WO2002068726A2 - Procede de regulation d'une cellule d'electrolyse - Google Patents

Procede de regulation d'une cellule d'electrolyse Download PDF

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WO2002068726A2
WO2002068726A2 PCT/FR2002/000705 FR0200705W WO02068726A2 WO 2002068726 A2 WO2002068726 A2 WO 2002068726A2 FR 0200705 W FR0200705 W FR 0200705W WO 02068726 A2 WO02068726 A2 WO 02068726A2
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cell
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Olivier Bonnardel
Claude Vanvoren
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Rio Tinto France SAS
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Aluminium Pechiney SA
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C3/00—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts
    • C25C3/06—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts of aluminium
    • C25C3/20—Automatic control or regulation of cells

Definitions

  • the invention relates to a process for regulating an aluminum production cell by electrolysis of alumina dissolved in an electrolyte based on molten cryolite, in particular according to the Hall-Héroult process. It particularly relates to the regulation of the amount of aluminum trifluoride (A1F 3 ) in the cryolite bath.
  • Aluminum metal is produced industrially by igneous electrolysis, namely by electrolysis of alumina in solution in a bath of molten cryolite, called an electrolyte bath, in particular according to the well-known Hall-Héroult process.
  • the electrolyte bath is contained in cells, called “electrolysis cells", comprising a steel box, which is coated internally with refractory and / or insulating materials, and a cathode assembly located at the bottom of the cell.
  • Anodes made of carbonaceous material are partially immersed in the electrolyte bath.
  • the assembly formed by an electrolysis cell, its anode (s) and the electrolyte bath is called an electrolysis cell.
  • the electrolysis current which circulates in the electrolyte bath and the liquid aluminum sheet via the anodes and cathode elements, operates the aluminum reduction reactions and also makes it possible to maintain the bath. electrolyte at a temperature of around 950 ° C by the Joule effect.
  • the electrolysis cell is regularly supplied with alumina so as to compensate for the consumption of alumina produced by the electrolysis reactions.
  • the Faraday productivity and efficiency of an electrolysis cell are influenced by several factors, such as the intensity and distribution of the electrolysis current, the temperature of the cell, the content of dissolved alumina and the acidity of the bath. electrolyte, etc., which interact with each other.
  • the melting temperature of a cryolite bath decreases with the excess of aluminum trifluoride (A1F 3 ) compared to the nominal composition (3 NaF. A1F 3 ).
  • operating parameters are adjusted to target Faraday yields above 90%.
  • the effective Faraday efficiency of a cell is however strongly influenced by variations in the parameters of the latter. For example, an increase in the electrolyte temperature by ten degrees Celsius can lower the Faraday yield by about 2% and a decrease in the electrolyte temperature by ten degrees Celsius can reduce the already low solubility of alumina in the electrolyte and favoring the "anode effect", that is to say the anode polarization, with sudden rise in the voltage across the terminals of the cell and release in quantity significant fluorinated and fluorocarbon products, and / or insulating deposits on the surface of the cathode.
  • an electrolysis cell therefore requires precise control of its operating parameters, such as its temperature, the alumina content, the acidity, etc., so as to maintain them at predetermined set values.
  • Several regulatory processes have been developed in order to achieve this objective. These methods generally relate either to the regulation of the alumina content of the electrolyte bath, or to the regulation of its temperature, or to the regulation of its acidity, that is to say the excess of AlF 3 .
  • the international application WO 99/41432 describes a regulation method in which the liquidus temperature of the electrolyte bath is measured and the liquidus temperature measured is compared with first and second set values; if the liquidus temperature is higher than the first setpoint, 1 ⁇ 1F 3 is added; if it is less than the second setpoint, NaF or Na 2 CO 3 is added .
  • This regulation process requires a reliable, rapid and economical measurement of the liquidus temperature.
  • the liquidus temperature is generally determined from a complex equation which takes into account the exact composition of the electrolyte bath, and in particular its content of NaF, A1F 3 , CaF 2 , LiF and Al 2 O 3 .
  • the unitary capacity of the cells in order to increase the production of factories, it is sought to increase the unitary capacity of the cells and, correspondingly, to increase the intensity of the electrolysis current.
  • the current trend is towards the development of electrolysis cells with an intensity which reaches or exceeds 500 kA.
  • the increase in the capacity of electrolysis cells can be obtained, in general, either by an increase in the admissible intensity of cells of known type or of existing cells, or by the development of very large cells.
  • the increase in the admissible intensity leads to the reduction in the mass of electrolyte bath, which exacerbates the effect of the instabilities.
  • increasing the size of the cells increases their thermal and chemical inertia. Consequently, the increase in the capacity of the cells not only increases the speed of consumption of alumina but also amplifies the phenomena generating instabilities and drift of the cells, which further accentuates the difficulties of piloting the electrolysis cells. .
  • the Applicant has therefore sought a method for regulating an electrolysis cell, in particular the acidity of the electrolyte bath (that is to say its A1F 3 content) and the overall thermal of the cell. , which makes it possible to control, in a stable manner and with a Faraday yield greater than 93%, or even greater than 95%, without having recourse to frequent measurements of the content of A1F 3 , electrolysis cells whose excess of AlF 3 is greater than 11% and the intensity of which can reach or exceed 500 kA. Description of the invention
  • the subject of the invention is a method of regulating an electrolysis cell intended for the production of aluminum by igneous electrolysis, that is to say by passing current through an electrolyte bath based on molten cryolite. and containing dissolved alumina, in particular according to the Hall-Héroult process.
  • the regulation method according to the invention comprises the addition, in the electrolyte bath of an electrolysis cell, during predetermined time intervals p called “regulation periods”, of a determined quantity Q (p) aluminum trifluoride
  • Qint (p) is an integral term (or “self-adapting”) which represents the total real needs of the cell in A1F 3 and which is calculated from a determination Qm (p) of the real contributions in A1F 3 made during the last period or the last N periods,
  • Qcl is a compensating term corresponding to the so-called “equivalent” quantity of AlF 3 contained in the alumina added to the cell during the period p, said quantity possibly being positive or negative
  • Qt (p) is a corrective term which is a determined function (which is typically increasing) of the difference between the measured bath temperature T (p) and a set temperature To.
  • Qint (p) takes into account the losses of the bath in A1F 3 which occur during normal operation of the cell and which essentially come from the absorption by the crucible of the tank and from the releases in the effluents. gaseous.
  • Qc2 is an a priori correction term which makes it possible to take into account in advance the effect of an addition of AlF 3 , which effect normally appears only after a few days. Indeed, the Applicant has noted the surprising importance of the difference between the time constant of the change in temperature, which is small (of the order of a few hours), and that of the content of A1F 3 , which is very large (of the order of a few tens of hours). In its tests, it found that it was very advantageous to anticipate the evolution of the acidity of the tank when adding AlF 3 , which allows the term Qc2 to be done effectively.
  • Qt (p) and Qc2 (p) are terms whose mean value over time normally tends to zero (that is, they are normally zero on average).
  • the Applicant has moreover found in its tests that the combined effect of the basic terms, namely Qt, Qint, Qcl and, advantageously, Qc2, makes it possible to ensure reliable regulation, that is to say with great stability of the A1F 3 content of the electrolysis cells, over a period of several months, even without taking into account the measured A1F 3 contents, which measures increase the operating costs of the cells and are, in any case, easily tainted significant errors.
  • the basic terms namely Qt, Qint, Qcl and, advantageously, Qc2
  • FIG. 1 shows, in cross section, a typical electrolysis cell.
  • FIG. 2 illustrates the principle of the regulatory sequences of the invention.
  • Figure 3 shows changes in the total A1F 3 requirements of an electrolysis cell.
  • FIGS 4 and 5 show typical functions used to determine the terms of Qt and Qc2.
