Procédé pour activer un bain de sels d'aluminium fondus,
appareil pour la mise en oeuvre du procédé, le bain de sels activés résultant du procédé et application du procédé
La présente invention concerne un procédé pour activer un bain de sels d'aluminium fondus, un appareil pour la mise en oeuvre du procédé, le bain de sels activés résultant du procédé et une application du procédé
Les termes eç activer et activation employés en connexion avec la présente invention se relatent à un état physique des sels d'aluminium fondus qui se distingue de l'état normal par une conductivité électrique élevée due à une augmentation du nombre des ions libres et/ou des fragments ionisés de cristaux, par une viscosité réduite probablement due à une mise en désordre des cristaux,
par un pouvoir accru de réactions chimiques ou électrochimiques dû à un nombre élevé de particules sous-valentes, et par la présence d'une force électromotrice quand un courant continu d'électrolyse est passé à travers un bain de ces sels fondus activés.
Le procédé selon l'invention consiste en ce qu'on applique au bain de sels fondus au moins une impulsion de courant électrique, la valeur de tension de crête de ladite impulsion au point d'application étant inférieure à la valeur de tension de rupture diélectrique du bain.
La valeur de la tension de crête de l'impulsion peut par exemple etre comprise entre 1000 et 5000 volts.
L'activation du bain de sels fondus peut se faire par une impulsion unique ou une série d'impulsions. Dans le dernier cas, la fréquence de répétition des impulsions est de préférence choisie telle qu'une impulsion qui suit une autre augmente ou maintient l'effet d'activation des impulsions précédentes. La fréquence de répétition des impulsions peut par exemple être comprise entre 10 par seconde et 1 par minute. De préférence, le temps de montée de chaque impulsion ne dépasse pas 3 microsecondes. Chaque fois que l'activation du bain de sels fondus s'atténue ou s'achève après une certaine période de temps ou après un refroidissement important du bain, l'impulsion unique ou la série d'impulsions peut être répétée.
De préférence, le bain de sels fondus contient de la cryolite et de l'alumine. Quand un excès d'alumine est présent dans le bain en vue d'une réduction électrolytique de l'aluminium par passage d'un courant continu à basse tension à travers le bain, on peut appliquer une série d'impulsions à haute tension avant ou pendant l'electro- lyse du bain par le courant continu à basse tension. L'activation obtenue du bain de cryolite et d'alumine a pour résultat que, si l'intensité du courant à basse tension est maintenue constante, la tension qui est en général de 5 volts aux électrodes d'électrolyse diminue à une valeur comprise entre approximativement 1,9 volt et 4 volts, ou si par contre la tension entre les électrodes d'électrolyse est maintenue à sa valeur d'origine, l'intensité du courant augmente de 150 % environ.
L'effet de l'activation obtenue par ce procédé peut durer, après l'application des impulsions, pendant plusieurs minutes, heures ou jours, suivant l'intenslie du traitement au bain par les impulsions. I1 apparaît qu'il existe plusieurs niveaux d'activation distincts.
Si, par exemple, on applique au bain de sels fondus des impulsions ayant une tension de crête voisine d'environ 1000 volts et une largeur d'impulsion efficace d'environ 1 à 2 microsecondes à des intervalles d'une demiseconde, on obtient une activation qui est surtout définie par un effet d'augmentation de la mobilité des ions. Cet effet dure environ 40 à 50 sec après la dernière impulsion, avec un affaiblissement qui n'est pas sensible pendant une période allant de la première demi-seconde aux six premières secondes.
Si toutefois on applique au bain de sels fondus une série d'impulsions présentant une tension de crête d'environ 3000 volts et une largeur d'impulsion efficace d'une durée comprise entre 1 et 10 microsecondes, par exemple, la série consistant de 2 à 20, mais de préférence de 6 impulsions dans une période de 5 sec, on obtient une activation du bain qui est surtout caractérisée par un effet d'écrasement des cristaux, c'est-à-dire une rupture du réseau cristallin, et par un désordre accru des cristaux. Ce deuxième genre d'activation peut durer pendant plusieurs heures ou jours.
Même si, après un traitement ayant pour effet de mettre les cristaux en désordre, on laisse le bain de sels fondus activés se refroidir et se solidifier et qu'on procède plus tard à nouveau à sa fusion,
I'effet de l'activation n'a pas complètement disparu et peut facilement être rétabli par une répétition des impulsions.
L'appareil suivant l'invention, pour la mise en oeuvre du procédé, est caractérisé par une cellule électrolytique destinée à recevoir un bain de sels fondus et présentant au moins une électrode, au moins une source d'énergie pour la production d'impulsions de courant électrique, des moyens pour régler le nombre des impulsions et l'intervalle entre ces dernières, et un circuit électrique reliant ladite source à la cellule électrolytique pour permettre l'application desdites impulsions au bain de sels fondus contenu dans ladite cellule.
La cellule électrolytique peut être une cellule d'électrolyse connue comportant au moins une électrode pour le passage d'un courant continu à basse tension à travers le bain de sels fondus. Ladite électrode peut également servir d'électrode pulsatrice pour l'application des impulsions au bain de sels fondus, mais la cellule peut comporter au moins une électrode pulsatrice auxiliaire pour l'application des impulsions. Dans ce dernier cas l'électrode pulsatrice a de préférence une surface effective totale comprise entre 1 et 5 % de la surface effective totale de l'électrode d'électrolyse.
Le bain de sels activés résultant du procédé selon l'invention consiste de préférence en un mélange d'une cryolite et de l'alumine. Ils sont particulièrement utiles dans une cellule d'électrolyse pour effectuer la réduction électrolytique de l'aluminium, parce qu'ils permettent une augmentation considérable du rendement de la production de l'aluminium et donc une économie sensible d'énergie électrique dans le circuit d'électrolyse à basse tension. Il est à noter que le procédé pour activer lesdits sels ne doit pas nécessairement avoir lieu dans la cellule d'électrolyse même, mais peut être effectué dans une autre cellule électrolytique, si on le désire, d'où les sels activés seront transférés dans la cellule d'électrolyse à basse tension.
D'autres détails et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple, en se référant aux dessins annexés, dans lesquels:
La fig. 1 est un schéma représentant un type de circuit électrique utilisé selon la présente invention.
La fig. 2 montre la courbe des tensions appliquées dans le mode de réalisation de l'invention mettant en oeuvre l'effet d'écrasement des cristaux.
La fig. 3 montre une autre courbe représentant le comportement électrique du bain par suite de l'effet d'augmentation de mobilité des ions.
La fig. 4 est un schéma d'un type de circuit électrique utilisé en vue de l'obtention de l'effet d'écrasement des cristaux.
La fig. 5 est une vue en élévation latérale, avec coupe partielle, d'un mode de réalisation d'une paire d'électrodes auxiliaires destinées à être utilisées pour produire des impulsions à effet d'écrasement des cristaux.
La fig. 6 représente schématiquement une disposition de commutation en vue du raccordement alterné d'une source d'impulsions à haute énergie à l'une des cuves d'un ensemble de cuves d'électrolyse.
La fig. 7 est une représentation schématique d'un appareil utilisé pour produire des impulsions à haute énergie et pour les transmettre au bain.
La fig. 8 est une représentation schématique similaire à celle de la fig. 7 et comportant un transformateur d'impulsions.
Les fig. 9A et 9B sont des représentations schématiques d'un appareil destiné à produire des impulsions à haute énergie et à transmettre ces dernières aux électrodes auxiliaires.
La fig. 10 est une courbe représentant le niveau d'activation relative en fonction de la qualité du groupe d'impulsions.
Les fig. 11A et llB sont des courbes représentant graphiquement la tension de l'impulsion obtenue avec un équipement tel que celui représenté sur les fig. 4, 7, 8, 9A ou 9B en fonction du temps, la partie hachurée de ces figures étant une zone d'intérêt primordial en ce qui concerne l'activation.
La fig. 12 montre une courbe qui représente l'effet d'une impulsion, telle qu'elle est mesurée par un appareil de mesure ou par une anode à basse tension, sur la conductivité de la cuve dans les quelques secondes suivant immédiatement l'impulsion, cette courbe faisant apparaître le point optimum pour un réamorçage.
La fig. 13 est une vue en élévation latérale d'un autre mode de réalisation d'électrode auxiliaire utilisée pour produire des impulsions.
La fig. 14 est un schéma du dispositif de distribution des séquences d'impulsions.
La fig. 15 est un schéma d'une installation d'activation de bain de cryolite-alumine.
La fig. 16 est le schéma d'un autre mode de réalisation d'une installation d'activation d'un bain de cryolitealumine.
La fig. 17 est un schéma d'un mode de réalisation du commutateur variable représenté sur le schéma de la fig. 14.
Sur certains dessins, comme sur ceux des fig. 7, 8 et 9A, du matériel facultatif destiné à modifier le facteur de puissance, la période des impulsions ou le temps d'établissement des impulsions a été encerclé au moyen de traits interrompus.
A la fig. 1, la cellule d'électrolyse est représentée schématiquement et désignée dans son ensemble par le chiffre de référence 10. La cellule 10 est une cuve classique comportant un revêtement de carbone 11 et contenant un bain 12 d'un mélange de cryolite et d'alumine fondues, maintenu à une température d'environ 10000 C par la combustion de l'anode de carbone 13 et par la perte par effet Joule produite au cours du passage du courant d'électrolyse à travers le bain. L'anode de carbone 13 est disposée dans le bain 12. Le revêtement de carbone de la cuve 10 est utilisé en tant que seconde électrode 11. Les deux électrodes 1 1 et 13 sont reliées à une source de courant continu à basse tension d'environ 5 volts comme par exemple, le générateur 14 représenté à la fig. 1.
Un circuit oscillateur de relaxation 15 est associé à la cuve 10 et à son circuit à basse tension. Un transformateur de puissance élévateur 16 a son primaire 17 relié à une source de tension alternative classique (non représentée).
Le secondaire 18 du transformateur 16 comporte des moyens redresseurs 19 disposés en série de façon à fournir une tension redressée à une alternance aux bornes de sortie 20 et 21 et à un condensateur 22 qui a une capacité suffisante pour accumuler l'énergie d'une impulsion. La capacité peut être au total de 1 à 8 microfarad par centimètre carré de surface effective de l'anode 13.
La résistance variable 23 limite l'intensité de charge du condensateur 22, ce dernier étant du type à faible inductance interne.
Il est prévu un ignitron 26 dont l'anode est raccordée à la borne 20 entre la résistance 23 et le condensateur 22. La cathode de l'ignitron 26 est reliée à travers le primaire 27 d'un transformateur abaisseur 28 à la borne opposée 21 du condensateur 22. L'électrode d'amorçage ou grille 24 de l'ignitron 26 est convenablement polarisée par tout moyen classique, tel que le dispositif pulsateur 31. Une lampe au néon 32 est montée en parallèle sur le primaire 27, de façon à indiquer la délivrance des impulsions au primaire 27. Le secondaire 33 du transformateur abaisseur 28 est raccordé aux électrodes 11 et 13 du bain 12, comme représenté.
Des moyens formant filtre ou bobine de choc 35 sont disposés en série d'un côté du circuit à basse tension à courant continu pour protéger le générateur 14 contre les impulsions à haute tension délivrées aux électrodes 1 1 et 13 par le circuit oscillateur de relaxation 15. Habituellement, le générateur 14 et le circuit à basse tension comportent toutefois une inductance importante formant bobine de choc.
Une diode 25 empêche le court-circuitage de l'alimentation en courant continu à basse tension par le secondaire 33.
L'appareillage décrit est particulièrement adapté à l'exécution des impulsions utilisées pour obtenir l'effet d'augmentation de la mobilité des ions, mais peut également être utilisé en vue de réaliser des impulsions à effet d'écrasement des cristaux.
Le fonctionnement de l'appareillage de la fig. 1, en vue de l'obtention soit de l'effet d'augmentation de la mobilité des ions, soit de l'effet d'écrasement des cristaux, est comme suit:
Le primaire 17 du transformateur 12 étant raccordé à une source de courant alternatif à 440 volts, une très haute tension se trouve produite à l'enroulement secondaire 18. Cette tension est redressée par les moyens redresseurs 19 et délivrée sous la forme d'impulsions, redressées à une alternance, à travers la résistance variable 23, au condensateur 22. On charge le condensateur 22 par une succession d'impulsions en demi-onde, jusqu'à une tension choisie au préalable pour laquelle le potentiel de fonctionnement de l'ignitron 26 est atteint.
Puis on provoque l'amorçage ou le passage à l'état conducteur de l'ignitron 26, ce qui a pour effet de provoquer la décharge du condensateur 22 à travers l'ignitron 26 et le primaire 27 du transformateur abaisseur 28, et la production d'une impulsion de courant continu à haute tension qui est délivrée au secondaire 33 du transformateur et ensuite aux électrodes .11 et 13. La lampe au néon 32 indique l'apparition et la durée de ladite impulsion. La charge et la décharge alternées du condensateur 22 se produisent à une cadence déterminée par le réglage de la résistance variable 23 et/ou du dispositif pulsateur 31.
