodes, est caractérisé en ce qu'on fait s'écouler l'électrolyte, dans la zone délec- trolyse, <B>à</B> une -vitesse suffisante pour entraî ner sensiblement tout le magnésium et le chlore de la région d'électrolyse sous la forme d'un mélange composite au sein de l'électro lyte fondu, et en ce qu'on sépare d'abord le chlore, puis le magnésium de ce mélange, en dehors de la région d'électrolyse.
L'installation pour la mise en #uvre du procédé selon l'invention comporte une cuve d'électrolyse dépourvue d'écran réfractaire entre les électrodes, cette cuve comportant un canal sensiblement vertical, où s'effectue l'élec trolyse, compris entre des surfaces anodique et cathodique, une chambre de collecte du chlore superposée<B>à</B> ce canal, lequel communique par son extrémité supérieure seulement avec cette chambre, un puits de collecte du métal dis posé latéralement par rapport audit canal et <B>à</B> ladite chambre, un pas-,age étant ménagé dans la paroi de la chambre de collecte du chlore pour assurer une communication entre cette chambre et le puits de collecte du métal,
passage dont le bord inférieur de la partie débouchant dans ladite chambre est situé au- dessous du niveau normal de l'électrolyte dans celle-ci, et un conduit faisant communi quer la partie inférieure du puits de collecte du métal avec la partie inférieure du canal où s'effectue l'électrolyse.
Dans le cours d'une opération réalisée dans cette installation, le magnésium et le chlore sont extraits de la zone d'électrolyse sous forme d'un mélange composite dans l'électrolyte fondu et ces corps sont sé parés clé cette dispersion, en dehors de la zone d'électrolyse. La circulation de l'électrolyte fondu,<B>à</B> partir du conduit d'électrolyse suc cessivement<B>à</B> travers la chambre de collecte ou de rassemblement du chlore, la chambre de collecte ou de rassemblement du magné sium et, en retour,<B>à</B> travers le conduit d'élec trolyse, est entretenue par la poussée du gaz constitué par le chlore libéré<B>à</B> l'anode,<B>à</B> cette poussée venant s'ajouter l'effet de thermo siphon qui résulte du dégagement (le chaleur dans la zone d'électrolyse.
Aucune séparation du magnésium libéré et de chlore n'a lieu dans la zone d'électrolyse et, par conséquent, aucun écran ou paroi réfractaire n'est nécessaire entre l'anode et la cathode.
L'électrolyte fondu s'élève<B>à</B> travers l'ou verture dans l'espace libre ménagé autour de l'anode,<B>à</B> partir du conduit d'électrolyse jus que dans la chambre de collecte ou de rassem blement du chlore, il s'étale sur le fond de cette dernière et, du fait de cet étalement et de la réduction de vitesse qui en résulte, le niveau du liquide étant alors maintenu pra tiquement constant dans la chambre de col lecte ou de rassemblement du chlore, le chlore gazeux se sépare de l'électrolyte.
L'évacua tion du magnésium libéré du conduit d'élec trolyse peut être très régulière, mais, dans certains cas, apparemment avec des électro lytes de grande pureté, le magnésium libéré tend<B>à</B> mouiller la cathode et<B>à</B> s'y aceumu- ler en masses qui sont entrailnées par la cir culation d'électrolyte, sous forme de globules plus ou moins gros,<B>à</B> des intervalles plus ou moins réguliers.
Une forme d'exécution de l'installation selon l'invention et son fonctionnement sont maintenant décrits en référence au dessin annexé, dans lequel: La fig. <B>1</B> est une vue en élévation, avec coupe, de l'installation.
La fig. 2 est une vue en plan, avec coupe, suivant la ligne 2-2 de la fig. <B><I>1.</I></B>
La fig. <B>3</B> est une coupe horizontale suivant la ligne<B>3-3</B> de la fig. <B>1.</B>
La fig. 4 est une coupe horizontale suivant la ligne 4-4 de la fig. <B>1.</B>
L'installation représentée est constituée par une cuve qui comporte une chambre d'électrolyse<B>7,</B> une chambre<B>8</B> de rassemble ment du chlore et une chambre<B>9</B> de rassem blement du magnésium. La partie inférieure de la chambre<B>9</B> communique avec la partie inférieure de la chambre d'électrolyse par le i passage<B>10.</B> Les chambres<B>7</B> et<B>9</B> sont avanta geusement construites de plaques d'acier, comme représenté. La chambre<B>8</B> de rassemble ment du chlore, revêtue d'un matériau réfrac- taire, est superposé,<B>à</B> la chambre d'électro lyse dont elle est séparée par une plaque d'acier<B>1.1,</B> un écran annulaire<B>15</B> et le revête ment réfractaire formant le fond de la cham bre de rassemblement du chlore.