  • FIG. 6 illustrates a method for determining the variation in specific electrical resistance of the electrolysis cell.
  • FIG. 7 schematically illustrates the shape of the current lines passing through the electrolyte bath between an anode and the sheet of liquid metal.
  • FIG. 8 illustrates a method for determining the surface area of the sheet of liquid metal.
  • an electrolysis cell (1) for the production of aluminum by the electrolysis process typically comprises a tank (20), anodes (7) supported by the fixing means (8 , 9) to an anode frame (10) and means for supplying alumina (11).
  • the tank (20) comprises a steel casing (2), internal covering elements (3, 4) and a cathode assembly (5, 6).
  • the interior cladding elements (3, 4) are generally blocks of refractory materials, which can be thermal insulators.
  • the cathode assembly (5, 6) comprises connection bars (6) to which are fixed the electrical conductors serving for the routing of the electrolysis current.
  • the coating elements (3, 4) and the cathode assembly (5, 6) form, inside the tank (20), a crucible capable of containing the electrolyte bath (13) and a sheet of metal liquid (12) when the cell is in operation, during which the anodes (7) are partially immersed in the electrolyte bath (13).
  • the bath of electrolyte contains dissolved alumina and, in general, an alumina blanket (14) covers the electrolyte bath.
  • the electrolysis current flows through the electrolyte bath (13) via the anode frame (10), fixing means (8, 9), anodes (7) and cathode elements (5, 6) .
  • the supply of alumina to the cell is intended to compensate for the substantially continuous consumption of the cell which essentially comes from the reduction of alumina to aluminum metal.
  • the supply of alumina which is carried out by adding alumina to the liquid bath (13) (typically using a breaker-doser (11)), is generally regulated independently.
  • the aluminum metal (12) which is produced during electrolysis accumulates at the bottom of the cell and a fairly clear interface is established between the liquid metal (6) and the molten cryolite bath (13).
  • the position of this bath-metal interface varies over time: it rises as the liquid metal accumulates at the bottom of the cell and it lowers when liquid metal is extracted from the cell.
  • electrolysis cells are generally arranged in line, in buildings called electrolysis halls, and electrically connected in series using connecting conductors.
  • the cells are typically arranged so as to form two or more parallel rows. The electrolysis current thus cascades from one cell to the next.
  • the process for regulating an electrolysis cell for the production of aluminum (1) by electrolytic reduction of the alumina dissolved in an electrolyte bath (13) based on cryolite said cell ( 1) including a tank (20), anodes (7) and cathode elements (5, 6) capable of circulating a so-called electrolysis current in said bath, the aluminum produced by said reduction forming a layer known as “liquid metal layer” ( 12) on said cathode elements (5, 6), said method comprising supplying said cell with alumina by adding alumina to said bath and being characterized in that it comprises:
  • Qint ( ⁇ ) x Qm ( ⁇ ) + (1 - ⁇ ) x Qint (p - 1), is a smoothing coefficient fixing the time horizon for smoothing the integral term Qint (p),
  • Qt (p) is a determined, preferably increasing, function of the difference between said temperature T (p) and a set temperature To,
  • the term Q (p) corresponds to an addition of pure AlF 3 and is typically expressed in kg of pure AlF 3 per period (kg / period).
  • the expression “addition of an effective amount of AlF 3 ” corresponds to an addition of pure AlF 3 .
  • additions of AlF 3 are generally made from so-called industrial AlF 3 having a purity less than 100% (typically 90%). In this case, an amount of industrial AlF 3 is added sufficient to obtain the effective amount of AlF 3 desired. Typically, an amount of industrial AlF 3 is added equal to the effective amount of AlF 3 desired divided by the purity of the industrial A! F 3 used.
  • total additions of AlF 3 denotes the sum of the effective additions of pure AlF 3 and the additions of “equivalent” AlF 3 originating from alumina.
  • the A1F 3 can be added in different ways. It can be added manually or mechanically (preferably using a point feed such as a puncher-doser which makes it possible to add determined doses of AlF 3 , possibly automatically). A1F 3 can optionally be added with alumina or at the same time as alumina.
  • the different terms of Q are preferably determined at each period p. When the cell is very stable, it may be sufficient to determine the quantity Q (p), as well as some of the terms which constitute it, more spaced out in time, for example once every two or three periods.
  • the quantity Q (p) is normally determined at each period. If one or more terms of Q (p) cannot be calculated during a given period, then we can maintain the value of this or these terms used during the previous period, that is to say that the value of the or these terms will be determined by setting it equal to the value used during the previous period. If one or more terms cannot be calculated during several periods, then we can retain the value of this or these terms used during the previous period for which it could have been calculated and maintain this value for a limited number Ns of periods (Ns being typically equal to 2 or 3). In the latter case, if this or these terms cannot still be calculated after the Ns periods, then the predetermined fixed value, known as the "safe haven value", can be used. These different situations can arise, for example, when the average temperature of the tank cannot be determined or when the equivalent amount of AlF 3 contained in the alumina could not be determined.
  • intervals (or “periods”) p are preferably of duration Lp substantially equal, that is to say that the duration Lp of the periods is substantially the same for all the periods, which facilitates the implementation of the invention.
  • Said duration Lp is generally between 1 and 100 hours.
  • the additions of AlF 3 can be made at any time during the said periods (or sequences) of regulation, which can correspond to the work stations which punctuate the changes in the work teams responsible for piloting and maintenance of cells.
  • the quantity Q (p) of AlF 3 determined for a period p can be added in one or more times during this working period.
  • the quantity Q (p) is added almost continuously using puncture-dosers which make it possible to add predetermined doses of AlF 3 throughout the period p.
  • the value of the parameter N is chosen as a function of the reaction time of the cell and is normally between 2 and 100, and more typically between 2 and 20.
  • the smoothing coefficient ⁇ which makes it possible to overcome thermal and chemical fluctuations in the medium and long term, is equal to Lp / Pc, where Pc is a period which is typically of the order of 400 to 8000 hours, and more typically from 600 to 4500 hours, and Lp is the duration of a period.
  • the term 1 / ⁇ is therefore typically equal to 50 to 1000 8-hour periods in the case where this method of work organization is applied.
  • the term Qcl (p) is determined by making the chemical balance of the fluorine and the sodium contained in said alumina from one or more chemical analyzes.
  • the sodium contained in alumina has the effect of neutralizing fluorine, thus equivalent to a negative amount of AlF 3 .
  • the term Qcl (p) is positive if said alumina is "fluorinated” (which is the case when it has been used to filter the effluents of electrolysis cells) and negative if the alumina is "fresh", it that is to say if it comes directly from the B ayer process.
  • the regulation term Qt (p) is given by a determined function (typically increasing and preferably bounded, i.e. it is limited by a maximum value and by a minimum value) of the difference between the measured bath temperature T (p) and a setpoint temperature To.
  • Figure 4 shows a typical function used to determine the term Qt.
  • Qt (p) is preferably bounded by a minimum value and by a maximum value.
  • the average temperature T (p) is normally determined from the temperature measurements taken over period p and over previous periods p - 1, etc., so as to obtain a reliable and significant value of the average state of the tank. .
  • Qc2 (p) is given by a determined function (which is typically decreasing and preferably bounded) of the difference Qm (p) - Qint (p). This amortization term takes into account the reaction time of the cell to the additions of AlF 3 .
  • Figure 5 shows a typical function used to determine the term Qc2.
  • Qc2 (p) is preferably bounded by a minimum value and by a maximum value.
  • the quantity Q (p) comprises an additional regulatory term, Qr (p), which is sensitive to the thickness (and, to a lesser extent, the shape) of the slope solidified bath (15) formed on the walls (3) of the cell (1) through the development ⁇ of the current lines in the electrolyte bath.