La résistance 23 est réglée, par exemple, de façon que le condensateur 27 soit chargé avec une intensité suffi- - samment grande pour permettre de provoquer un éclat de la lampe au néon 32 toutes les demi-secondes pour obtenir l'effet d'accroissement de la mobilité des ions décrit ci-dessous, ou de six éclats dans une période de 5 sec pour obtenir l'effet d'écrasement des cristaux, qui sera également décrit ci-dessous. La délivrance des impulsions peut être réglée de façon à se produire au point pour lequel le condensateur se charge à sa tension maximale, l'électrode d'amorçage 24 de 1'ignitron 26 étant prépolarisé en conséquence, ou alors en réglant la décharge par excitation de l'électrode d'amorçage au moyen du dispositif pulsateur 31.
L'impédance du trajet de décharge est telle qu'une impulsion intense peut être obtenue, de sorte qu'environ 90 t0 de l'énergie accumulée dans le condensateur 22 se trouve déchargée en environ une microseconde (voir fig. 2). Le condensateur 22 est de dimensions telles qu'il fournit au bain 12 le courant nécessaire pour la décharge à haute tension à travers la résistance extrêmement faible du bain de sel fondu.
La résistance du bain est d'environ 0,0001 ohm. Dans le cas de l'effet de l'augmentation de la mobilité des ions, lorsqu'on utilise l'anode 13 en tant qu'électrode pulsatrice, il est nécessaire d'adapter l'impédance du circuit oscillateur 15 à l'impédance du bain, de façon à éviter les réflexions qui auraient tendance à provoquer le mouvement des ions dans une direction opposée à la direction désirée, ce qui aurait pour effet de détruire une grande partie du gain obtenu en mobilité. L'ignitron et le condensateur d'accumulage 22 peuvent avoir environ 0,015 ohm de résistance de pointe lorsqu'ils sont conducteurs et pour une impédance adaptée comprise entre 0,015 ohm du côté primaire 27 du transformateur abaisseur 28 et de 0,0001 ohm du côté secondaire 33 dudit transformateur, il est nécessaire d'avoir un rapport des nombres de spires d'enroulement d'environ 12 à 1.
Ainsi, pour obtenir une impulsion de pointe de 1000 volts dans le bain 12, il sera nécessaire de charger le condensateur 22 à une tension prédéterminée d'environ 22000 volts.
Si la cuve d'électrolyse 10 a une impédance inductive quelconque, il est possible de neutraliser une telle impédance par interposition d'un condensateur (non représenté) dans le circuit secondaire 33 du transformateur abaisseur 28. Si l'inductance est faible, le condensateur est de préférence relié en parallèle aux électrodes 11, 13 de la cuve 10, si la réactance est importante, il est conseillé de disposer le condensateur en série. La cuve aura vraissemblablement un excès de capacitance interne qui peut être ajusté en fonction de l'inductance des conducteurs qui aboutissent à la cuve 10.
Pour éliminer la réflexion négative ou la charge d'espace due à toute impédance mal adaptée qui peut subsister même après adaptation de l'impédance comme cela a été dit ci-dessus, la cathode 11 peut être reliée au sol ou à la masse 38, à travers un condensateur 36 et une diode 37 pour permettre l'évacuation par fuite du potentiel réfléchi.
Etant donné qu'il est extrêmement difficile d'obtenir une adaptation parfaite d'impédance, en admettant que cela ne soit pas totalement impossible, il est préférable d'adapter une impédance à une valeur légèrement en dessous de celle de la partie efficace du bain qui peut être définie comme étant la partie du bain située entre les électrodes. L'utilisation de plusieurs condensateurs à faible inductance, comme le condensateur 22 de la fig. 1, aura pour effet de permettre une plus grande latitude d'adaptation.
L'ignitron 26 peut être, par exemple, un ignitron 6228 susceptible de supporter 60000 ampères à 40 kV avec une résistance interne aux bornes du tube, entre plaque et cathode, donnant une chute de tension d'environ 10 à environ 50 volts. D'autres types d'ignitron sont également utilisables, comme par exemple 1'ignitron 5551B. Ces tubes peuvent être surchargés jusqu'à environ 100 fois leur capacité nominale pour le cycle de fonctionnement utilisé ici; et ils peuvent être utilisés pour constituer un circuit oscillateur tel qu'il a été décrit ci-dessus en se référant à la fig. 1. Il est possible également d'utiliser des éclateurs à étincelles commandés à gaz.
Pour l'obtention de l'effet d'augmentation de la mobilité des ions, la basse tension d'électrolyse est de préférence maintenue au cours du processus d'application d'impulsions. En tout cas, elle doit être disponible immédiatement bien que ceci ne soit pas essentiel pour l'effet d'écrasement des cristaux.
Etant donné que le traitement,en vue de l'effet d'augmentation de la mobilité des ions sur la basse tension de courant continu diminue la résistance du bain, le courant se trouve accru pour une basse tension continue constante aux électrodes 11, 13 du bain. Réciproquement, le courant peut être maintenu constant en faisant chuter la tension aux bornes du bain. On aura alors une réduction de la perte I R pour réchauffer le bain, ce qui nécessitera une augmentation de l'isolement thermique de façon à conserver la chaleur dans le bain. Plus de 90 % de la chaleur produite est due à la combustion de l'anode de carbone 13. Les impulsions en vue de l'effet d'augmentation de mobilité des ions diminuent la chaleur produite de 3 %.
Ainsi l'ajustement nécessaire est faible et peut être facilement obtenu en corrigeant la ventilation, en augmentant l'isolement thermique ou en accroissant le taux de production.
De nombreux principes scientifiques sont impliqués dans le phénomène d'augmentation de la mobilité des ions. Le temps de relaxation ou temps de réassociation des paires d'ions dans ces bains de sels fondus n'a pas été déterminé, mais, dans le cas présent, on pense qu'il est de l'ordre de 10-7 sec. Les courtes impulsions à haute tension, de même polarité que la basse tension continue, poussent les ions dans le champ électrique continu provoqué par la basse tension. Le temps de relaxation est, en conséquence, accru pour atteindre une valeur de l'ordre d'une seconde bien que la courbe soit sensiblement plate pendant environ 6 sec, comme le montre la courbe A de la fig. 3. La courbe B montre la quantité relative d'ions disponibles lorsqu'on n'utilise pas d'impulsions à haute tension.
On peut constater certaines variations, en fonction de la concentration d'alumine dans le bain, de même qu'en fonction d'autres facteurs.
L'accroissement maximum du temps de relaxation est d'environ 40 à 50 sec. L'augmentation de la mobilité des ions est grandement due au fait que l'on arrive à surmonter l'inertie ionique initiale et les vecteurs Browniens non favorables. A une température de 1000 C, certains des cristaux sont totalement brisés et les particules ioniques sont libres de se déplacer dans le champ électrique à basse tension avec les caractéristiques de mobilité des ions dans les liquides.
D'autres particules ioniques sont associées et ainsi non disponibles; mais, sous l'influence des impulsions à effet d'augmentation de la mobilité des ions (et également de l'effet d'écrasement des cristaux), ces particules deviennent disponibles dans le champ à basse tension, au moins d'une façon temporaire, et ainsi, une légère application supplémentaire d'énergie électrique provoque la disponibilité de particules qui, autrement, sont presque libres mais non disponibles. Les impulsions de courant continu à 1000 volts d'une durée de deux microsecondes permettent d'obtenir ce résultat. De plus, en maintenant les impulsions sensiblement dans la même direction que celle du champ à basse tension et en maintenant le champ à basse tension immédiatement disponible, une mobilité additionnelle est donnée aux ions libres dans la direction requise.
La mobilité accrue dure environ 40 à 50 sec avec un affaiblissement qui n'est pas sensible pendant une période allant de la première demiseconde aux six premières secondes.
Un autre aspect du comportement des ions dans le bain de sels fondus est leur inertie et leurs frottements.
Maint ion formé par rupture thermique d'un réseau cristallin ne peut pas acquérir une énergie cinétique sensible dans un champ à basse tension en raison de l'inertie et des frottements initiaux. Il peut être perdu par collision avec un autre ion chargé à un potentiel opposé avant d'avoir effectué un travail utile quelconque. Les impuls;ons de 1000 volts fournissent la poussée nécessaire pour vaincre l'inertie et les frottements initiaux des ions, mais une fois que ces derniers ont gagné suffisamment d'énergie cinétique, les ions sont maintenus dans leurs directions respectives vers les électrodes par la basse tension d courant continu beaucoup plus faible appliquée simultanément avec seulement une faible réduction progressive de leur vitesse.
Les impulsions à haute tension provoquent un balayage éloignant davantage les ions qui se trouvent éloignés les uns des autres, ce qui a pour effet d'augmenter le temps de réassociation.
Comme on l'a indiqué ci-dessus, I'effet d'augmentation de la mobilité des ions peut être mis en oeuvre seul ou, de préférence, en combinaison avec l'effet d'écrasement des cristaux qui sera décrit plus en détail ci-dessous en se référant à la fig. 4.
On a représenté à la fig. 4 un appareillage modifié en vue de l'obtention de l'effet d'écrasement des cristaux.
Un circuit 15b oscillateur de relaxation, sensiblement équivalent à celui qui a été décrit plus haut, est utilisé dans cet autre mode de réalisation. Des impulsions allant de 1000 à 3000 volts sont produites dans le bain 12B par réglages exécutés dans le circuit 15B et l'utilisation d'un transformateur abaisseur d'impulsions 28B. Deux électrodes pulsatrices 40 et 41 sont reliées à travers le transformateur 28B au circuit oscillateur 15B. Les électrodes 40 et 41 sont petites et du type portatif, elles peuvent être extraites du bain 12B quand cela est nécessaire.
Un circuit à basse tension à courant continu indépendant, est nécessaire pour délivrer le courant d'électrolyse à la cuve 10B. Le générateur 14B produit la force électromotrice nécessaire et il est relié à l'anode 13B et au revêtement 11B de la cuve 10B qui est utilisé comme cathode. Les électrodes 40 et 41 sont toronnées en vue de l'obtention d'une meilleure conductivité de surface, et elles sont torsadées en vue de l'obtention d'une réactance minimale. Les électrodes pulsatrices sont de préférence réalisées en tungstène, nickel, et alliages de nickel tels que le nickel-chrome; elles peuvent également être réalisées au moyen d'autres matériaux conducteurs non fusibles, tels que le platine, le graphite ou analogue.
On préfère des matériaux oxydables cependant, en particulier pour réaliser les anodes. Les électrodes 40, 41 sont également isolées, exception faite sur leur face de décharge, au moyen d'un matériau isolant 42 tel que le nitrure de bore. Le matériau isolant 42 s'étend jusqu'à un point au-dessus de la surface du bain 12B. Cela permet d'éviter des courts-circuits par les gaz chauds sur montant la surface du bain. Les faces de décharge sont de préférence réalisées de façon à permettre un remplacement facile, par exemple en prévoyant leur montage par vissage. La surface effective totale des faces de décharge des électrodes pulsatrices est comprise entre 1 % et 5 % de la surface effective de l'anode 13B.
Le fonctionnement de l'appareillage de la fig. 4 est semblable à celui de l'appareillage de la fig. 1, à l'exception que les impulsions à haute tension pour activer le bain 12B sont produites entre les deux électrodes pulsatrices 40, 41 et que l'application des impulsions se fait, de préférence, en vue de produire l'effet d'écrasement des cristaux contenus dans le bain 12B. Une impulsion de 3000 volts, mesurée aux électrodes pulsatrices, et d'une durée d'impulsion de 1 à 1000 microsecondes, de préférence de 10 microsecondes, produira l'effet d'écrasement des cristaux. Il est également nécessaire de maintenir un facteur de puissance d'au moins 0,65.
La surface totale effective des électrodes pulsatrices nécessaire pour produire un effet donné d'écrasement des cristaux, est fonction du volume d'électrolyte, de la forme de la cuve d'électrolyse, de la composition du bain, de la disposition des électrodes dans la cuve, de la composition et de la structure de l'anode et de l'état cristallin du bain, résultant des impulsions précédentes appliquées en vue de l'effet d'écrasement des cristaux. Lorsqu'on utilise des électrodes pulsatrices d'une surface de 1 cm2 avec un espacement de 2 cm, on peut utiliser un transformateur abaisseur 28B de rapport 3, qui fournit 1500 volts pendant une durée d'environ 40 microsecondes. Celui-ci devrait permettre l'obtention de l'adaptation d'impédance requise, l'impédance entre les électrodes pulsatrices étant bien supérieure à 0,0001 ohm.
On applique 1 à 20 de ces impulsions dans une période de 5 sec, de préférence 6 impulsions dans une période de 5 sec (fig. 2).