L'anode 12, qui peut être constituée par une tige usuelle de graphite, s'étend<B>à</B> travers la chambre de rassemblement du chlore, et une ouverture<B>18</B> dans le fond de la chambre<B>8,</B> et pénètre dans la chambre d'électrolyse<B>7.</B>
La surface cathodique comprend la sur face interne des parois de métal de la chambre d'électrolyse indiquées en<B>13</B> et 1.4 et la sur face interne de l'écran annulaire<B>15.</B> La sur face de l'ouverture<B>18</B> est restreinte comparée <B>à</B> la surface horizontale de la chambre d'élee- trolvse telle qu'elle est délimitée par la sur face cathodique. On accélère ainsi l'écoulement de l'électrolyte fondu,<B>à</B> travers cette ouver- turc, vers<B>1</B> a chambre de rassemblement du chlore et on assure le maintien de la disper sion du magnésium et du chlore dans le mé lange composite formé dans la chambre d'élec trolyse.
La paroi réfractaire qui forme le fond de la chambre<B>8</B> de rassemblement du chlore, n'est pas suspendue, mais soutenue par sa face inférieure sur la plaque<B>11</B> et l'écran annu laire<B>15,</B> avantageusement en acier et soudés aux parois de la chambre d'électrolyse. Les pa- ros réfractaires recouvrent le bord interne de l'écran<B>15</B> qui, comme représenté, ne s'étend que d'une distance limitée vers l'anode. pour éviter une action cathodique excessivement intense<B>à</B> son bord interne.
Le chlore séparé dans la chambre<B>8</B> est recueilli<B>à</B> travers la conduite<B>16.</B> L'ouverture<B>17</B> dans la paroi de la chambre de rassemblement du chlore cons titue un conduit ou canal qui relie la partie inférieure de ladite chambre<B>à</B> la chambre de rassemblement du magnésium. Ce conduit aboutit dans la chambre de rassemblement du chlore au-dessous du niveau quy atteint nor malement l'électrolyte, de sorte qu'il agit comme conduit d'évacuation pour le liquide tout en formant, du fait qu'il est noyé, un joint hydraulique étanche au gaz. L'ouverture pratiquée dans le fond supérieur de la cham bre<B>8</B> pour<B>y</B> faire passer l'anode 12 est scelléE par une garniture d'argile 24 ou autre com posé approprié.
En fonctionnement, la cuve est chargée d'électrolyte fondu<B>à</B> un niveau qui noie l'ou verture<B>17</B> et le courant est établi entre l'anode et la cathode pour libérer le chlore et le magnésium dans la chambre d'électrolyse <B>7.</B> La circulation de l'électrolyte est entrete- il-Lie comme décrit précédemment, l'électrolyte <U>qui</U> provient de la chambre d'électrolyse et qui contient le chlore et le magnésium libérés sous forme d-uin mélange composite, s'élevant <B>à</B> travers Pouverture, <B>18</B> autour de l'anode dans la chambre de rassemblement du chlore.
Du chlorure de magnésium anhydre est intro duit dans la chambre<B>9</B> lorsqu'il en est besoin pour maintenir<B>le</B> niveau de l'électrolyte. Lorsque ce dernier atteint l'ouvert-Lire <B>18,</B> il s'étale radialement sur le fond de la chambre <B>8</B> et le chlore gazeux se sépare de l'électrolyte, dans cette chambre, comme<B>déjà</B> décrit.