  • the electrolysis cell comprises a movable anode frame (10) to which the anodes (7) of the cell are fixed and means (not shown) for moving said anode frame (10).
  • said resistance is typically measured using means (18) for measuring the intensity lo of the current flowing in the cell (where lo is equal to the sum of the cathode currents le or anode currents la) and means (16, 17) for measuring the resulting voltage drop U at the terminals of the cell (and more precisely the resulting voltage drop between the anode frame and the cathode elements of the cell).
  • Qr (p) is given by a determined function (which is typically decreasing and preferably bounded) of a quantity called "variation of specific resistance" ⁇ RS which is equal to ⁇ R / ⁇ H, where ⁇ R is the variation of resistance R at the terminals of the electrolysis cell measured when the anode frame (10) is moved by a determined distance ⁇ H, either upwards ( ⁇ H positive) or downwards ( ⁇ H negative).
  • ⁇ RS is the variation of resistance R at the terminals of the electrolysis cell measured when the anode frame (10) is moved by a determined distance ⁇ H, either upwards ( ⁇ H positive) or downwards ( ⁇ H negative).
  • the term Qr (p) is advantageously a function of the difference between ⁇ RS and a reference value ⁇ RSo.
  • the method advantageously comprises:
  • the resistance R depends not only on the resistivity p of the electrolyte bath (13), on the distance H between the anode (s) (7) and the sheet (12) of liquid metal, and on the surface Sa of the one or more anodes (7), but also of the blooming ⁇ of the current lines (Je, Js) which are established in said bath, in particular between the anode (s) (7) and the embankment (15) of solidified bath (lines I in Figure 7).
  • the Applicant has had the idea of exploiting the fact that the variation of the specific electrical resistance ⁇ RS is not sensitive only to the resistivity of the electrolyte bath, but integrates a factor of development of the electric current which is sensitive to the presence, at the size and, to a lesser extent, at the shape of the solidified embankment (15) on the walls of the tank (20).
  • the Applicant has also found that, contrary to what is normally accepted, the blooming ⁇ is in fact a preponderant factor in the establishment of the electrical resistance.
  • the Applicant estimates that the contribution of blooming to the variation of the specific electrical resistance is typically between 75 and 90%, which means that the contribution of the resistivity is very low, typically between 10 and 25% (typically 15%).
  • the applicant observed an average value of ⁇ RS of the order of 100 n ⁇ / mm, which decreases by approximately - 3 n ⁇ / mm when the bath temperature increases by 5 ° C and when the A1F 3 content decreases by 1%, and vice versa.
  • the contribution of the resistivity to this variation is estimated to be of the order of - 0.5 n ⁇ / mm only (or only about 15% of the total value), the contribution attributable to the blooming, namely - 2.5 n ⁇ / mm then being dominant.
  • Qr (p) Kr x ( ⁇ RS - ⁇ RSo), where Kr is a constant, which can be fixed so empirical and whose value is typically between
  • Qr (p) is preferably bounded by a minimum value and by a maximum value.
  • Nr measurements that is to say two or more measurements
  • the value of ⁇ RS used for the calculation of Qr (p) will then be the average of the Nr measured ⁇ RS values, except, possibly, for values considered outliers.
  • a rolling average over two or more periods to smooth the thermal fluctuations linked to the operating cycle.
  • An operating cycle is determined by the timing of interventions on the electrolysis cell, in particular anode changes and liquid metal samples. The duration of an operating cycle is generally between 24 and 48 hours (for example 4 periods of 8 hours).
  • the quantity Q (p) comprises an additional regulatory term, Qs (p), which is given by a determined function (which is typically increasing and preferably bounded) of the difference between the area S (p) of the sheet of liquid metal (12) and a setpoint value So.
  • the method advantageously comprises:
  • the area S (p), which corresponds substantially to the metal / bath interface, is approximately equal to the horizontal cross section of the electrolysis tank.
  • the presence of a solidified electrolyte bath on the walls of the tank decreases this area by an amount which varies as a function of time and of the operating conditions of the tank.
  • Qs (p) is given by a determined function (which is typically increasing and preferably bounded) of the difference S (p) - So.
  • the term Qs (p) is preferably bounded by a minimum value and by a maximum value.
  • the anodes (9) are normally lowered at the same time as the level of the liquid metal.
  • the corrective terms Qr (p) and Qs (p) are effective indicators of the overall thermal state of the electrolysis cell, which take account of both the liquid electrolyte bath and of the embankment solidified on the walls of the tank. These terms, taken individually or in combination, notably make it possible to significantly reduce the number of analyzes of the A1F 3 content of the liquid electrolyte bath and thus complete the correction made by the term Qt (p).
  • the Applicant has observed that the frequency of analyzes of the content of A1F 3 can typically be reduced to an analysis per cell approximately every 30 days.
  • Qr (p) and Qs (p) make it possible to carry out analyzes of the content of A1F 3 only on exception or with the aim of characterizing a cell or a series of cells in a statistical manner.
  • the quantity Q (p) comprises an additional corrective term Qe (p) which is a determined function (which is typically decreasing and preferably limited) of the difference between the excess of AlF 3 measured E (p) and its target value Eo, i.e. the difference E (p) - Eo.
  • This variant can be implemented by including in the method of the invention: - measuring the excess E (p) of AlF 3 ;
  • - 0.05 and - 5 kg / hour /% AlF 3 is more typically between - 0.5 and - 3 kg / hour /% AlF 3 (corresponding, in the latter case, to approximately - 20 to - 5 kg / period /% AlF 3 for periods of 8 hours) for tanks from 300 kA to 500 kA.
  • Qe ( ⁇ ) is preferably bounded by a minimum value and by a maximum value.
  • the regulation may include a term called the Qea anode effect to take account of the impact of an anode effect on the thermal of an electrolysis cell.
  • An anode effect notably causes significant losses of A! F by emission and, generally, a heating of the electrolyte bath.
  • Qea is applied for a limited time following the observation of an anode effect.
  • Qea is calculated using either a scale which is a function of the energy of the effect
  • Qea is given by a determined function (which is typically increasing and preferably bounded) of the energy EEA.
  • the term Qea (p) is preferably bounded by a minimum value and by a maximum value.
  • the regulation process can also include a corrective term Qb to take account of the modification of the content of pure A1F 3 caused by these additions.
  • the value of Qtheo at 28 months is + 31 kg / period.
  • the average requirements of the Q 'cell determined by the integral term Qint are + 39 kg / period.
  • the total actual A1F 3 intake per period over the last N periods is 44 kg / period.
  • the difference between the actual contributions (44 kg / period) and the average requirements (39 kg / period) is then + 5 kg / period.
  • the Qc2 term is then equal to - 3 kg / period.
  • the measured temperature is 957 ° C and the set temperature of 953 ° C, a difference of + 4 ° C.
  • the corrective term Qt is then equal to + 7 kg / period.
  • the value of Qtheo at 7 months is + 23 kg / period.
  • the average requirements of the Q 'cell determined by the integral term Qint are + 32 kg / period.
  • the term Qcl is equal to + 20 kg / period in pure intake equivalent A1F 3 .
  • the Qc2 term is equal to - 6 kg / period.
  • the measured temperature is 964.6 ° C and the set temperature 956 ° C, a difference of + 8.6 ° C.
  • the corrective term Qt is then equal to + 15 kg / period.
  • the value of Qtheo at 7 months is + 23 kg period.
  • Q 'cells determined by the integral term Qint are + 32 kg / period.
  • the term Qcl is equal to + 20 kg / period in pure intake equivalent A1F 3 .
  • the Qc2 term is equal to - 6 kg / period.
  • the corrective term Qt is equal to + 15 kg / period.
  • the AlF rate measured is 12.8% and the setpoint is 12.0%.