I1 semble que l'activation se produise lorsqu'une impulsion ou un groupe d'impulsions convenablement exécutées a pour effet la formation d'un gradient de concentration d'excitons qui peut alors facilement se déplacer librement dans l'ensemble du bain. Les excitons sont renforcés par les excitons qui rebondissent et par la production en chaîne d'excitons additionnels moins ceux qui se perdent dans les parois ou par absorption. Le gradient est maintenu en place pendant une courte période de temps par le champ magnétique maximum produit par l'impulsion. Les excitons se déplacent à des vitesses considérables. Le champ magnétique est alors atténué et le restant de l'impulsion a pour effet d'obliger le gradient de concentration à se déplacer dans le bain à des vitesses acoustiques.
Au cours de son déplacement il crée des nouveaux centres de formation de germes pour une réaction en chaîne qui s'étend dans tout le bain.
Cette réaction en chaîne produit l'effet d'écrasement des cristaux, lequel consiste à provoquer une destruction du réseau cristallin et en accroître le désordre. La chaleur du bain convient parfaitement pour fournir l'énergie nécessaire pour entretenir la réaction en chaîne. Le bain est de préférence à environ 100 C au-dessus du point de fusion minimum lorsque a lieu le déclenchement d'une série d'impulsions d'activation, étant donné que la chaleur additionnelle est extraite du bain au cours du développement de l'effet d'écrasement des cristaux qui suit la formation de germes obtenue par le gradient de concentration initial.
Une fois créé, le désordre diffuse avec une grande vitesse, à une vitesse d'environ mille fois celle de la diffusion ionique. En 15 sec, le désordre a traversé le bain libérant les ions des cristaux. Ces ions se comportent alors comme les autres ions vis-à-vis de la basse tension d'électrolyse. A la saturation et au nouvel équilibre, il existe huit fois plus d'ions disponibles dans le bain que normalement, à la température de 10000 C. La conductivité électrique du bain est donc élevée. Par suite, l'effet d'écrasement des cristaux disparaît très lentement. I1 peut être répété par une série similaire d'impulsions qui peuvent être plus faibles et plus réduites en nombre, en fonction de l'importance de l'atténuation de l'effet dans le temps. Le temps d'évanouissement ou d'atténuation est généralement d'environ une à vingt-quatre heures.
Les autres conditions étant maintenues identiques, l'augmentation de conductivité obtenue par les impulsions de mise en désordre des cristaux augmente jusqu'à atteindre une certaine limite pour une tension donnée, et en fonction du nombre et de la durée des impulsions, de la cadence de séquences et du rendement des électrodes pulsatrices. Les impulsions doivent, de préférence, être appliquées avec une succession suffisamment rapide pour éviter le retour élastique du bain à son état d'origine entre deux impulsions. La cadence des impulsions est fonction de la tension des impulsions, de leur durée, du facteur de puissance et de la surface des électrodes, mais si l'on tient compte de facteurs économiques et de la surchauffe locale, le bain n'a pas besoin de recevoir des impulsions plus d'une fois par seconde.
Une répétition excessive d'impulsions aura pour conséquence de détruire l'effet obtenu. La rigidité diélectrique du bain limite l'amplitude et la durée des impulsions. On obtient l'accroissement complet de la conductivité dans les 15 sec qui suivent la dernière impulsion d'une série comprenant de préférence de 5 à 20 impulsions. Une augmentation du nombre d'impulsions ne produit pas d'augmentation sensible de conductivité.
Les impulsions utilisées pour mettre les cristaux en désordre peuvent être appliquées à l'électrolyte fondu avant ou pendant l'opération de production d'aluminium par électrolyse. C'est un avantage des impulsions à effet d'écrasement des cristaux, que la polarité du courant ne soit pas un facteur important. La polarité du courant nécessaire pour l'effet d'écrasement des cristaux peut être inversée au cours de l'application.
I1 peut être avantageux d'utiliser des électrodes pulsatrices auxiliaires dans une cuve, en plus de la paire unique d'électrodes pulsatrices représentées à la fig. 4; il est également avantageux de raccorder diverses électrodes auxiliaires de différentes cuves à un circuit d'impulsions commun 15. Si l'on considère la cuve 10B, les groupes d'électrodes pulsatrices auxiliaires peuvent être disposés en un point quelconque dans la cuve et peuvent être activés simultanément ou séquentiellement. Les électrodes auxiliaires sont réalisées de façon à pouvoir être remplacées et leurs surfaces pulsatrices sont de préférence en nickel ou en alliage de nickel comme le nickel-chrome, en tungstène ou en autres matériaux conducteurs non fusibles, tels que le platine ou le carbone.
Les résultats les meilleurs sont obtenus en utilisant des paires d'électrodes auxiliaires dont les parties anodes sont fabriquées en nickel ou en alliage de nickel. Le tungstène RSt également efficace et son oxyde se sublime complètement, ce qui a pour effet d'éviter la contamination. Il est préférable d'utiliser la cathode à basse tension ordinaire pour constituer une partie de la paire d'électrodes pulsatrices.
On a représenté à la fig. 5, en élévation latérale, et en coupe partielle, un mode de réalisation d'une paire d'électrodes auxiliaires coaxiales. Les électrodes ainsi représentées correspondent à un mode de réalisation parmi un grand nombre pouvant être utilisés avec l'appa treillage selon l'invention. L'anode 45 est fabriquée de préférence sous forme cylindrique est réalisée en un alliage cuivre-tungstène ou en un autre métal qui est bon conducteur et qui résiste bien à la chaleur. Une anode pulsatrice remplaçable en nickel ou tungstène 46 est vissée ou emmanchée dans la partie inférieure de l'anode 45. Une cathode 47 de configuration cylindrique, creuse de préférence, constitue une enveloppe coaxiale de protection pour l'anode 45.
La cathode 47 peut être réalisée au moyen de divers métaux, par exemple en acier inoxydable revêtu de rhodium. Le bain de fusion doit être susceptible de pouvoir se déplacer tout à fait librement dans l'espace ainsi ménagé.
L'espace annulaire existant entre l'anode 45 et la cathode 47 est rempli d'une poudre 48 de nitrure de bore comprimé ou de tout autre matériau isolant réfractaire convenable, que l'on tasse après remplissage. Une pièce d'extrémité de cathode effilée 49 est fixée à la base de la cathode 47. La pièce terminale 49 est pourvue d'un orifice central 50 et de plusieurs fentes 51. Le matériau isolant se prolonge jusqu'au point 52 où la pièce terminale 49 est fixée à la cathode 47. La pièce terminale 49 est fixée de façon amovible en 52 à la cathode 47 de façon à permettre un nouveau tassement du matériau isolant 48.
L'espace 53 est rempli d'électrolyte à l'état fondu au cours de l'opération. L'électrolyte se déplace librement vers l'intérieur ou hors de la pièce terminale 49 à travers les fentes 51 et l'orifice 50. Le diamètre de l'orifice 50 doit être de préférence plus grand que le diamètre de l'anode pulsatrice 46.
Bien qu'on ait représenté un mode de réalisation d'une paire d'électrodes auxiliaires, on conçoit que de nombreuses formes d'électrodes peuvent être envisagées en vue de leur utilisation pour réaliser le traitement d'une cuve électrolytique en vue de l'obtention de l'effet d'écrasement des cristaux. Ainsi, une simple tige d'anode (non représentée) en nickel ou autre métal convenable, peut être insérée dans le bain 12B; et le bain peut être soumis à des impulsions en utilisant la cuve llB elle-même comme cathode nécessaire.
L'électrode pulsatrice ou anode 221 représentée à la fig. 13 comporte des tiges 224 en nickel-chrome maintenues dans un isolant de nitrure de bore 222. Les extrémités 224a font saillie à partir du fond de l'isolant. Les tiges sont reliées entre elles par une barre 225 qui est fixée à la tige 225a prolongés jusqu'à la source d'impulsions à haute tension. Au moyen d'une prise de serrage ajustable 223, les tiges peuvent être abaissées progressivement par rapport à l'isolant au fur et à mesure de leur consommation au cours de l'opération. Afin de protéger la partie supérieure des tiges, l'isolant 222 est conçu pour faire saillie en dehors du bain largement au-dessus de ce dernier.
Cependant, de façon à obtenir un accroissement optimum de la conductivité accrue, il est préférable d'utiliser au moins une et, de préférence, un certain nombre de paires d'électrodes, le nombre nécessaire dépendant principalement de la forme du bain et du volume de sel fondu. Avec une cuve d'électrolyse donnée, le nombre de paires d'électrodes nécessaire peut être déterminé avec facilité. Le nombre de paires d'électrodes est augmenté en considérant attentivement les facteurs économiques jusqu'à ce que la conductivité optimale soit obtenue.
Dans l'industrie. un grand nombre de cuves d'électrolyse sont placées en série et raccordées à un générateur commun qui fournit une tension de courant continu suffisante pour produire la basse tension nécessaire à chaque cuve reliée en série aux autres. Toutes les cuves peuvent être soumises à l'activation en synchronisme à partir d'une source unique d'impulsions. Selon la fig. 6, il est également possible d'employer une source d'impulsions unique 15 et un commutateur tournant 60 qui connecte les anodes 13 ou les électrodes pulsatrices des cuves 1 1 individuellement à la source d'impulsions.
Si l'on considère maintenant la fig. 7, on y voit une cellule électrolytique représentée schématiquement et désignée dans son ensemble par le chiffre de référence
110. La cellule 110 est une cuve classique comportant un revêtement de carbone 111 et contenant un bain fondu
112 de sels d'halogénures et d'alumine maintenus à une température d'environ 10000 C par combustion de l'anode de carbone 113, par les pertes électriques à l'intérieur du bain et par chauffage externe ou par refroidissement externe. L'électrode de carbone 113 est disposée dans le bain de fusion 112. Le revêtement conducteur de la cuve 110 ou un conducteur équivalent est utilisé en tant que deuxième électrode 111.
Les électrodes 111 et 113 sont toutes deux raccordées à une source de courant continu à basse tension d'environ 5 volts, comme, par exempLe, le générateur 114 représenté à la fig. 7.
Un circuit 115 est associé à la cuve 110 et à son circuit à basse tension. Un transformateur de puissance élévateur 116, a son primaire 117 raccordé à une source classique de tension de courant alternatif (non représentée). Le secondaire 118 du transformateur 116 comporte, en série, des moyens redresseurs 119 produisant une tension redressée à une alternance à ses bornes de sortie 120 et 121 auxquelles est raccordé un condensateur d'accumulation 122. Le condensateur 112 a une capacité suffisante pour accumuler l'énergie d'une impulsion. En fonction de la tension et d'autres conditions, cette capacité sera comprise entre 1 microfarad environ et 8 microfarads environ par cm2 de surface effective d'anode, si l'anode est relativement petite.
Lorsque les dimensions de l'anode pulsatrice augmentent, la capacité devient approximativement proportionnelle à la surface portée à la puissance deux tiers.
La résistance 123 a pour effet de limiter l'intensité de charge du condensateur d'accumulation 122. Le condensateur 122 est du type à faible inductance interne.
L'intensité de charge est suffisante pour permettre l'obtention de cinq constantes de temps dans la période comprise entre décharges excessives. Une intensité de charge de 1 à 5 ampères s'avérera convenable pour de nombreuses dimensions de cuves. La fréquence de répétition des séries d'impulsions en vue de produire l'effet d'écrasement des cristaux est approximativement de cinquante par seconde à une par minute, cette fréquence étant inférieure pour une anode pulsatrice plus grande. C'est ainsi que l'on utilise plus fréquemment une petite batterie de condensateurs ou moins fréquemment une grosse batterie de condensateurs, I'intensité de charge, déterminée par la résistance 123, étant ainsi du même ordre général.
L'ignitron 126 comporte une cathode 130a qui est raccordée à la borne 121. L'électrode d'amorçage 124 de l'ignitron 126 est excitée par un dispositif pulsateur 131 tels qu'un oscillateur à relaxation qui espace les impulsions et qui contient un distributeur général pour en assu rer l'interruption. L'anode 130b de l'ignitron 126 est raccordée, par une jonction 155, à la cathode 111 de la cuve 110. La borne 120 est raccordée, par une jonction 154, à l'anode pulsatrice qui, dans le cas de la fig. 7, est aussi l'anode d'électrolyse 113 ou une partie de l'anode 113 si cette anode 113 consiste en segments raccordés en parallèle. Il est possible d'insérer un redresseur d'impulsion 161 entre la borne 120 et la jonction 154. Il est possible également de connecter une résistance 160 entre la borne 120 et la jonction 154.
Un condensateur 132 peut être connecté entre la jonction 154 et l'anode de l'ignitron 126.