Le niveau dans la chambre<B>9</B> de'rassemblement du magnésium étant plus bas que celui dans la chambre<B>8</B> de rassemblement du chlore, du <B>f</B> ait de la circulation de l'électrolyte, celui-ci ,et le magnésium qu'il contient sont rapide ment évacués de la chambre<B>de</B> rassemblement du chlore dans la chambre de rassemblement du magnésium, a travers le canal<B>17.</B>
<B>A.</B> cet endroit, la vitesse de circulation de l'électrolyte est réduite et le magilésiuin se séparant sous forme de magnésium fondu flot tant, est recueilli en couche relativement épaisse<B>à</B> la partie supérieure de la chambre de rassemblement de magnésium. L'électrolyte fondu retourne ensuite<B>à</B> la chambre d'électro lyse par le passage<B>10.</B>
On décrira maintenant un exemple d'exé- eution du procédé<B>à</B> l'aide d'une cuve telle que représentée<B>à</B> la fig. <B>1.</B>
Cette cuve a été chargée de<B>90 kg</B> d'une masse fond-Lie de chlorure formée d'environ <B>60 %</B> de MgCl., <B>39 %</B> de NaCI et<B>1 %</B> de CaCI.. Le courant a été établi entre l'anode et la cathode<B>à</B> un potentiel de<B>6 à</B> 14 volts selon les températures<B>à</B> maintenir dans<B>le,</B> bain de fusion, ces températares étant comprises entre<B>M</B> et<B>- 780</B> degrés C environ.
On a estimé que la vitesse d'écoulement de la dispersion s'élevant<B>à</B> travers l'ou verture au-dessus de la chambre d'61ec- trolyse, était de l'ordre de<B>30</B> centimètres ou plus par seconde. Un supplément de chlorure <B>de</B> magnésium anhydre a été introduit dans la chambre de rassemblement du magnésium en quantité voulue pour maintenir le niveau de l'électrolyte. On a ainsi recueilli du magné sium<B>à</B> l'état de métal<B>à</B> des débits dépassant <B>225 à 300</B> grammes par heure, avec des rende ments électriques dépassant<B>70 à 80 %.</B>
Dans la clive représentée, les parois réfrac taires qui forment le fond de la chambre de rassemblement du chlore et sont en contact avec l'électrolyte fondu, sont soutenues par leur face inférieure; on rédiiit ainsi sensiblement la fatigue mécanique imposée<B>à</B> ces parois et de ce fait, on n'a<B>à</B> se préoccuper, dans la cons truction de la cuve, que des formes des parois réfractaires. Dans la cuve représentée, on n'a pas prévu de garniture réfractaire dans la zone d'électrolyse, entre l'anode et la surface cathodique. On évite ainsi l'attaque par l'électrolyte des parois réfractaires.
Les bains fondus utilisés peuvent, contenir des chlorures autres que le chlorure de m & gnésium et d'autres sels que les chlorures. Les diverses additions effectuées pour déterminer certaines des propriétés du bain fondu, telles que la densité, la viscosité et le point de fu sion, peuvent être effectuées selon la pratique habituelle.
Dans la cuve représentée, il n'est prévu qu'l,ule seule anode. L'invention peut cepen dant être réalisée tout aussi bien<B>à</B> l'aide de cuves comportant des anodes multiples, soit dans une même chambre d'électrolyse, soit dans des chambres d'électrolyse distinctes.
L'extraction, de la chambre d'électrolyse, du magnésium libéré et du chlore sous la forme d'un mélange composite au sein de l'électrolyte permet de réaliser un certain nombre d'avantages importants. Il est possi ble, notamment, de simplifier la construction et le fonctionnement des clives électrolytiques et d'utiliser, pour obtenir une production don née, des cuves plus petites qu'antérie-arement. On réalise aussi des économies sur le prix de la construction des cuves et sur celui des barres omnibus qui amènent le courant d'électrolyse aux cuves et qui peuvent alors être moins importantes. Avec de petites cuves, pour une capacité de production donnée, on réduit les pertes de chaleur et, par suite, la consommation d'énergie.
En outre, la possibi lité de réduire la distance entre l'anode et les surfaces cathodiques permet de réduire le vol tage requis pour l'électrolyse, par suite de la diminution de résistance de l'électrolyte fondui entre les électrodes, ce qui donne lieu<B>à</B> d'im portantes économies de courant. La cireula- tion rapide de l'électrolyte dans la cuve favo rise l'entretien d#une température uniforme dans toute la cuve et rend le fonctionnement régulier. Le magnésium libéré peut être re cueilli en couche relativement épaisse, ce qui favorise sa récupération<B>à</B> l'état de grande pureté.
La cuve conforme<B>à</B> l'invention est, en outre, tout<B>à</B> fait propre<B>à</B> la production et<B>à</B> la récupération (le chlore<B>à</B> haute concen tration.