  • the value of Qe is then - 14 kg / period.
  • Example 4 Example illustrating the use of the complementary terms Qr and Qs in combination with the basic terms Qint, Qcl, Qc2 and Qt.
  • the value of Qtheo at 28 months is + 31 kg / period.
  • the average requirements of the Q 'cell determined by the integral term Qint are + 39 kg / period.
  • the term Qcl is equal to + 22 kg / period in pure intake equivalent A1F 3 .
  • the Qc2 term is equal to - 3 kg / period.
  • the measured temperature is 964 ° C and the set temperature of 953 ° C, a difference of + 10.8 ° C.
  • the corrective term Qt is then equal to + 18 kg / period.
  • the measured value of ⁇ RS is 101.8 n ⁇ / mm and the set value ⁇ RSo is 106.0 n ⁇ / mm.
  • the term Qr (p) is then equal to + 5 kg / period.
  • the measured value of S is 6985 dm 2 and the set value So is 6700 dm 2 .
  • the term Qs (p) is then equal to + 5 kg / period.
  • the method according to the invention has been used to regulate electrolysis cells with intensities up to 500 kA.
  • the duration of the periods was 8 hours.
  • Table I summarizes the characteristics of some of the electrolysis cells tested and the typical results obtained.
  • the tanks were regulated using the embodiment of the invention in which Q (p) was determined using the terms Qint (p), Qcl (p), Qc2 (p) and Qt ( p).
  • the tanks were regulated using the embodiment of the invention in which Q (p) was determined using the terms Qint (p), Qcl (p), Qc2 (p), Qt (p) and Qe (p).
  • case C the tanks were regulated using the embodiment of the invention in which Q (p) was determined using the terms Qint (p), Qcl (p), Qc2 (p), Qt ( p), Qr (p) and Qs (p).
  • the preferred variants of the invention make it possible to regulate effectively, and with surprising stability, electrolysis cells whose intensity and anodic density are very high and whose mass of liquid bath is low.
  • the method according to the invention makes it possible to take into account not only the average composition of the electrolyte bath of an electrolysis cell, but also the impact of the solidified bath slopes on this composition, which slopes, by melting or growing, act on the composition of the bath.

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Abstract

L'invention concerne un procédé de régulation d'une cellule d'électrolyse pour la production d'aluminium par réduction d'alumine dissoute dans un bain de cryolithe fondue et comprend l'ajout, dans le bain d'électrolyte, durant des intervalles de temps p prédéterminés appelés 'périodes', d'une quantité déterminée Q(p) de trifluorure d'aluminium (AlF3) déterminée par la relation suivante: Q(p)=Qint(p)-Qcl(p)+Qt(p), où Qint(p) est un terme intégral (ou 'auto-adaptatif') qui représente les besoins réels totaux de la cellule en AlF3 et qui est calculé à partir d'une moyenne Qm(p) des apports réels en AlF3 effectués durant les N dernières périodes, Qcl est un terme correctif correspondant à la quantité dite 'équivalente' d'AlF3 contenue dans l'alumine ajoutée à la cellule durant la période p, et Qt(p) est un terme correctif qui est une fonction typiquement croissante de l'écart entre la température du bain mesurée T(p) et une température de consigne To. Le procédé selon l'invention permet de réguler efficacement l'acidité d'une cellule d'électrolyse à des intensités pouvant atteindre 500 kA avec un bain d'électrolyte ayant une teneur en AlF3 supérieure à 11 %.

Description

PROCEDE DE REGULATION D'UNE CELLULE D'ELECTROLYSE
Domaine de l'invention
L'invention concerne un procédé de régulation d'une cellule de production d'aluminium par électrolyse d'alumine dissoute dans un electrolyte à base de cryolithe fondue, notamment selon le procédé Hall-Héroult. Elle concerne tout particulièrement la régulation de la quantité de trifluorure d'aluminium (A1F3) du bain de cryolithe.
Etat de la technique
L'aluminium métal est produit industriellement par électrolyse ignée, à savoir par électrolyse de l'alumine en solution dans un bain de cryolithe fondue, appelé bain d'électrolyte, notamment selon le procédé bien connu de Hall-Héroult. Le bain d'électrolyte est contenu dans des cuves, dites « cuves d'électrolyse », comprenant un caisson en acier, qui est revêtu intérieurement de matériaux réfractaires et/ou isolants, et un ensemble cathodique situé au fond de la cuve. Des anodes en matériau carboné sont partiellement immergées dans le bain d'électrolyte. L'ensemble formé par une cuve d'électrolyse, sa ou ses anodes et le bain d'électrolyte est appelé une cellule d'électrolyse.
Le courant d'électrolyse, qui circule dans le bain d'électrolyte et la nappe d'aluminium liquides par l'intermédiaire des anodes et des éléments cathodiques, opère les réactions de réduction de l'aluminium et permet également de maintenir le bain d'électrolyte à une température de l'ordre de 950 °C par effet Joule. La cellule d'électrolyse est régulièrement alimentée en alumine de manière à compenser la consommation en alumine produite par les réactions d'électrolyse.
La productivité et le rendement Faraday d'une cellule d'électrolyse sont influencés par plusieurs facteurs, tels que l'intensité et la répartition du courant d'électrolyse, la température de la cuve, la teneur en alumine dissoute et l'acidité du bain d'électrolyte, etc, qui interagissent les uns avec les autres. Par exemple, la température de fusion d'un bain de cryolithe décroît avec l'excès de trifluorure d'aluminium (A1F3) par rapport à la composition nominale (3 NaF . A1F3). Dans les usines modernes, les paramètres de fonctionnement sont ajustés de manière à viser des rendements Faraday supérieurs à 90 %.
Le rendement Faraday effectif d'une cellule est toutefois fortement influencé par les variations des paramètres de celle-ci. Par exemple, une augmentation de la température de l 'electrolyte d'une dizaine de degrés Celsius peut faire baisser le rendement Faraday d'environ 2 % et une diminution de la température de l 'electrolyte d'une dizaine de degrés Celsius peut réduire la solubilité déjà faible de l'alumine dans l 'electrolyte et favoriser " l'effet d'anode ", c'est-à-dire la polarisation d'anode, avec montée brutale de la tension aux bornes de la cellule et dégagement en quantité importante de produits fluorés et fluoro-carbonés, et/ou de dépôts isolants sur la surface de la cathode.
La conduite d'une cellule d'électrolyse nécessite donc de contrôler précisément ses paramètres de fonctionnement, tels que sa température, la teneur en alumine, l'acidité, etc, de manière à les maintenir à des valeurs de consigne déterminées. Plusieurs procédés de régulation ont été développés afin d'atteindre cet objectif. Ces procédés portent généralement soit sur la régulation de la teneur en alumine du bain d'électrolyte, soit sur la régulation de sa température, soit sur la régulation de son acidité, c'est-à-dire l'excès d'AlF3.
Le brevet américain US 4,668,350 décrit un procédé de contrôle des ajouts d'AlF3 dans lequel on ajoute de 1Α1F3 selon un taux déterminé, on mesure régulièrement la température du bain et on ajuste le taux d'addition de TA1F3 en fonction de l'écart entre la température mesurée de la cuve et la température visée (le taux d'addition est augmenté lorsque la température mesurée est supérieure à la température de consigne et diminué dans le cas inverse). Le taux d'addition d'AlF3 peut également être corrigé en fonction de la dérive de la température mesurée (le taux est augmenté lorsque la température mesurée est supérieure à la valeur précédente et diminué dans le cas inverse). Ce procédé, qui repose sur la corrélation entre la température et la teneur d'AlF3 du bain, ne tient pas compte de l'impact des périodes transitoires. En outre, ce procédé gère mal les dérives thermiques car il ne tient pas compte de la quantité réelle d'AlF3 contenue dans la cuve.