Un oscilloscope de mesure d'ondes de choc 165 destiné à mesurer des phénomènes variables tels que la tension, la durée des impulsions, le facteur de puissance, etc., est connecté très près de l'anode pulsatrice au moyen de câbles coaxiaux 165a entre la jonction 154 et la jonction 155. Si l'on compense convenablement les pertes en ligne, l'oscilloscope n'a pas besoin d'être placé tout à fait au voisinage de l'anode pulsatrice. Un voltmètre 166 dont l'échelle de mesure est voisine de 7 volts est raccordé entre l'anode 113 et la cathode 111 de la cuve 110. Un ampèremètre 167 peut être éventuellement inséré dans le conducteur reliant le générateur 114 à l'anode 113. Le générateur 114 fournit une basse tension à l'anode 113 et à la cathode 111.
La cathode 111 de la cuve 110 peut être éventuellement reliée au sol ou à la masse 138 par une combinaison d'éléments comportant une résistance 139, un condensateur 136 et un redresseur 137. Dans l'éventualité où l'on utilise un redresseur 161, une énergie inductive réfléchie bloquée, qui autrement, serait appliquée au bain de fusion, peut ainsi s'écouler et ne pas provoquer d'interférences avec des impulsions suivantes.
On a représenté à la fig. 8 un circuit similaire à celui de la fig. 7, dans lequel un transformateur d'impulsions 128 abaisse la tension des impulsions provenant de la batterie de condensateurs d'accumulation 122. La fig. 8 montre également l'utilisation d'une résistance 168 en série avec le primaire du transformateur d'impulsions 128; une petite quantité de résistance améliore sensiblement la relation de phase existant entre l'intensité de courant et la tension des impulsions. Il est également nécessaire d'éviter de court-circuiter la tension du générateur 114 par le secondaire 133. On peut utiliser un redresseur 125 ou un condensateur 162 pour permettre aux impulsions de passer, le courant continu à basse tension étant cependant bloqué de façon satisfaisante.
Le circuit comporte également un condensateur de correction de phase 132b branché en parallèle au primaire 127 du transformateur 128; il est toutefois possible également d'utiliser un condensateur branché aux bornes du secondaire 133. L'utilisation év,entuelle d'un redresseur 125 permet l'emploi d'un condensateur plus important 122, sans que soit atteint le gradient de claquage. De façon similaire, un éventuel condensateur 162 peut, en même temps, contribuer à la réalisation d'une correction de phase. Le condensateur 162 est nécessairement d'une capacité très importante, mais dans cette position, sa contribution à la correction de phase est convenablement faible.
Pour mettre les appareils des fig. 7 et 8 en condition de fonctionnement, on relie le primaire 117 du transformateur 116 à une source de tension alternative à 440 volts, par exemple, et on obtient une haute tension sur l'enroulement secondaire 118. Cette tension est redressée par le redresseur 119 et est délivrée à travers une résistance variable 123 à la batterie de condensateurs d'accumulation 122. La fréquence de répétition de l'émission et la détermination de l'arrêt des impulsions provenant de cette batterie de condensateurs sont commandées par le dispositif pulsateur 131, qui excite l'électrode d'amor çage 124 de l'ignition 126.
Les conducteurs utilisés pour réaliser le circuit de liaison entre la batterie de condensateurs 122 et le bain de fusion 112, peuvent être réalisés au moyen de larges feuillards qui sont faiblement espacés, de façon à réduire leur inductance. Partout où cela est possible, des conducteurs de sens opposés sont disposés très voisins les uns des autres. Le conducteurs sont isolés au moyen d'un isolant tel que, par exemple, une feuille de Mylar , de façon à présenter une surface transversale minimale entre conducteurs opposés, ce qui a pour effet de réduire l'importance de l'inductance. Les renseignements techniques relatifs à la production des impulsions de l'ordre de grandeur requis dans le cas présent, sont donnés dans des traités tels que Exploding Wires , publié par William G.
Chace, Geophysics Research Directorate, Air
Force Cambridge Research Center, et par Howard K.
Moore, Loweil Technological Institute Research Foundation, Plenum Press, Inc., New York.
Il est d'autre part souhaitable qu'une partie de l'impédance (par exemple environ 40 tO) soit inductive. Une faibl.e inductance permet à l'énergie d'impulsion de se décharger rapidement. La partie inductive de l'impédance doit, toutefois, être suffisante pour permettre une queue d'impulsion convenable. La batterie de condensateurs 122 a des dimensions suffisantes pour maintenir la tension de crête pendant au moins une microseconde aux électrodes 111 et 113. Il est souhaitable que l'intensité de courant soit légèrement déphasée en arrière par rapport à la tension, mais le déphasage ne doit pas être trop important au point que les impulsions à haute tension ne comportent pas la quantité suffisante d'énergie active au cours du premier quart de la période de la décharge.
La décroissance des impulsions, telle qu'elle est représentée sur l'oscilloscope 165, donne une indication de ce facteur de puissance, à moins que la forme des courbes obtenues ne soit déformée par un redresseur d'impulsion 161 ou un circuit à conducteurs subdivisés transposés, etc., sans avoir pour effet d'affecter le facteur de puissance.
On comprendra que, à condition que les impulsions soient de forme convenable, il n'est pas nécessaire que la batterie de condensateurs 122 constitue la source d'accumulation primaire. La source d'accumulation primaire peut être un générateur magnétique ou électrostatique ou à courant continu comportant un volant. I1 a été possible de réaliser des activations en utilisant une accumulation inductive comme source primaire d'énergie d'impulsions mais l'accumulation capacitive peut être préférable.
Dans la pratique, le problème de l'inductance consiste à limiter cette inductance à un bas niveau. Ceci est obtenu en maintenant l'inductance totale, y compris l'inductance des condensateurs, des transformateurs d'impulsions et des câbles conducteurs, à une valeur faible, de l'ordre par exemple d'environ 0,15 microhenry.
Plus la résistance dans laquelle les impulsions sont émises est faible, plus la quantité d'inductance que l'on peut tolérer est faible. De plus, des moyens tels qu'un condensateur 132 (fig. 7) peuvent être utilisés pour éviter la tendance de l'inductance à réduire la tension de crête en retardant son arrivée, et à produire un déphasage de courant excessif. Le condensateur 132 peut être relativement faible, il est généralement de l'ordre d'environ tl2 microfarad. Le condensateur 132b (fig. 8) est beaucoup plus petit que le condensateur 132, sa valeur dépend du rapport de transformation du transformateur abaisseur 128.
On peut utiliser une résistance 160 (fig. 7) qui, bien que nécessitant une tension de source plus élevée, permet de jouer sur une résistance très faible dans un domaine convenable d'inductance.
Le manque d'efficacité de l'utilisation de l'énergie électrique dans le circuit d'impulsions n'est sérieux que dans ce sens qu'il contribue à accroître le prix de l'équipement nécessaire pour réaliser les circuits d'accumulation. L'énergie nécessaire pour réaliser les impulsions est tout à fait négligeable dans un circuit convenablement conçu. L'utilisation d'un redresseur d'impulsions 161 permet de limiter l'énergie totale d'une impulsion, étant donné qu'autrement, en cas de durée excessive, elle pourrait détruire le gradient de concentration que l'on désire produire. En même temps, le redresseur 161 permet l'utilisation d'un condensateur d'accumulation plus grand 122, afin de réduire le problème du maintien d'un facteur de puissance élevé dans les impulsions.
Toutefois, une résistance plus faible est principalement due au fait d'utiliser une anode pulsatrice plus grande, et une anode pulsatrice plus grande peut admettre un condensateur d'ac cumulation plus grand et l'obtention d'une plus grande largeur d'impulsion. La réactance inductive varie comme l'inverse de la largeur d'impulsion.
A des fins de réglage, le transformateur 128 (fig. 8) peut être muni de moyens p,ermettant la saturation de son circuit magnétique au moyen de courant continu, convenablement réglé introduit dans ses bobinages en association avec une capacité magnétique limitée. Ainsi, le dispositif de saturation peut interrompre l'écoulement du courant d'impulsions suffisamment longtemps pour que l'ignitron 126 puisse être coupé. Ainsi, le fait de disposer un condensateur 122 plus important dans la source, en prolongeant la longueur de l'impulsion, contribue à réduire le facteur inductif, sans que l'impulsion soit exagérément longue dans la cuve 110.
Un dispositif à conducteurs subdivisés transposés, dans lequel une tension opposée convenablement cadencée est introduite peut de même, permettre l'extinction de l'ignitron 126. De tels circuits peuvent aussi être utilisés pour court-circuiter la source d'impulsions. Les circuits à conducteurs subdivisés transposés sont classiques et n'ont pas été représentés (voir General Electric Co.
Bulletin PT-41).
En ce qui concerne les divers circuits, il est entendu que l'ignitron 126 est donné en tant qu'exemple d'un dispositif de commutation convenable et que d'autres dispositifs de commutation analogues, tels qu'éclateurs à étincelles commandés ou analogues, peuvent être utilisés.
Si un grand nombre de cuves sont placées en série et raccordées à un générateur 114 qui fournit une tension suffisante pour produire la basse tension nécessaire à chaque cuve reliée en série aux autres, toutes les cuves peuvent être soumises à l'activation en synchronisme à partir d'une source unique d'impulsions, ou à partir de sources individuelles correspondant chacune à chaque cuve ou par l'intermédiaire de sources d'impulsions individuelles associées à chaque portion d'anode pulsatrice de chaque cuve. Cependant, il peut être préférable d'employer un matériel pulsateur portatif, qui est raccordé par fiches emboîtables à une structure d'anode préalablement mise en place ou qui comporte ses propres électrodes pulsatrices, de façon à délivrer les impulsions à chaque cuve séparément.
La forme des impulsions et les paramètres divers peuvent être observés au moyen d'un oscilloscope de mesure de phénomènes transitoires relié directement aux électrodes pulsatrices. L'oscilloscope peut être relié aux électrodes pulsatrices, en étant disposé à une certaine distance de ces dernières, si des facteurs de correction sont utilisés pour interpréter les paramètres observés. Une fois qu'il a été établi qu'on utilise des impulsions convenables, le voltmètre 166 (ou l'ampèremètre 167) est le meilleur guide pour déterminer quand il y a lieu de répéter l'impulsion, quand il y a lieu d'interrompre une série d'impulsions et quand il y a lieu de reprendre une nouvelle série d'impulsions. Ainsi, le programme ou la configuration des impulsions est également prédéterminé et, par suite, la délivrance des impulsions est de préférence réalisée dans ces conditions prédéterminées.
La fig. 9A montre un circuit comportant une anode pulsatrice auxiliaire 140 pour délivrer des impulsions à haute tension. L'anode auxiliaire n'est pas directement raccordée à la source de basse tension. Elle est excitée à travers le secondaire d'un transformateur d'impulsions 128, bien qu'elle puisse être également utilisée avec le circuit représenté à la fig. 7.
Comme le montre la fig. 9A, l'anode pulsatrice 140 est, de préférence, revêtue d'un isolant 142. Le matériau constituant l'anode pulsatrice 140 peut être du carbone amorphe, alors que le matériau de l'isolant 142 peut être du nitrure de bore. Le matériau constituant l'anode 140 peut être un métal tel que le tungstène, dont l'oxyde se sublime à la température du bain de fusion, ou tout autre matériau conducteur mais, de préférence, un matériau qui est oxydable. On a représenté la cuve 110 comportant de la cryolite solidifiée 163 qui sert à isoler ses parois et grâce à laquelle il est possible de maintenir un espace prédéterminé entre l'anode pulsatrice 140 et la cathode 111. Le revêtement de protection 142 peut s'avérer utile pour éviter des amorçages ou claquages dans les gaz ionisés qui se trouvent immédiatement au-dessus du bain de fusion.
On a représenté à la fig. 9B une anode pulsatrice comportant un segment 140a protégée et séparée, au moyen d'un isolant 142a, de deux autres segments 140b et 140c voisins, dont il est faiblement espacé. Chacun des segments de l'anode pulsatrice est raccordé à un condensateur d'accumulation 122 qui se déchargeant à travers l'ignitron 126 et toutes les électrodes d'amorçage 124 sont excitées simultanément au moyen d'un dispositif pulsateur 131. L'anode pulsatrice sous forme de plusieurs segments isolés présente l'avantage que chaque segment nécessite un moyen de commutation plus petit et présente une résistance de charge plus grande.
La fig. 9B montre également des anodes pulsatrices auxiliaires 143a-143e disposées avec espacement convenable dans la cuve en vue d'une production d'impulsions simultanée ou intermittente à partir de la même ou de différentes sources de haute tension. Ces anodes pulsatrices auxiliaires supplémentaires peuvent être souhaitables lorsque l'on a en vue l'obtention d'effets de courte durée qui sont réalisables pour les niveaux d'activation les plus bas.
La fig. 10 montre une courbe donnant le niveau d'activation en fonction du temps d'établissement ainsi que la forme de la puissance et de la tension des impulsions et leur nombre et leur espacement. Lorsqu'on procède dans les conditions optimales, le niveau le plus élevé est obtenu. Ce niveau a la durée la plus grande et présente le plus grand avantage mesuré au point de vue de l'amélioration globale de la conductivité. On peut voir que la courbe n'est pas dirigée vers le haut, d'une façon continue. De plus, une fois le niveau stable obtenu, il peut être plus difficile de le porter à un niveau plus élevé, étant donné qu'alors, il s'est établi une résistance plus faible sans la surface d'anode plus grande qui permettrait l'utilisation d'une batterie d'accumulation plus importante.
Divers dispositifs décrits ici peuvent alors être utilisés pour améliorer la forme et la puissance des impulsions, pour qu'il soit possible de passer d'un niveau à un niveau supérieur.
I1 est beaucoup plus satisfaisant de prédéterminer le paramètre et de poursuivre l'application d'impulsions ayant une forme satisfaisante, etc., avant qu'un niveau d'activation ait atteint son point de stabilisation. Selon les dimensions de la cuve, la délivrance entière d'impulsions peut être accomplie en une période de temps telle que, par exemple, environ 15 sec à 2 mn, le niveau stabilisé, plus particulièrement pour les meilleurs niveaux d'activation, étant atteint après une période plus longue, telle que par exemple 15 mn environ. Le niveau d'activation le plus bas ne durera même pas nécessairement 15 mn. Toutefois, le niveau d'activation le plus bas représente à lui seul un gain très substantiel, si on le compare à tout ce qui était connu jusqu'à présent pour réaliser des économies d'énergie dans la réduction électrolytique de l'alumine.
Bien entendu, on préfère les niveaux d'activation les plus élevés et les plus durables.
I1 est souhaitable, par conséquent, de déterminer au préalable par un petit nombre d'expériences le programme dont résultera une activation plus élevée au point de vue du niveau. Le programme est achevé dans une période initiale, par exemple une période d'environ 2 mn, alors que l'activation pour ce niveau prédéterminé est atteinte après une période suivante, par exemple 15 mn plus tard. Une série d'impulsions a pour effet d'amorcer la réaction en chaîne et la chaîne continue ensuite à se développer d'elle-même.
On a représenté aux fig. 11A et 11B des formes d'impulsions particulièrement intéressantes qui ont été photographiées au cours de l'exécution des exemples qui vont suivre plus loin. On peut voir qu'il existe une période d'établissement jusqu'à la tension de crête Ep. Cette période est généralement d'environ 0,3 microseconde à environ 1,5 microseconde. I1 apparaît alors une région représentée hachurée sur les dessins, ayant environ 1 à environ 5 microsecondes de largeur, qui est sensiblement à des niveaux de pointe en ce qui concerne l'énergie. On observe pour suivre, pendant un certain nombre de microsecondes, dépendant de la dimension de l'anode pulsatrice, une énergie de qualité inférieure correspondant à la queue de l'impulsion. En ce point, l'impulsion peut s'amortir ou s'inverser.
Au point de vue de la pratique, il y a lieu de préférer une petite quantité d'inversion, mais une grande quantité d'inversion indiquerait un décalage ou retard de phase excessif entre l'intensité de courant et la tension dans l'impulsion. Lorsqu'on passe par des dispositifs tels que le redresseur 161 (fig. 7) ou un dispositif à conducteurs transposés ou un transformateur saturé, on ne peut pas considérer l'absence d'inversion comme constituant une indication fidèle du facteur de puissance. Cette particularité doit être prise en considération lorsqu'on évalue l'inversion.
L'inversion de l'impulsion dépend du rapport induc tancqcapacitancejrésistance qui doit être rendu égal à une fraction de la conductivité de la charge, par exemple à une fraction d'environ 1/3 de la conductivité de la charge. Une telle condition existe lorsque l'impulsion subit une inversion d'environ 50 % de la première pointe d'impulsion Ep, comme on peut l'observer au moyen d'un oscilloscope de mesure de phénomènes transitoires.
La capacitance choisie et le transformateur abaisseur d'impulsions associé doivent fournir un bref intervalle par exemple d'environ 30 microsecondes entre la pointe d'impulsion Ep et le point de départ de la première réflexion E pour environ chaque longueur de 2,5 cm de rayon de l'anode pulsatrice. Le temps nécessaire pour que le gradient de concentration ait effectué tout son trajet est d'autant plus long que le rayon est grand. Dans tous les cas, l'ensemble de capacitances augmente avec l'augmentation du rayon de l'anode pulsatrice dans la mesure où le temps est allongé. La constante de temps
RC n'est pas maintenue constante. Lorsque R diminue par suite de l'augmentation de la surface d'anode pulsatrice, l'augmentation de la capacitance est plus que suffisante pour rétablir le multiple de capacitance et de résistance.
On constate qu'en vue de permettre de disposer d'un temps suffisant pour que le gradient de concentration s'écarte du dessous de l'anode pulsatrice, l'ensemble des capacitances doit être augmenté, en raison d'un facteur qui est approximativement la surface d'anode pulsatrice à la puissance 1,5.
On a remarqué ci-dessus que l'inversion de courant par réflexion avait pour effet d'annuler l'effet d'accroissement de la mobilité des ions en vue de l'obtention de résultats pratiques. Cette inversion n'affecte cependant pas l'effet d'écrasement des cristaux. Quoi qu'il en soit, l'inversion par réflexion doit être maintenue à une faible valeur, étant donné que seulement l'énergie d'impulsion qui est en phase est efficace pour produire l'effet d'écrasement des cristaux. Une réflexion limitée peut être contrebalancée par des tensions plus élevées et des durées d'impulsions accrues, mais ceci ne peut être poussé trop loin, étant donné que la rigidité diélectrique est bien tôt dépassée ou que l'effet recherché est détruit.
On peut voir à la fig. 12 un moyen de déterminer le point particulièrement approprié auquel il y a lieu de délivrer à nouveau les impulsions avant d'obtenir le niveau stabilisé à partir duquel il est difficile de monter plus haut. Si l'on suppose que la basse tension est constante, l'intensité de courant dans l'anode à basse tension croîtra pendant quelques secondes, et éventuellement commencera à décroître, comme représenté sur la fig. 12.
Si l'intensité de courant ne croît pas, c'est que l'impulsion a été totalement inefficace, et doit être remise en forme.
La chute de l'intensité de courant, comme représenté sur la fig. 12, se produit même lorsque l'impulsion est en fait convenable et même quand une série d'impulsions analogues produira dans les 15 mn suivantes un bon niveau d'activation. Le point A de la fig. 12 définit le moment idéal pour déclencher l'impulsion suivante. Des impulsions additionnelles peuvent être déclenchées avant que le point A ne soit atteint. Dans ce cas, elles seront moins efficaces. A moins que l'impulsion additionnelle soit déclenchée en un point quelconque de la montée, sa chance d'être efficace est réduite et chaque impulsion peut être ainsi individuellement éteinte sans produire aucun effet permanent ou sans produire un effet qui soit supérieur à celui qui serait obtenu comme résultat d'une telle impulsion unique.
Si les impulsions sont déclenchées trop tôt les unes après les autres, le gradient de concen tration peut être détruit et la série d'impulsions sera encore plus mauvaise qu'une impulsion unique de la série. Le résultat obtenu sera similaire à celui que l'on obtient avec une impulsion extrêmement longue. Il est par conséquent souhaitable de déclencher les impulsions en succession quelque part au cours de la montée, de préférence juste avant la descente au point A. Quand on réalise des expériences avec une petite anode pulsatrice, c'est-à-dire une anode d'environ 1 cm2, et un petit condensateur correspondant 122, le point A est atteint en environ Vs de seconde. Avec une surface d'anode pulsatrice de 65 cm2 environ, on a constaté que le point A était atteint en environ 15 sec ou plus.
En tout cas, il conviendra de produire un nouveau déclenchement dans les 15 sec. En se basant sur ces directives, il sera possible de mettre n'importe quelle installation en service en une période de temps raisonnable. L'observation de la fig. 12 correspond au passage de l'anode d'observation au voisinage du gradient initial. Il circule sensiblement à la vitesse du son. On observe ainsi l'action qui commandera l'établissement de la réaction en chaîne. L'établissement effectif du niveau d'activation ne peut pas être observé pendant une durée allant de quelques secondes à quelques minutes.
La courbe de la fig. 12 peut être obtenue par symétre par rapport à l'axe des abscisses dans certaines conditions géométriques et pour certains paramètres. Les mêmes considérations s'appliquent à la courbe inversée, mais une courbe dirigée vers le haut est préférable. Pour une courbe inversée, une amplitude élevée sera également préférée à une amplitude plus faible. Les conditions acoustiques peuvent être modifiées en faisant varier la géométrie ou la combinaison des condensateurs et la tension de la source d'impulsion, de sorte qu'un état de raréfaction et, par suite, une inversion de la courbe de la fig. 12 ne se produisent pas.
Il existe un point de saturation apparent atteint par le niveau supérieur de l'activation, au-delà duquel les impulsions ultérieures précédant ou suivant l'établissement du niveau d'activation ne produisent plus d'activation.
Cependant, alors qu'aucun effet additionnel d'écrasement des cristaux n'est produit, on peut toujours créer un effet d'accroissement de la mobilité des ions.
Bien que le passage d'un niveau établi à un niveau plus élevé puisse être difficile, il n'y a aucune difficulté à rétablir un niveau qui a commencé à atténuer. Un plus petit nombre d'impulsions ou des impulsions de niveau énergétique plus bas suffisent généralement à cet effet.
Si, pour une raison quelconque, la cuve d'électrolyse est arrêtée puis remise en service, il sera nécessaire d'établir l'effet ab iizitio bien qu'une quantité partielle d'avantages puisse subsister.
Lorsqu'on évalue les indications données à la fig. 12, il peut se produire que cette charge immédiate de courant soit négative plutôt que positive. Bien que les expériences n'expliquent pas ce phénomène, elles montrent que l'activation peut provenir également de telles impulsions. La même considération s'applique au déclenchement d'impulsions à partir du point A sur la courbe correspondante d'abaissement de courant. Un tel abaissement du courant ne dure jamais. Peu importe les dimensions de l'anode, il se termine en environ 1 sec. L'activation peut se poursuivre en augmentant à partir de ce moment. L'activation peut être très graduelle pendant les quelques premières minutes et alors croître rapidement pendant les 15 mn suivantes.
On a pu observer que 1'activation pouvait croître très rapidement, en commençant au bout d'environ 3 mn puis atteindre alors une valeur très proclame de sa valeur finale dans les 5 mn suivantes environ. Bien que les expériences n'expliquent pas un tel phénomène, on pense que celui-ci est de nature acoustique plutôt que de nature électrique, en ce sens que les corps qui servent à renforcer le gradient, traversent le bain en groupements qui se déplacent à des vitesses SOIll- ques. Comme dans les phénomènes acoustiques, l'onde est quelquefois renforcée et quelquefois perturbée.
Il est possible qu'une onde réfléchie produise une raréfaction qui attire temporairement les ions en dehors du champ anodique. Cela dépendra de la force de l'onde de choc incidente et de la géométrie de la cuve et de son intérieur. Il est possible généralement d'y remédier en diminuant les dimensions du condensateur d'accumulation et en augmentant sa tension. De même une onde excessivement longue ou d'une intensité excessive peut provoquer une onde réfléchie qui en rencontrera de face une autre et provoquera un crépitement, quand bien même la limite diélectrique n'aurait pas été dépassée.
Au cours de la période représentée en hachures sur la fig. 10B, le champ magnétique dû à l'impulsion maintient en place le gradient de concentration, y permettant ainsi l'apparition de la formation initiale du gradient impliquant les particules ioniques, subatomiques ou qui résultent de l'écrasement des réseaux cristallins qui sont maintenues dispersées par choc par la queue de l'impulsion et par leur propre pression due au nombre accru de particules excitées.
On doit disposer d'une concentration d'au moins 2 %, de préférence d'environ 8 % à environ 14 % d'oxyde d'aluminium dans le bain avant d'entreprendre le déelen- chement des impulsions. On a remarqué qu'un pourcentage plus élevé d'alumine, c'est-à-dire une augmentation d'environ 112 % reste dans le bain comme effet d'anode lorsque le bain a été activé. On a remarqué également qu'une cuve activée présente une force contre-électromotrice diminuée. On préfère qu'il y ait suffisamment d'aluminium métallique dans le bain, par exemple 1,5 % d'aluminium, de façon non seulement à ne pas saturer ce bain avant l'activation, mais aussi de façon à disposer de métal pour la solubilité additionnelle que produit en partie l'activation.
Lorsque le condensateur d'accumulation précède un transfo,mateur-abaisseur 128, la capacité du circuit équivalent pour les électrodes pulsatrices est égale à la capacité du condensateur multipliée par le carré du rapport d'abaissement du transformateur. Ainsi, le condensateur 122, de 1,1 microfarad dont il a été question plus haut, correspond à un circuit équivalent de 17,6 microfarads pour la tension d'impulsion. Cependant, le courant d'impulsion est plus fort et la durée des impulsions est plus faible qu'ils ne le seraient si les impulsions provenaient d'un condensateur de 17,6 microfarad sans le transformateur 128.