Le brevet américain US 5 094 728 décrit un procédé de régulation dans lequel on calcule le délai optimal entre les ajouts d'A!F3 et leur effet sur rélectrolyte à l'aide d'un modèle comprenant plusieurs paramètres, et on calcule les quantités d'AlF3 à ajouter au cours des n jours suivants à partir, d'une part, de l'écart entre la concentration d'AlF3 du bain visée et la valeur mesurée et, d'autre part, de la consommation théorique quotidienne. Les paramètres sont calculés à partir des mesures effectuées sur la cuve durant un intervalle de temps long, de l'ordre de 10 à 60 jours. Ce procédé nécessite le développement et l'implantation d'un modèle complexe qui n'est d'ailleurs pas décrit dans ce document.
La demande internationale WO 99/41432 décrit un procédé de régulation dans lequel on mesure la température de liquidus du bain d'électrolyte et on compare la température de liquidus mesurée à une première et à une seconde valeurs de consigne ; si la température de liquidus est supérieure à la première valeur de consigne, on ajoute de 1Α1F3 ; si elle est inférieure à la seconde valeur de consigne, on ajoute du NaF ou du Na2CO3. Ce procédé de régulation nécessite une mesure fiable, rapide et économique de la température de liquidus. La température de liquidus est généralement déterminée à partir d'une équation complexe qui tient compte de la composition exacte du bain d'électrolyte, et notamment de son contenu en NaF, A1F3, CaF2, LiF et Al2O3.
Problème posé
Les producteurs d'aluminium, dans leur recherche continue en vue d'augmenter simultanément la production et la productivité des usines d'électrolyse, visent à repousser ces limites. En particulier, dans le but d'augmenter la productivité des usines, on cherche à atteindre des rendements Faraday supérieurs à 95 % en fonctionnant avec des excès d'AlF3 supérieur à 11 %, et pouvant atteindre 13 à 14 %, ce qui permet de diminuer la température de fonctionnement des cellules (la température du liquidus chute en effet de 5°C / %A1F3 environ) et, par conséquent, de réduire la consommation énergétique de celles-ci. Or, dans cette zone de composition chimique, la solubilité de l'alumine est fortement réduite, ce qui accroît considérablement les risques d'effets d'anode et de dépôts isolants sur la cathode.
D'autre part, dans le but d'augmenter la production des usines, on cherche à accroître la capacité unitaire des cellules et, corrélativement, à augmenter l'intensité du courant d'électrolyse. La tendance actuelle est au développement de cellules d'électrolyse ayant une intensité qui atteint ou dépasse 500 kA. L'augmentation de la capacité des cellules d'électrolyse peut être obtenue, en général, soit par une augmentation de l'intensité admissible de cellules de type connu ou de cellules existantes, soit par le développement de cellules de très grande taille. Dans le premier cas, l'augmentation de l'intensité admissible conduit à la diminution de la masse de bain d'électrolyte, ce qui exacerbe l'effet des instabilités. Dans le second cas, l'augmentation de la taille des cellules accroît leur inertie thermique et chimique. Par conséquent, l'augmentation de la capacité des cellules accroît non seulement la rapidité de consommation de l'alumine mais amplifie également les phénomènes générateurs d'instabilités et de dérive des cellules, ce qui accentue davantage les difficultés de pilotage des cellules d'électrolyse.
La demanderesse a donc recherché un procédé de régulation d'une cellule d'électrolyse, notamment de l'acidité du bain d'électrolyte (c'est-à-dire de sa teneur en A1F3) et de la thermique globale de la cellule, qui permette de piloter, de manière stable et avec un rendement Faraday supérieur à 93 %, voire supérieure à 95 %, sans avoir recours à des mesures fréquentes de la teneur en A1F3, des cellules d'électrolyse dont l'excès d'AlF3 est supérieur à 11 % et dont l'intensité peut atteindre ou dépasser 500 kA. Description de l'invention
L'invention a pour objet un procédé de régulation d'une cellule d'électrolyse destinée à la production d'aluminium par électrolyse ignée, c'est-à-dire par passage de courant dans un bain d'électrolyte à base de cryolite fondue et contenant de l'alumine dissoute, notamment selon le procédé Hall-Héroult.
Le procédé de régulation selon l'invention comprend l'ajout, dans le bain d'électrolyte d'une cellule d'électrolyse, durant des intervalles de temps p prédéterminés appelés « périodes de régulation », d'une quantité déterminée Q(p) de trifluorure d'aluminium
(A1F3) déterminée par la relation suivante :
Q(p) - Qint(p) - Qcl(p) + Qt(p), où
Qint(p) est un terme intégral (ou « auto-adaptatif») qui représente les besoins réels totaux de la cellule en A1F3 et qui est calculé à partir d'une détermination Qm(p) des apports réels en A1F3 effectués durant la dernière période ou les N dernières périodes,
Qcl est un terme compensateur correspondant à la quantité dite « équivalente » d'AlF3 contenue dans l'alumine ajoutée à la cellule durant la période p, ladite quantité pouvant être positive ou négative, Qt(p) est un terme correctif qui est une fonction déterminée (qui est typiquement croissante) de l'écart entre la température du bain mesurée T(p) et une température de consigne To.
Le terme Qint(p) tient compte des pertes du bain en A1F3 qui interviennent au cours d'un fonctionnement normal de la cellule et qui proviennent pour l'essentiel de l'absorption par le creuset de la cuve et des dégagements dans les effluents gazeux.
Ce terme, dont la valeur moyenne est non nulle, permet notamment de suivre le vieillissement de la cuve, sans avoir à la modéliser, grâce à un effet de mémoire du comportement de la cuve dans le temps. Il tient compte également du vieillissement particulier de chaque cuve, que la demanderesse a trouvé être en général sensiblement différent du vieillissement moyen de la population des cuves du même type. Le terme Qm(p) tient compte des apports équivalents totaux en A1F3, c'est-à-dire des apports « directs » provenant des ajouts d'AlF3 et des apports « indirects » provenant des ajouts d'alumine.
Dans une variante préférée de l'invention, la formule de calcul de la quantité Q(p) comporte un terme supplémentaire Qc2(p), c'est-à-dire que Q(p) = Qint(p) - Qcl(p) + Qt(p) + Qc2(p), où Qc2(p) est un terme correctif qui est une fonction déterminée (qui est typiquement décroissante) de l'écart entre Qm(p) et Qint(p).
Le terme Qc2 est un terme de correction a priori qui permet de tenir compte par anticipation de l'effet d'un ajout d'AlF3, lequel effet n'apparaît normalement qu'après quelques jours. En effet, la demanderesse a constaté l'importance surprenante de la différence entre la constante de temps de l'évolution de la température, qui est faible (de l'ordre de quelques heures), et celle de la teneur en A1F3, qui est très grande (de l'ordre de quelques dizaines d'heures). Dans ses essais, elle a trouvé qu'il était très avantageux d'anticiper sur l'évolution de l'acidité de la cuve lors d'un ajout d'AlF3, ce que permet de faire efficacement le terme Qc2.
Les termes Qt(p) et Qc2(p) sont des termes dont la valeur moyenne dans le temps tend normalement vers zéro (c'est-à-dire qu'ils sont normalement nuls en moyenne).
La demanderesse a par ailleurs constaté dans ses essais que l'effet combiné des termes de base, à savoir Qt, Qint, Qcl et, avantageusement, Qc2, permettait d'assurer une régulation fiable, c'est-à-dire avec une grande stabilité, de la teneur en A1F3 des cellules d'électrolyse, sur une période de plusieurs mois, même sans tenir compte de teneurs mesurées en A1F3, lesquelles mesures grèvent les coûts de fonctionnement des cellules et sont, de toute manière, aisément entachées d'erreurs significatives.