On a constaté qu'une masse activée de cryolite-alumine peut être transférée dans une cuve de cryolitealumine fraîche et que cela avait pour effet de provoquer l'activation de l'ensemble de la cuve. Ainsi, le matériel nécessaire à amener pour réaliser les décharges à haute tension peut être limité à une cuve mère. Une fois la cuve mère activée, une certaine partie de son contenu activé peut alors être utilisée pour ensemencer une autre cuve à la suite de quoi la nouvelle cuve est elle-même activée. La cuve qui est activée par un tel transfert peut elle-même constituer une cuve mère. I1 est ainsi possible de construire une installation pour l'activation de la cryolite-alumine et de transférer alors de la cryolitealumine ainsi activée à une installation de réduction.
Le refroidissement doit être évité et, de plus, le transfert doit être effectué en une quantité suffisamment importante pour que le matériau activé ne soit pas exagérément dilué.
A la fig. 15 on a représenté une installation pour réaliser cette manière d'activation de cryolite-alumine. L'installation comporte une cuve mère 440 qui est conçue pour recevoir un mélange de cryolite-alumine qu'il y a lieu d'activer. La cuve mère 440 est munie d'électrodes pulsatrices 441 qui sont reliées à des sources d'impulsions à haute tension 442. L'application des impulsions provR- nant des sources 442 au mélange cryolite-alumine dans la cuve mère a pour effet d'activer le mélange cryolitealumine dans cette dernière.
Un conduit d'évacuation 443 relie la cuve mère à une des cuves 444 de la rangée de cuves. Des tubes 445 relient en série le reste des cuves 444 de la rangée de cuves. Des canalisations de retour 446 relient la rangée de cuves par une pompe 447 à la cuve mère 440. Des moyens de chauffage 448, tels que dispositifs de chauffage électrique ou à vapeur par serpentin, peuvent être prévus autour des divers tuyaux, de façon à maintenir le mélange cryolite-alumine à l'état fondu.
Avec cette disposition, la cuve mère est conçue pour fournir un débit de cryolite-alumine activée aux diverses cuves 444 de la rangée de cuves. Cet ensemble peut fonctionner de façon intermittente ou de façon continue, en fonction des conditions d'exploitation.
Ainsi, la cuve mère 440 peut être utilisée pour réaliser le chargement de la rangée de cuves en cryolitealumine activée puis être arrêtée ou peut être maintenue en fonctionnement et continuer à faire recirculer la cryolite-alumine activée.
Un autre mode de réalisation d'installation d'activation de cryolite est représenté schématiquement à la fig.
16. Une cuve mère 470 est activée par déclenchement d'impulsions par une anode 471 au moyen d'un générateur d'impulsions électriques à haute tension 472. La pompe d'alimentation 473 transfère la cryolite-alumine activée par des conduits 474 et 475 à un collecteur 476. Chacune des cuves 477 de la rangée de cuves est munie d'anodes 478 qui sont reliées à un générateur à basse tension 479. Grâce à des vannes 480 et à des conduits 481, chacune des cuves 477 est susceptible de recevoir la cryolite-alumine activée. Ainsi, la cuve mère 470 peut fournir la quantité de cryolite-alumine nécessaire, à la demande, à chacune des cuves de la rangée de cuves.
Dans le but de maintenir la cryolite-alumine dans les cuves 477 à l'état activé au cours du fonctionnement de la rangée de cuves, la cuve mère 470 peut être conçue en vue d'une recirculation de la cryolite-alumine dans les cuves 477. Dans le système de recirculation, chacune des cuves 477 peut être raccordée au collecteur 482 au moyen d'un tube 483 et d'une vanne 484. Le collecteur 482 est à son tour raccordé au tube 485, à une pompe de retour 486 et à un tube 487 menant à la cuve mère 470.
On peut voir que lorsque les vannes 480 et 484 sont en position ouverte, et que les pompes 473 et 486 sont en service, la cryolitc activée peut être fournie aux cuves 477 et la cryolite-alumine peut être en même temps renvoyée des cuves 477 en vue de sa réactivation dans la cuve mère 470. En fonctionnement, la recirculation peut être conditionnée de façon à ce que soit maintenu soit un niveau prédéterminé d'activation dans les cuves 477, soit (par un fonctionnement intermittent) un degré d'activation situé entre des limites prédéterminées. La disposition de l'installation d'activation permet donc de réaliser l'activation avec un seul groupe de matériel capable d'appliquer les impulsions électriques à haute tension à la cryolite-alumine.
Un exemple du dispositif pulsateur 31 ou 131 destinés à provoquer et à contrôler l'amorçage de l'ignitron pour l'application des impulsions au bain de sels fondus est représenté à la fig. 14. Le commutateur 340 relie le circuit à une source d'alimentation en énergie électrique 341. Le courant de sortie du transformateur haute tension 342 est redressé par un tube redresseur 343. Le courant redressé est utilisé pour charger le condensateur 344 qui devient ainsi la source d'impulsions provoquant l'amorçage de l'ignitron.
Un thyratron 345 qui est relié en série au condensateur 344 et au transformateur d'impulsions 346 est utilisé comme moyen de commutation réalisant la décharge du condensateur 344 à travers l'enroulement primaire du transformateur d'impulsions 346. La grille du thyratron 345 est contrôlée par les impulsions provenant d'un commutateur à plots 347, qui est relié à une source d'énergie 348 dont la tension est suffisante pour provoquer l'amorçage du thyratron.
Le commutateur à plots 347, qui est également représenté à la fig. 17, comporte un bras de contact 347c entraîné par un moteur 347a. Un ensemble de plots 347b est disposé au voisinage d'un trajet circulaire de déplacement du bras de contact. Un conducteur 347d relie les divers plots à une source d'énergie 348. Le bras de commutation est relié au moyen d'une bague de contact 347e à un conducteur 347f qui transmet une ou plusieurs impulsions d'amorçage au circuit de grille du thyratron 345. Lorsqu'il est en fonctionnement, le moteur entraîne le bras de contact et déplace celui-ci par rapport aux plots. En espaçant les divers plots à des intervalles prédéterminés les uns par rapport aux autres, l'intervalle de temps compris entre impulsions d'amor çage pour le thyratron pourra être déterminé.
On a découvert que les dernières impulsions d'une série sont plus efficacement utilisées quand elles sont déclenchés avec un intervalle plus grand entre elles que lorsqu'il s'agit de celles des impulsions qui se trouvent au début d'une série.
La fréquence de répétition des impulsions d'amorçage vers le thyratron peut être contrôlée en contrôlant la vitesse de rotation avec laquelle le moteur déplace le bras de contact. D'autres variations du programme des impulsions d'amorçage vers le thyratron peuvent être obtenues en réglant le bras de contact pour diverses positions initiales, par rapport à l'ensemble des plots. Le commutateur est également conçu pour appliquer une impulsion d'amorçage unique au thyratron. En tous cas, l'application d'impulsions d'amorçage se termine lorsque le bras de contact a été entraîné jusqu'à atteindre la prise 347g. Des moyens de commutation ou d'interruption, non représentés, peuvent être employés pour couper le moteur 347a lorsqu'il a entraîné le bras de contact jusqu'à une position correspondant au plot 347g.
Lors de l'application de l'impulsion d'amorçage provenant du commutateur à plots à la grille du thyratron 345, le thyratron devient conducteur et ferme le circuit en série comprenant le condensateur 344 et l'enroulement primaire du transformateur d'impulsions 346. La pointe d'impulsion de courant résultant de la décharge du condensateur provoque l'apparition d'une impulsion au secondaire du transformateur d'impulsions, laquelle est suffisante pour exciter l'électrode d'amorçage du tube ignitron qui y est raccordée. Des éclateurs 349 sont disposés de façon à limiter la valeur de la tension qui peut être appliquée à l'enroulement primaire du transformateur d'impulsions.
Dans la pratique, un opérateur peut utiliser un générateur d'impulsions portatif de 3000 à 5000 volts, relié à des bornes spéciales, il peut insérer les paires de bornes dans la zone annulaire au sommet du bain et appliquer une certaine séquence d'impulsions. Il peut alors passer à la cuve suivante. De cette manière, un générateur unique d'impulsions peut être utilisé pour desservir un grand nombre de cuves. Si, en plus des impulsions créant le désordre des cristaux, on désire superposer les impulsions provoquant un accroissement de la mobilité des ions, à la tension continue, un générateur d'impulsions de 1000 volts, relié, de préférence, aux bornes des électrodes habituelles à basse tension, sera prévu à cet effet.
Les paires d'électrodes auxiliaires peuvent également être positionnées en permanence, et excitées soit à travers un ignitron séparé pour chaque paire ou par un ignitron central relié à toute la série d'électrodes à une borne commune (fig. 6). La rangée de cuves d'électrolyse peut être reliée en série par un câble coaxial à un générateur de haute tension, comme par exemple un générateur van de
Graaf dans le but de fournir des impulsions par les électrodes normales lorsque le courant basse tension est temporairement coupé. I1 est possible de procéder de la sorte, étant donné que les impulsions nécessaires pour l'effet d'écrasement des cristaux sont efficaces, même en l'absence du courant d'électrolyse.
Lorsque l'anode tout entière est utilisée pour appliquer des impulsions à la cuve, il est possible qu'une impulsion unique soit suffisante, et ainsi, la fréquence de répétition entre impulsions devient de l'ordre de quelques heures Il peut être préférable de réaliser plusieurs impulsions en série. Elles doivent alors être espacées à des intervalles maximums. Plus l'anode pulsatrice est grande.
qu'elle soit normale ou auxiliaire, plus la fréquence de répétition est faible et moindre est le nombre d'inlpul- sions. Ainsi, une électrode pulsatrice auxiliaire nécessitera l'emploi d'autant plus d'impulsions dans une série d'impulsions, et la répétition sera d'autant plus fréquente que l'électrode sera plus petite. Plusieurs essais permettront de déterminer la surface minimale de l'anode pulsatrice auxiliaire, qui est susceptible de permettre d'atteindre l'objectif dans un cas spécifique. Dans de nombreux cas, il est préférable d'appliquer les impulsions au moyen de l'anode pulsatrice auxiliaire.
Bien que l'énergie totale des impulsions ne varie pas beaucoup et que la différence ne soit pas sensible dans tous les cas, le prix de revient du matériel et des raisons pratiques sont en faveur d'une application d'impulsions au moyen d'une électrode pulsatrice auxiliaire utilisable qui soit la plus petite possible.
D'autre part, pour l'installation mère d'activation, l'électrode pulsatrice peut être très grande pour fournir de grandes quantités de matière activée qui ne soient pas diluées exagérément ou qui ne soient pas neutralisées par l'addition de matières fraîches. Mais ceci est possible, étant donné que le matériel est fixe et centralisé. De plus, une grande anode peut être segmentée en parties, isolées les unes des autres, et excitées par des batteries de condensateurs séparées les unes des autres. analogues à celles représentées à la fig. 9B, exception faite en ce qui concerne l'anode à basse tension.
Exemple I
La fig. 1 la représente un type d'impulsion obtenu par la décharge d'un condensateur de 1,1 microfarad à 20000 volts à travers un transformateur abaisseur de rapport 4/1 alimentant une anode ayant une surface effective d'environ 3,87 cm", la cuve n'ayant jamais été activée en totalité jusque-là. La cuve contenait environ 700 g de cryolite, environ 60 g d'oxyde d'aluminium et environ 12g d'aluminium à l'état métallique. On entend par le terme cryolite une composition de sels d'halogénures qui, à l'état fondu, dissout l'alumine. L'inductance des fils de la batterie de condensateur et du transformateur était d'environ 0,15 Lt H. Aucun des dispositifs de correction spéciaux n'a été utilisé. On a constaté que le temps d'établissement était d'environ 0,3 microseconde. La tension de crête atteinte était d'environ 3750 volts.
La première inversion de tension atteignait environ 1450 volts. Une série de ces impulsions a activé le bain et provoqué une modification de sa conductivité, telle que le même courant pouvait être obtenu pour une tension de 3 volts, alors qu'à l'origine, il était nécessaire de disposer d'une tension de 5 volts. Ceci représente un niveau d'activation moyen.
On a représenté à la fig. 11B une impulsion dont une série a été capable de produire un niveau supérieur d'activation et même d'atteindre ce niveau après que le niveau précédent ait été stabilisé. La batterie d'accumulation et le circuit étaient les mêmes que ceux représentés à la fig. 9A, exception faite en ce que le déclenchement des impulsions était exécuté à partir d'une anode ayant une surface effective de 1,16 cm2 environ seulement.