Figures
La figure 1 représente, en coupe transversale, une cellule d'électrolyse typique. La figure 2 illustre le principe des séquences de régulation de l'invention.
La figure 3 montre des évolutions des besoins totaux en A1F3 d'une cellule d'électrolyse.
Les figures 4 et 5 montrent des fonctions typiques utilisées pour déterminer les termes de Qt et Qc2.
La figure 6 illustre une méthode de détermination de la variation de résistance électrique spécifique de la cellule d'électrolyse.
La figure 7 illustre de manière schématique la forme des lignes de courant passant dans le bain d'électrolyte entre une anode et la nappe de métal liquide.
La figure 8 illustre une méthode de détermination de la superficie de la nappe de métal liquide.
Tel qu'illustré à la figure 1, une cellule d'électrolyse (1) pour la production d'aluminium par le procédé d'électrolyse comprend typiquement une cuve (20), des anodes (7) supportés par les moyens de fixation (8, 9) à un cadre anodique (10) et des moyens d'alimentation en alumine (11). La cuve (20) comprend un caisson (2) en acier, des éléments de revêtement intérieur (3, 4) et un ensemble cathodique (5, 6).
Les éléments de revêtement intérieur (3, 4) sont généralement des blocs en matériaux réfractaires, qui peuvent être des isolants thermiques. L'ensemble cathodique (5, 6) comprend des barres de raccordement (6) auxquelles sont fixés les conducteurs électriques servant à l'acheminement du courant d'électrolyse.
Les éléments de revêtement (3, 4) et l'ensemble cathodique (5, 6) forment, à l'intérieur de la cuve (20), un creuset apte à contenir le bain d'électrolyte (13) et une nappe de métal liquide (12) lorsque la cellule est en fonctionnement, au cours duquel les anodes (7) sont partiellement immergées dans le bain d'électrolyte (13). Le bain d'électrolyte contient de l'alumine dissoute et, en général, une couverture d'alumine (14) recouvre le bain d'électrolyte.
Le courant d'électrolyse transite dans le bain d'électrolyte (13) par l'intermédiaire du cadre anodique (10), des moyens de fixation (8, 9), des anodes (7) et des éléments cathodiques (5, 6). L'alimentation en alumine de la cellule a pour but de compenser la consommation sensiblement continue de la cellule qui provient essentiellement de la réduction de l'alumine en aluminium métal. L'alimentation en alumine, qui se fait par ajouts d'alumine dans le bain liquide (13) (typiquement à l'aide d'un piqueur- doseur (11)), est en général régulée indépendamment.
L'aluminium métal (12) qui est produit au cours de l'électrolyse s'accumule au fond de la cellule et il s'établit une interface assez nette entre le métal liquide (6) et le bain de cryolithe fondue (13). La position de cette interface bain-métal varie au cours du temps : elle s'élève au fur et à mesure que le métal liquide s'accumule au fond de la cellule et elle s'abaisse lorsque du métal liquide est extrait de la cellule.
En règle générale, on cherche à former un talus (15) de cryolithe solidifiée sur la partie des parois latérales (3) du creuset qui sont en contact avec le bain d'électrolyte (7) et avec la nappe de métal liquide (12).
Plusieurs cellules d'électrolyse sont généralement disposées en ligne, dans des bâtiments appelés halls d'électrolyse, et raccordées électriquement en série à l'aide de conducteurs de liaison. Les cellules sont typiquement disposées de manière à former deux ou plusieurs files parallèles. Le courant d'électrolyse passe ainsi en cascade d'une cellule à la suivante.
Description détaillée de l'invention
Selon l'invention, le procédé de régulation d'une cellule d'électrolyse pour la production d'aluminium (1) par réduction électrolytique de l'alumine dissoute dans un bain d'électrolyte (13) à base de cryolithe, ladite cellule (1) comprenant une cuve (20), des anodes (7) et des éléments cathodiques (5, 6) aptes à faire circuler un courant dit d'électrolyse dans ledit bain, l'aluminium produit par ladite réduction formant une nappe dite « nappe de métal liquide » (12) sur lesdits éléments cathodiques (5, 6), ledit procédé comprenant l'alimentation de ladite cellule en alumine par ajout d'alumine dans ledit bain et étant caractérisé en ce qu'il comprend :
- l'implantation d'une séquence de régulation comprenant une série d'intervalles de temps p de durée Lp appelés « périodes de régulation » ou simplement « périodes » par la suite ; - la détermination d'une température moyenne T(p) du bain d'électrolyte,_à partir d'au moins une mesure de la température dudit bain effectuée durant la dernière période ou au moins une des Nt dernières périodes ;
- la détermination d'une quantité Qcl(p) dite « équivalente » d'AlF contenue dans l'alumine ajoutée à la cellule durant la période p ; - la détermination d'une valeur Qm(p) des apports équivalents totaux d'AlF3 par période durant la dernière période ou durant les N dernières périodes ;
- la détermination d'une quantité Q(p) de trifiuorure d'aluminium (A1F3) à ajouter durant la période p, dite « quantité déterminée Q(p) », à l'aide de la formule :
Q(p) = Qint(p) - Qcl(p) + Qt(p), où
Qint(ρ) = x Qm(ρ) + (1 - α) x Qint(p - 1), est un coefficient de lissage fixant l'horizon temporel du lissage du terme intégral Qint(p),
Qt(p) est une fonction déterminée, de préférence croissante, de l'écart entre ladite température T(p) et une température de consigne To,
- l'ajout dans ledit bain d'électrolyte, durant la période p, d'une quantité effective de trifiuorure d'aluminium (A1F3) égale à ladite quantité déterminée Q(p).
Le terme Q(p) correspond à un ajout d'AlF3 pur et est typiquement exprimé en kg d'AlF3 pur par période (kg/période). L'expression « ajout d'une quantité effective d'AlF3 » correspond à un ajout d'AlF3 pur. Dans la pratique industrielle, les ajouts d'AlF3 sont généralement effectués à partir d'AlF3 dit industriel ayant une pureté inférieure à 100 % (typiquement 90 %). Dans ce cas, on ajoute une quantité d'AlF3 industriel suffisante pour obtenir la quantité effective d'AlF3 souhaitée. Typiquement, on ajoute une quantité d'AlF3 industriel égale à la quantité effective d'AlF3 souhaitée divisée par la pureté de l'A!F3 industriel utilisé.
L'expression « ajouts totaux d'AlF3 » désigne la somme des ajouts effectifs d'AlF3 pur et des ajouts d'AlF3 « équivalents » provenant de l'alumine.
L'A1F3 peut être ajouté de différentes manières. Il peut être ajouté manuellement ou mécaniquement (de préférence à l'aide d'une alimentation ponctuelle telle qu'un piqueur-doseur qui permet d'ajouter des doses déterminées d'AlF3, éventuellement de manière automatisée). L'A1F3 peut éventuellement être ajouté avec l'alumine ou en même temps que l'alumine.
Les différents termes de Q sont déterminés de préférence à chaque période p. Lorsque la cellule est très stable, il peut être suffisant de déterminer la quantité Q(p), ainsi que certaines des termes qui la constituent, de manière plus espacée dans le temps, par exemple une fois toutes les deux ou trois périodes.