Dans ce cas également, un condensateur 132c était disposé en dérivation entre les conducteurs et sa capacité était de 1/4 de microfarad. Etant donné l'activation précédente, malgré l'utilisation d'une anode pulsatrice plus petite, l'impulsion de la fig. llB a eu pour effet d'accroître de 3,4 fois la conductivité globale. La tension de crête est similaire à celle de la fig. 1 lA, malgré la modification de l'échelle des ordonnées. Le temps de montée ou d'établissement est d'environ 0,7 microseconde. La tension de crête est de 3600 volts avec la première inversion à
1650 volts. La durée du premier quart de cycle de la fig.
1 lA est de 7 microsecondes. La durée du premier quart de cycle de la fig. 11B est de 5,7 microsecondes. Après la série d'impulsions de la fig. îlE. le courant total pour 5,0 volts était 7 fois la valeur du courant précédent. Le courant d'origine à 5,0 volts était obtenu alors pour une tension de 1,82 volt. La force contre-électromotrice était de 0,9 volt. La force contre-électromotrice initiale avec cette anode était de 1,5 volt.
Exemple 2
Un circuit tel que celui représenté schématiquement à la fig. 1 a été associé à une cuve classique d'électrolyse à revêtement de carbone du type utilisé habituellement dans le procédé bien connu de production de l'aluminium par l'électrolyse.
La température du bain de cryolite-alumine a été maintenue à 10000 C, puis après nivellement initial, on a obtenu un courant de 60000A pour une basse tension continue constante de 5,9 volts. Une tension continue pulsée à haute tension, de 1000 volts de tension de crête, ayant la même polarité que la basse tension, a été superposée à ladite basse tension, la haute tension consistant en deux impulsions par seconde. d'une durée d'environ 1 microseconde chacune. La tension réfléchie a été maintenue à 12 % de la tension initiale. Pour maintenir le même niveau de courant, il n'a plus été nécessaire que de disposer de 4,7 volts, ce qui a eu pour effet d'économiser en puissance 20 % ou d'économiser en temps de production 35 %.
Des gains de rendement en intensité de courant de l'ordre de 20 à 50 %, ayant comme moyenne 35 %, si on fait une comparaison avec le procédé Hall classique, peuvent être obtenus grâce à ces impulsions répétées, de courte durée, à haute tension en courant continu, se superposant au courant porteur ou de fonctionnement à basse tension, et ayant le même sens que celui dudit courant porteur. Le procédé décrit ci-dessus est un exemple d'effet d'accroissement de la mobilité des ions. Les impulsions peuvent être répétées à des intervalles de courte durée, pendant toute l'opération, étant donné que leur effet ne dure qu'un temps très court. L'action des impulsions à haute tension à effet d'accroissement de la mobilité des ions est la plus forte dans la mesure où elles sont codirectionnelles avec le courant d'électrolyse.
Ces impulsions codirectionnelles confèrent une mobilité additionnelle aux ions du bain. Comme on l'a vu plus haut, la tension optimale pour les impulsions varie avec la nature du bain et avec des conditions thermiques ou autres. Avec un bain ayant la composition classique du procédé Hall, à une température de fonctionnement d'environ 1000"C, une tension d'impulsion de l'ordre de 1000 volts apparaît comme étant optimale quand la durée ou la largeur des impulsions est d'environ 2 microsecondes. Généralement, on préfère opérer avec des impulsions d'une tension supérieure à 900 volts. On n'observe pas d'augmentation pratique de l'effet d'accroissement de la mobilité des ions pour des impulsions de tension supérieure à 1000 volts.
Il y a lieu de souligner que du fluorure de lithium peut être substitué au fluorure de sodium dans la composition du bain de l'exemple 2. En fait, dans le processus selon l'invention, un sel quelconque pourra être utilisé si ces produits électrolytiques réduisent et aussi dissolvent l'oxyde d'aluminium. La seule condition imposée au sel est que le claquage diélectrique ne doit pas se produire à des tensions inférieures à celles nécessitées pour rendre maximums les effets d'accroissement de la mobilité des ions ou d'écrasement des cristaux.
Exemple 3
Dans une cellule ou cuve dans laquelle l'électrolyse d'oxyde d'aluminium dissous dans la cryolite s'effectue normalement à une tension de fonctionnement continue de 6 volts et avec une intensité de courant de 4,4A, on a pu élever l'intensité du courant à 5,4A, grâce à une unique impulsion de 3000 volts d'une durée de 3 microsecondes. Le courant a été ultérieurement porté à 7,2, 8,2, 9,8 et finalement 1 1,4A par les 7 impulsions suivantes de même tension et de même durée. Lorsque les impulsions ont été interrompues, le courant est tombé, après une minutie, à 11A. Il est resté à ce niveau pendant une heure, puis il a commencé à décroître quelque peu. L'intensité élevée du courant a pu être facilement rétablie par des impulsions additionnelles, bien qu'il n'y ait pas eu besoin d'un aussi grand nombre d'impulsions que pour l'opération initiale.
On a pu obtenir temporairement des intensités plus élevées allant jusqu'à l5A, mais ces niveaux n'étaient pas permanents et le courant est redescendu rapidement encore au niveau de 11A. Le niveau de courant plus élevé de 15A a montré la superposition de l'effet d'accroissement de la mobilité des ions à l'effet d'écrasement des cristaux. L'intensité plus élevée de courant était transitoire en comparaison avec l'intensité relativement stable de liA qui résultait uniquement de l'effet d'écrasement des cristaux.
Le bac expérimental précité était constitué par un récipient en graphite d'une capacité de 30cm3 servant de cathode ayant un diamètre interne de 30mm, une hauteur de 45 mm, et par une anode du type nickelchrome en forme de tige descendant jusqu'à 1 cm audessus du fond de la cathode. La charge comprenait 35 g d'alumine-cryolite à Fétat fondu comportant approximativement 14 % d'alumine. La force contre-électromotrice était de 1,7 volt au début de l'électrolyse. Le bain a été maintenu à 9600 C. On a mesuré la tension des impulsions au moyen d'un oscilloscope branché aux bornes du bac. On a empêché que la tension des impulsions ne pénètre dans le circuit à basse tension en prévoyant une inductance appropriée dans le circuit à basse tension.
Les impulsions ont été fournies par un conden sateur d'une capacité de 1 F et de faible inductance; elles ont été appliquées par l'intermédiaire d'un tube ignitron. L'oscilloscope a montré une réflexion de 30410, c'est-à-dire que la première crête au-dessous de la ligne d'abscisse à la tension nulle avait une hauteur égale à 30 % de la crête de tension initiale. Le circuit utilisé dans l'exemple 3 était le circuit de la fig. 7 avec cette exception que ni le redresseur 161, ni le condensateur 132 n'ont été utilisés. Dans ce cas particulier, on a favorisé en fait la situation en ajoutant un faible élément d'inductance.
On a atteint, dans ces conditions expérimentales, un courant régulier d'une intensité d'environ 11A. Ceci aurait pu être obtenu également au moyen de 6 impulsions d'une valeur de pointe de 3000 volts et d'une durée d'environ 10 microsecondes pour chaque impulsion, celles-ci se suivant à de brefs intervalles; la série étant réalisée en 5 sec par exemple (voir fig. 2). Lorsque la tension des impulsions est plus basse ou lorsque la cuve a de plus grandes dimensions, un plus grand nombre d'impulsions de plus grande durée est nécessaire pour obtenir le même niveau de conductivité. Dans les mêmes conditions d'expérience, la tension d'impulsion la plus faible pour laquelle on ait pu observer une augmentation de conductivité significative et plus que transitoire a été de 1300 volts.
L'augmentation de conductivité a duré quelques minutes mais quel qu'ait été le nombre des impulsions, la conductivité n'a pas été davantage augmentée. Avec une tension de 2500 volts, une conductivité durable correspondant à une intensité de courant de 11A a pu être obtenue avec 20 impulsions administrées en 1 sec. I1 n'y a aucune raison utile d'augmenter la tension des impulsions au-dessus de la valeur pour laquelle le niveau permanent le plus élevé de conductivité peut être obtenu au moyen d'un petit nombre d'impulsions, par exemple 20 ou moins de 20. En tout cas, la rigidité diélectrique du bain réduit la possibilité d'augmenter davantage la tension des impulsions.
Le risque qu'une décharge ne se produise par suite d'une rupture diéleo trique est d'autant moins grand que la distance entre les électrodes est plus importante et que la durée de 1'im- pulsion unique est plus courte. Ainsi, la distance entre les électrodes, la durée des impulsions, le nombre des impulsions et la tension des impulsions peuvent être ajustés en dépendance mutuelle, de façon à obtenir le bénéfice maximum, tout en évitant une rupture diélectrique. Pour une durée d'impulsion de 100 microsecondes, on peut obtenir des résultats avec des impulsions de 1500 volts, mais des impulsions de 10 microsecondes à 3000 volts sont 5 fois plus économiques (voir fig. 2 par exemple).
Exemple 4
Dans des expériences ultérieures de cette série, on a ajouté une quantité importante d'inductance comme dans le cas de la fig. 8, en utilisant un transformateur d'impulsions. Dans ce cas, on a employé un condensateur 162 de 20001F et un condensateur 132b de 0,1stF, ce dernier condensateur étant raccordé à l'enroulement primaire du transformateur d'impulsions.
Exemple 5
On a introduit, dans une cuve expérimentale ayant comme dimensions internes 24 cm de long, llcm de large et 11 cm de haut, environ 2,7 kg de cryolite-alumine. Une anode en coke de pétrole de la même matière que celle en général utilisée dans l'industrie et ayant une section de 5 x 5 cm a été insérée dans la cryolite jusqu'à 2,5 cm environ du fond. La cuve était chauffée pardessous au moyen de barres incandescentes. La température était contrôlée au moyen d'un appareil de contrôle pyrométrique Bristol. On a également contrôlé visuellement la fluidité de la cryolithe, en ce qui concerne son écoulement et on a brassé la cryolite avec un ringard.
On a maintenu la température à environ 900OC. Un redresseur fournissant la tension requise d'une façon constante a été raccordé entre la cuve et l'anode avec interposition d'un shunt. Le shunt était raccordé à un enregistreur Bristol, ainsi qu'à d'autres appareils de mesure que l'on a filmés au moyen d'une caméra à film de 16 mm. Le circuit utilisé pour appliquer les impulsions était sensiblement le même que celui de la fig. 7. L'anode était connecté à son autre côté à une batterie d'accumulation constituée par des condensateurs, par l'intermédiaire de conducteurs à faible inductance et d'un ignitron du type 7703. La batterie de condensateurs comportait de nombreuses unités en parallèle totalisant 165y F et a été chargée à une valeur nominale de 4000 volts.
Ceci, d'après les mesures à l'oscilloscope, fournit environ 3000 volts entre l'anode et le circuit de la cuve représenté à la fig. 7. Aucun des dispositifs facultatifs n'a été utilisé.
On a déclenché jusqu'à 25 impulsions sans obtenir aucun autre résultat que de simples courants de fuite. On a alors ajouté 39 g d'oxyde d'aluminium aux 2,7 kg du mélange précité. de façon à augmenter la concentration en alumine jusqu'à 1,4 %, concentration qui est encore quelque peu inférieure à la concentration dans des conditions normales d'opération. On a répété à nouveau les impulsions sans obtenir aucun effet. Pendant toute cette période, on a maintenu la tension normale d'environ 5 volts et le courant a été d'environ i,iA par cm2 d'anode. On a répété les impulsions encore une fois sans résultat. On a fait varier la valeur de la capacité fournissant les impulsions, de 15 à 165F. Il n'y a pas eu d'autres conséquences que les courants de fuite déjà obtenus.
Afin de placer la cuve dans les conditions normales de fonctionnement, il a été nécessaire d'augmenter la concentration d'alumine. En conséquence, on a rajouté dans la cuve une nouvelle dose de 39 g d'alumine, la quantité totale d'oxyde d'aluminium étant alors de 2,88 %. Une unique impulsion appliquée alors au moyen d'une batterie de 165yF d'une valeur nominale de 4000 volts a entraîné l'activation de la cuve. L'intensité du courant a augmenté de plus de 10 fois, sortant des limites du graphique à ce point. On a alors abaissé la tension jusqu'au point pour lequel l'intensité de courant était double de celle du courant normal (le courant normal est celui observé à une tension brute de 5,1 volts pour 2,88 % d'alumine dans le mélange à base de cryolite). Pour atteindre ce nouveau niveau, il a fallu abaisser la tension jusqu'à 2,05 volts.
L'essai a été poursuivi pendant quatre heures. Il n'a pas disparu au cours de cette période bien que la température soit tombée de 1000 C pendant environ 15 mn. Le nouveau niveau a été rétabli lorsque la température a été ramenée à 9800 C. Egalement lorsqu'on a ramené pendant une brève période de temps la tension vers 5,1 volts, le courant a de nouveau augmente en sortant de l'épure.
L'effet énorme des impulsions sur le bain est clairement démontré par le maintien d'une intensité de courant double de celle qui normalement correspond à 5,1 volts après réduction à la tension de 2,05 volts.