La quantité Q(p) est normalement déterminée à chaque période. Si un ou plusieurs termes de Q(p) ne peuvent être calculés durant une période donné, alors on pourra maintenir la valeur de ce ou ces termes utilisée durant la période précédente, c'est-à- dire que la valeur du ou de ces termes sera déterminée en la posant égale à la valeur utilisée durant la période précédente. Si un ou plusieurs termes ne peuvent être calculés durant plusieurs périodes, alors on pourra retenir la valeur de ce ou ces termes utilisée durant la période précédente pour laquelle elle aura pu être calculée et maintenir cette valeur durant un nombre limité Ns de périodes (Ns étant typiquement égal à 2 ou 3). Dans ce dernier cas, si ce ou ces termes ne peuvent toujours pas être calculés après les Ns périodes, alors on pourra retenir la valeur forfaire prédéterminée, dite « valeur refuge ». Ces différentes situations peuvent survenir, par exemple, lorsque la température moyenne de la cuve ne peut pas être déterminée ou lorsque la quantité équivalente d'AlF3 contenue dans l'alumine n'a pu être déterminée.
Les intervalles (ou « périodes ») p sont de préférence de durée Lp sensiblement égale, c'est-à-dire que la durée Lp des périodes est sensiblement la même pour toutes les périodes, ce qui facilite la mise en œuvre de l'invention. Ladite durée Lp est généralement comprise entre 1 et 100 heures.
Comme le montre la figure 2, les ajouts d'AlF3 peuvent être effectués à tout moment lors desdites périodes (ou séquences) de régulation, qui peuvent correspondre aux postes de travail qui rythment les changements des équipes de travail chargées du pilotage et de l'entretien des cellules. La quantité Q(p) d'AlF3 déterminée pour une période p peut être ajoutée en une ou plusieurs fois au cours de cette période de travail. De préférence, la quantité Q(p) est ajoutée de manière quasi-continue à l'aide de piqueurs-doseurs qui permettent d'ajouter des doses prédéterminées d'AlF3 tout au long de la période p.
Dans une variante préférée de l'invention, le terme Qm(p) est calculé à l'aide de la relation : Qm(p) = <Q(ρ)> + <Qc 1 (p)>, où
<Q(p)> = Q(P - 1) et <Qcl(p)> = Qcl(p - 1) lorsque le terme Qm(p) est déterminé à partir des apports équivalents totaux d'AlF3 durant la dernière période, c'est-à-dire ρ - 1 ; <Q(P)> = (Q(P - N) + Q(p - N + 1) +... + Q(p - 1)) / N, et <Qcl(p)> = (Qcl(p - N) + Qcl(p - N + 1) + ... + Qcl(p - 1)) / N, lorsque le terme Qm(p) est déterminé à partir des apports équivalents totaux d'AlF3 durant les N dernières périodes, c'est-à- dire p - l, p - 2, ... , N.
Dans le dernier cas, le terme Qm(p) est donc égal à (Q(p - 2) + Qcl(p - 2) + Q(p - 1) + Qcl(p - 1)) / 2 lorsque N = 2 ; à (Q(p - 3) + Qcl(p - 3) + Q(p - 2) + Qcl(p - 2) + Q(p - 1) + Qcl(p - 1)) / 3 lorsque N = 3, ... La valeur du paramètre N est choisie en fonction du temps de réaction de la cellule et est normalement comprise entre 2 et 100, et plus typiquement comprise entre 2 et 20.
Afin de faire converger rapidement le terme intégral Qint(p) vers la quantité Q' correspondant aux besoins réels de la cellule, on peut démarrer le procédé en posant simplement Qint(0) = Qtheo, où Qtheo correspond aux besoins théoriques totaux en A1F3 de la cellule au moment où on lance la régulation. Qtheo est une fonction de l'âge de la cuve qui peut être déterminée de manière statistique pour chaque type de cuve.
Cette variante peut être mise en œuvre en incluant dans le procédé de l'invention : - la détermination d'une quantité Qtheo correspondant aux besoins théoriques totaux en A1F3 de la cellule au moment où on lance la régulation ; - le démarrage du procédé en posant Qint(0) = Qtheo.
Le coefficient de lissage α, qui permet de s'affranchir des fluctuations thermiques et chimiques à moyen et long termes, est égal à Lp / Pc, où Pc est une période qui est typiquement de l'ordre de 400 à 8000 heures, et plus typiquement de 600 à 4500 heures, et Lp est la durée d'une période. Le terme 1/α est donc typiquement égal à 50 à 1000 périodes de 8 heures dans le cas ou ce mode d'organisation du travail est appliqué.
Le terme Qcl(p) est déterminé en faisant le bilan chimique du fluor et du sodium contenus ladite alumine à partir d'une ou plusieurs analyses chimiques. Le sodium contenu dans l'alumine a pour effet de neutraliser le fluor, équivalant alors à une quantité négative d'AlF3. Le terme Qcl(p) est positif si ladite alumine est « fluorée » (ce qui est le cas lorsqu'elle a été utilisée pour filtrer les effiuents de cellules d'électrolyse) et négatif si l'alumine est « fraîche », c'est-à-dire si elle provient directement du procédé B ayer . Le terme de régulation Qt(p) est donné par une fonction déterminée (typiquement croissante et de préférence bornée, c'est-à-dire qu'elle est limitée par une valeur maximum et par une valeur minimum) de l'écart entre la température du bain mesurée T(p) et une température de consigne To. La figure 4 montre une fonction typique utilisée pour déterminer le terme Qt.
Cette variante peut être mise en œuvre en incluant dans le procédé de l'invention :
- la détermination d'une température moyenne T(p) du bain d'électrolyte ;
- la détermination du terme Qt(p) en utilisant une fonction déterminée (qui est typiquement croissante et de préférence bornée) de l'écart entre ladite température
T(p) et une température de consigne To.
Dans une variante simplifiée de l'invention, le terme Qt(p) peut suivre une relation simple, telle que Qt(p) = Kt x (T(p) - To), où Kt est une constante qui est typiquement positive et qui peut être fixée de manière empirique et dont la valeur est typiquement comprise entre 0,01 à 1 kg/heure/°C, et plus typiquement entre 0,1 et 0,3 kg/heure/°C (correspondant, dans ce dernier cas, à environ 1 à 2 kg/période/°C pour des périodes d'une durée de 8 heures) pour des cuves de 300 kA à 500 kA.
Le terme Qt(p) est de préférence borné par une valeur minimale et par une valeur maximale.
La température moyenne T(p) est normalement déterminée à partir des mesures de température effectuées sur la période p et sur les périodes précédentes p - 1, etc., de façon à obtenir une valeur fiable et significative de l 'état moyen de la cuve.
Le terme Qc2(p) est donné par une fonction déterminée (qui est typiquement décroissante et de préférence bornée) de l'écart Qm(p) - Qint(p). Ce terme d'amortissement tient compte du retard de réaction de la cellule aux ajouts d'AlF3. La figure 5 montre une fonction typique utilisée pour déterminer le terme Qc2. Dans une variante simplifiée de l'invention, le terme Qc2(p) peut suivre une relation simple, telle que Qc2(p) = Ko2 x (Qm(p) - Qint(p)), où Ko2 est une constante qui est typiquement négative, et qui peut être fixée de manière empirique et dont la valeur est typiquement comprise entre - 0,1 et - 1, et qui est plus typiquement comprise entre - 0,5 et - 1 pour des cuves de 300 kA à 500 kA.
Le terme Qc2(p) est de préférence borné par une valeur minimale et par une valeur maximale.
Dans une variante avantageuse du procédé selon l'invention, la quantité Q(p) comprend un terme de régulation supplémentaire, Qr(p), qui est sensible à l'épaisseur (et, dans une moindre mesure, à la forme) du talus de bain solidifié (15) formé sur les parois (3) de la cellule (1) par l'intermédiaire de l'épanouissement η des lignes de courant dans le bain d'électrolyte.