Exemple 6
On a utilisé avec l'appareil de la fig. 7, une anode ayant une surface efficace d'environ 52 cm2. Divers essais ont montré que lStt F dans les conditions de l'expérience, ne permettaient pas d'obtenir l'effet d'écrasement des cristaux, mais permettaient d'obtenir un bon accroissement de la mobilité des ions avec un gain total d'une durée de 15 sec après chaque impulsion. Après s'être assuré qu'on n'atteignait aucun niveau d'activation à 15jlF, on a appliqué une unique impulsion avec 75LL F à 4000 volts, ce qui correspond à 3000 volts environ aux électrodes. Ceci a été suivi par un deuxième ou troisième niveau d'activation. Le programme était semblable à celui de l'exemple IV à cette exception près qu'il n'y a pas eu à appliquer d'autres impulsions.
Après une minute, la tension totale de la cuve s'est établie à 1,8 volt, l'intensité du courant passant sous cette tension étant de 25A. Deux minutes après, l'intensité de courant était de 41A; après les trois minutes suivantes, l'inten- sité de courant était de 41A ; après deux minutes de plus, elle était de 57A et après deux minutes et demie de plus, elle était de 77A. On a élevé la tension de la cuve à 2,9 volts et l'intensité de courant s'est élevée alors à 122A.
La cuve a présenté l'effet d'anode neuf minutes plus tard, abaissant le taux d'alumine à 2,25% (0,75% de plus qu'habituellement) sur la base d'un rendement de courant de 95 %. Des impulsions additionnelles quelconques n'ont eu aucun effet sur le courant. On a alors rajouté de l'alumine et le niveau d'activation a été rétabli. Après une heure en tout, une tension de 2,9 volts donnait un courant de i l0A. La différence entre les 110A et les 122A obtenus une demi-heure plus tôt peut être facile- ment expliquée par l'usure de l'anode.
En fait, l'usure d'anode ne suffit pas pour justifier une chute si faible et ce fait, ainsi que les observations effectuées pour les autres expériences, montrent que la cuve était encore dans un état de légère augmentation du niveau d'activation une heure après le début de l'activation. L'addition de 1,360 kg d'un mélange de cryolite fraîche aux 2,7kg de matière activée a eu pour effet que la cuve entière a été activée pratiquement au même niveau. La réflexion était de 38 % (165su F). Cet exemple illustre le cas où l'on déclenche les impulsions au moyen de l'anode à basse tension tout entière. I1 montre également que la réaction en chaîne s'étend dans des quantités additionnelles substantielles de nouvelle matière.
Les 50 % de cryolite fraîche ajoutés ultérieurement sont passés au même niveau d'activation sans nouvelle impulsion.
Exemple 7
Cet exemple montre l'action du circuit de la fig. 9A.
L'électrode 140 comportait quatre segments contenant 80 % de Ni et 20 % de Cr. Les segments étaient raccordés à un transformateur unique, le transformateur 128.
Les anodes 113 étaient raccordées chacune à un ampèremètre enregistreur séparé 167 afin de permettre l'observation de l'établissement de l'activation en des endroits différents. Il y a lieu d'observer ici que l'activation a été produite avec 15CL F pour la même quantité de cryolite que dans l'exemple 5. Cependant, on a appliqué un bien plus grand nombre d'impulsions avant de pouvoir observer que le niveau d'activation le plus haut ou qu'un niveau d'activation quelconque avait été atteint. L'anode auxiliaire était une anode très petite d'environ 1,3 cm2 qui était réglée pour un courant latéral équivalant à environ 1,9 cm7. Avec une anode de ces dimensions et un condensateur d'accumulation de 15p F, la fréquence d'application des impulsions a été de 2 par seconde.
On doit noter à ce sujet que la fréquence d'application des impulsions baisse avec l'augmentation de la surface de l'anode pulsatrice. On a appliqué 8 décharges avant même de s'arrêter pour observer l'effet et naturellement il n'était pas possible d'effectuer des observations de l'effet sur les anodes à basse tension de 52 cm2 environ chacune au cours des 4 sec. On a constaté que le courant dans l'anode la plus proche commençait à augmenter plus rapidement que le courant dans l'anode la plus éloignée. Cette montée initiale ne correspond pas au niveau d'activation mais plutot à la propagation des germes de la réaction en chaîne. L'onde de choc n'a pas porté très loin. La réaction en chaîne a commencé à s'établir à l'électrode la plus proche mais la diffusion de la chaîne a continué avec seulement un faible retard dans le temps.
Au palier final, il n'y avait plus de retard comme entre les électrodes. Après plusieurs minutes, les deux anodes fonctionnaient à environ 120A chacune, soit un gain d'environ 70A par anode. Les caractéristiques de fonctionnement ont augmenté alors jusqu'à environ 1200A par anode, cela presque simultanément sur les deux ampèremètres. Le rapprochement le plus important, de 120 à 1080A environ pour chaque anode, s'est produit avec un écart d'environ 1 mon, l'anode la plus proche étant la première à être intéressée. Les deux anodes ont atteint 1200A et se sont maintenues à 1200A simultanément. Le temps nécessité pour l'ensemble de la montée à ce niveau à partir du commencement des impulsions a été de 9 mn. L'anode éloignée a été en retard de quelques minutes au niveau de 120A.
Chacune des anodes à basse tension avait une surface efficace d'environ 52cl2. Le bain contenait 3,6 kg environ de cryolite contenant 4 % d'oxyde d'aluminium. On a appliqué 8 impulsions à la fréquence de 2 par seconde avec un espace entre électrodes de 1 cm environ. La résistance 168 (représentée sur la fig. 8) était de 0,015 Ohm.
La réflexion a été de 60 % et le temps de montée de l'impulsion a été de 0,4 microseconde. La cuve était en nitrure de silicium avec une cathode en graphite et des parois d'extrémité rapportées.
Exemple 8
On a utilisé une anode unique d'environ 32 cm2 dans un bain contenant 2,7 kg environ de cryolite. Dans cet exemple, l'application des impulsions a été effectuée au moyen de l'anode à basse tension avec une batterie de condensateurs de 1,11lF. La charge de la batterie était de 20000 volts qui ont été fournis après abaissement dans le rapport de 4 à 1. La résistance 168 avait une valeur de 0,04 Ohm. On a d'abord fait marcher la cuve normalement avec cette même anode à 5 volts. La cuve a présenté un courant initial de 120A qui s'est rapidement polarisé à 110A. Après deux heures de fonctionne nient, on a constaté que la moitié environ du courant ne produisait pas d'aluminium et que l'on perdait la cryolite.
Avec de la nouvelle cryolite et la même anode, maintenant quelque peu atténuée, on a obtenu un courant stable de 55A. On a appliqué une impulsion unique à partir de la batterie de condensateurs chargée à 20000 volts. Le courant s'est élevé à 202A en 5 mn. On a constaté que tout le courant d'activation, c'est-à-dire l'ensemble des 202A, produisait de l'aluminium.
Exemple 9
Des essais ont montré qu'une application d'impulsions d'une longueur excessive détruit l'effet. On a montré, d'une façon quantitative, l'intérêt de l'emploi d'une faible valeur pour le condensateur 132b de la fig. 8. On a montré que 700g de cryolite pouvaient être activés avec un condensateur de 1,1 F à 20000 volts avec abaissement par le transformateur 28 de rapport 4. La surface de l'anode pulsatrice était d'environ 1,3 cm2. Le courant initial était de 16A à une anode de tungstène à basse tension qui a été également utilisée pour l'application des impulsions. 10 impulsions appliquées au rythme d'une impulsion par seconde, le condensateur 132b étant déchargé, ont élevé le courant à 31A. On a laissé s'écouler un temps suffisant pour que le courant se stabilise à un niveau donné.
L'application d'impulsions nouvelles, le condensateur 132b ayant une valeur de 1/4 de EcF, a élevé le niveau de l'intensité à 38A. 15 mn plus tard, on a appliqué à nouveau une impulsion, le condensateur 132b ayant une capacité de S/4 de pF, et le courant a augmenté dans ce cas, jusqu'à 110A depuis la valeur normale de 16A. Cet exemple montre, tout d'abord, qu'en concentrant l'énergie de la décharge dans une période de temps totale plus courte et qui, en améliorant la forme des impulsions en ce qui concerne le facteur de puissance et la durée des crêtes, il est possible de quitter un palier d'activation établi et d'atteindre un niveau d'activation plus élevé.
Ceci ne veut pas dire cependant que la concentration de l'énergie des impulsions par unité de temps ne peut être exagérée.
Exemple 10
Au cours de cette expérience, on a appliqué des impulsions provenant d'une batterie de 78p F sans transformateur abaisseur au moyen d'une anode semblable à celle de l'exemple 9 mais plus petite. Ceci a eu pour effet l'obtention d'un premier niveau d'activation.
On a obtenu une amélioration aboutissant à environ un second niveau d'activation en utilisant une valeur de 0,50au F pour le condensateur 132. La tension brute de 000 volts correspondait à environ 3000 volts aux électrodes. Cependant, la tension obtenue en essayant d'atteindre un niveau encore plus élevé d'activation s'est élevée à 3750 volts. De même, la réflexion est passée de 32 % à 22 % montrant que la conductivité avait été détruite. Ceci ainsi que d'autres observations montrent qu'un condensateur d'emmagasinage, de dimensions excessives par rapport à la surface d'anode, peut détruire le gradient. Dans l'exemple 10, le gradient n'a pas été complètement détruit mais il a été détérioré plus qu'il n'a été favorisé par le condensateur d'emmagasinage de dimensions excessives.
La capacité importante de la source a servi à améliorer le facteur de puissance, mais une fois l'activation déclenchée, le pourcentage de réflexion aurait dû augmenter. Une partie de la faible réflexion comparée à celle de l'exemple 9 est due au condensateur d'emmagasinage 22 plus grand et à sa plus grande durée de décharge.
Exemple de choix empirique des paramètres
Il existe huit paramètres principaux interdépendants.
La mise au point définitive est obtenue plus facilement d'une façon expérimentale. Les différentes etapes ci-dessous permettent de déterminer l'ordre de grandeur.
1. Choix de la surface d'anode, par exemple, la surface totale de l'anode régulière étant de 6,5 m2, il faut utiliser soit une anode de carbone (une de la quarantaine d'anodes régulières précuites) de 16 cm2 ou employer une anode de tungstène de 3,2 dm2.
2. Si l'anode est en tungstène, il y a lieu de la diviser en un certain nombre de segments comme représenté sur l'une des fig. 13 ou 9B.
3. Choix d'une batterie de condensateurs. Pour l'anode de carbone, cette batterie peut être de 50001l F fournissant des impulsions de 2500 volts à l'anode. I1 peut etre nécessaire de modifier cette batterie pour qu'elle atteigne jusqu'à 25000 volts afin de disposer de 2500 volts à l'anode après les pertes par résistance en série et par inductance. Pour l'anode de tungstène, on peut choisir 1000yF fournissant 5000 volts à l'anode pulsatrice.
4. Pour l'anode pulsatrice en carbone, il y a lieu d'essayer l'intervalle normal. Pour l'anode pulsatrice en tungstène, il faut essayer environ 1/4 de l'intervalle normal. Dans tous les cas, la cathode normale constitue également la cathode à haute tension. L'impulsion est appliquée au moyen d'un circuit à conducteurs transposés ou par un redresseur d'impulsions.
5. I1 y a lieu de fixer un condensateur d'environ i/2tt F entre les lames conduisant à l'anode pulsatrice et de faire varier la capacité jusqu'à ce que le courant soit toujours déphasé en arrière et que la première réflexion soit d'environ 30 % de la première pointe.
6. Avec l'anode de carbone, il y a lieu de débuter avec une fréquence de répétition d'environ une impulsion par minute. Avec l'anode de tungstène, il y a lieu de commencer avec une fréquence de répétition de 10 impulsions environ par minute. Il faut observer l'effet produit sur les appareils de mesure de la basse tension et déterminer s'il y a lieu d'augmenter ou de diminuer l'intervalle. En dernier lieu, il y a lieu de mettre au point jusqu'à la fréquence de répétition variable.
7. Au début, il est préférable de terminer la série d'impulsions après 30 impulsions. Le cas échéant, on peut prédéterminer le meilleur programme de répétitions et d'arrets.
8. La durée de la pointe ou crête des impulsions dans le cas d'une anode de tungstène, est comprise entre 1 et 3 microsecondes et la durée totale de l'impulsion jusqu'au moment de la première réflexion est d'environ 100 microsecondes. Dans cas de l'anode de carbone, la durée de la pointe d'impulsion est comprise entre 4 et 12 microsecondes et la durée totale de l'impulsion est d'environ 500 microsecondes.
9. Si la batterie de condensateurs est plus importante et si la tendance de l'activation est moins favorable, il peut y avoir une destruction due à une durée et une puissance excessives. Il y a lieu alors d'essayer une capacité plus faible. Si on a besoin d'une plus grande durée et d'une plus grande puissance, on peut fractionner les impulsions.