Ce terme peut être utilisé en particulier lorsque la cellule d'électrolyse comprend un cadre anodique (10) mobile auquel sont fixées les anodes (7) de la cellule et des moyens (non représentés) pour déplacer ledit cadre anodique (10). Comme le montre la figure 6, ladite résistance est typiquement mesurée à l'aide de moyens (18) pour mesurer l'intensité lo du courant circulant dans la cellule (où lo est égal à la somme des courants cathodiques le ou anodiques la) et de moyens (16, 17) pour mesurer la chute de tension U qui en résulte aux bornes de la cellule (et plus précisément la chute de tension qui en résulte entre le cadre anodique et les éléments cathodiques de la cellule). Ladite résistance est généralement calculée à l'aide de la relation : R = (U - Uo) / lo, où Uo est une constante typiquement comprise entre 1,6 et 2,0 V.
Le terme Qr(p) est donné par une fonction déterminée (qui est typiquement décroissante et de préférence bornée) d'une quantité dite « variation de résistance spécifique » ΔRS qui est égale à ΔR / ΔH, où ΔR est la variation de la résistance R aux bornes de la cellule d'électrolyse mesurée lorsque le cadre anodique (10) est déplacé d'une distance déterminée ΔH, soit vers le haut (ΔH positif), soit vers le bas (ΔH négatif). En pratique, il a été trouvé plus simple de donner un ordre de déplacement du cadre anodique (10) pendant un temps déterminé et de mesurer le déplacement du cadre ΔH qui en résulte. Le terme Qr(p) est avantageusement fonction de la différence entre ΔRS et une valeur de référence ΔRSo.
Selon cette variante de l'invention, le procédé comprend avantageusement :
- le déplacement du cadre anodique (10) d'une distance déterminée ΔH, soit vers le haut (ΔH étant alors positif), soit vers le bas (ΔH étant alors négatif) ;
- la mesure de la variation ΔR de la résistance R résultant dudit déplacement ; - le calcul d'une variation de la résistance spécifique ΔRS en utilisant la formule : ΔRS = ΔR / ΔH ;
- la détermination d'un terme Qr(p) en utilisant une fonction déterminée (qui est typiquement décroissante) de la variation de la résistance spécifique ΔRS ;
- l'ajout du terme Qr(p) dans la détermination de la quantité Q(p).
La résistance R dépend non seulement de la résistivité p du bain d'électrolyte (13), de la distance H entre la ou les anodes (7) et la nappe (12) de métal liquide, et de la surface Sa de la ou des anodes (7), mais aussi de l'épanouissement η des lignes de courants (Je, Js) qui s'établissent dans ledit bain, notamment entre la ou les anodes (7) et le talus (15) de bain solidifié (lignes Je de la figure 7). La demanderesse a eu l'idée d'exploiter le fait que la variation de la résistance électrique spécifique ΔRS n'est pas sensible uniquement à la résistivité du bain d'électrolyte, mais intègre un facteur d'épanouissement du courant électrique qui est sensible à la présence, à la taille et, dans une moindre mesure, à la forme du talus de bain solidifié (15) sur les parois de la cuve (20).
La demanderesse a en outre constaté que, contrairement à ce qui est normalement admis, l'épanouissement η est en fait un facteur prépondérant dans l'établissement de la résistance électrique. La demanderesse estime que la contribution de l'épanouissement à la variation de la résistance électrique spécifique se situe typiquement entre 75 et 90 %, ce qui signifie que la contribution de la résistivité est très faible, soit typiquement entre 10 et 25 % (soit typiquement 15 %). Dans ses essais sur des cuves de 500 kA, la demanderesse a observé une valeur moyenne de ΔRS de l'ordre de 100 nΩ/mm, qui diminue d'environ - 3 nΩ/mm lorsque la température du bain augmente de 5 °C et lorsque la teneur en A1F3 diminue de 1 %, et inversement. La contribution de la résistivité à cette variation est estimée être de l'ordre de - 0,5 nΩ/mm seulement (soit environ 15 % seulement de la valeur totale), la contribution attribuable à l'épanouissement, à savoir - 2,5 nΩ/mm étant alors dominante.
II est possible de tenir compte de l'épanouissement du courant dans la résistance mesurée (par exemple par modélisation des lignes de courant), ce qui améliore de manière sensible la fiabilité du terme correctif Qr(p) en tant qu'indicateur de l'état thermique de la cellule.
Dans une variante simplifiée de l'invention, le terme Qr(p) peut être donné par une relation simple telle que : Qr(p) = Kr x (ΔRS - ΔRSo), où Kr est une constante, qui peut être fixée de manière empirique et dont la valeur est typiquement comprise entre
- 0,01 et — 10 kg/heure/nΩ/mm, et est plus typiquement comprise entre - 0,05 et
- 0,3 kg/heure/nΩ/mm (correspondant, dans ce dernier cas, à environ - 0,5 à - 2 kg/période/nΩ/mm pour des périodes d'une durée de 8 heures) pour des cuves de 300 kA à 500 kA.
Le terme Qr(p) est de préférence borné par une valeur minimale et par une valeur maximale.
En pratique, il est possible d'effectuer Nr mesures (c'est-à-dire deux ou plusieurs mesures) de ΔRS durant la période p. La valeur de ΔRS utilisée pour le calcul de Qr(p) sera alors la moyenne des Nr valeurs ΔRS mesurées, exception faite, éventuellement, des valeurs jugées aberrantes. Il est également possible d'utiliser une moyenne glissante sur deux ou plusieurs périodes pour lisser les fluctuations thermiques liées au cycle d'exploitation. Un cycle d'exploitation est déterminé par le cadencement des interventions sur la cellule d'électrolyse, notamment les changements d'anode et les prélèvements de métal liquide. La durée d'un cycle d'exploitation est généralement comprise entre 24 et 48 heures (par exemple 4 périodes de 8 heures).
Dans une autre variante avantageuse du procédé selon l'invention, la quantité Q(p) comprend un terme de régulation supplémentaire, Qs(p), qui est donné par une fonction déterminée (qui est typiquement croissante et de préférence bornée) de l'écart entre la superficie S(p) de la nappe de métal liquide (12) et une valeur de consigne So.
Selon cette variante de l'invention, le procédé comprend avantageusement :
- la détermination d'un terme Qs(p) ;
- l'ajout du terme Qs(p) dans la détermination de la quantité Q(p).
La superficie S(p), qui correspond sensiblement à l'interface métal/bain, est approximativement égale à la section droite horizontale de la cuve d'électrolyse. La présence de bain d'électrolyte solidifié sur les parois de la cuve diminue cette superficie d'une quantité qui varie en fonction du temps et des conditions de fonctionnement de la cuve.
Le terme Qs(p) est donné par une fonction déterminée (qui est typiquement croissante et de préférence bornée) de la différence S(p) - So. Dans une variante simplifiée de l'invention, le terme Qs(p) peut être donné par une relation simple telle que : Qs(p) = Ks x (S(p) - So), où Ks est une constante, qui peut être fixée de manière empirique et dont la valeur est typiquement comprise entre 0,0001 et 0,1 kg/heure/dm2, et est plus typiquement comprise entre 0,001 et 0,01 kg/heure/dm2 (correspondant, dans ce dernier cas, à environ 0,01 à 0,05 kg/période/dm2 pour des périodes d'une durée de 8 heures) pour des cuves de 300 kA à 500 kA.
Le terme Qs(p) est de préférence borné par une valeur minimale et par une valeur maximale. Dans le mode de réalisation préféré de cette variante de l'invention, la superficie S(p) est calculée à partir d'une mesure du volume Vm de métal coulé et de l'abaissement ΔHm du niveau métal Hm correspondant (voir la figure 8). Plus précisément, on mesure le volume Vm de métal liquide extrait de la cuve d'électrolyse (typiquement par une mesure de cette masse de métal) et le changement ΔHm du niveau du métal liquide qui en résulte, puis on calcule la superficie S(p) en utilisant la relation S(p) = Vm ΔHm. Dans la pratique, afin de maintenir constante la distance métal/anode, les anodes (9) sont normalement abaissées en même temps que le niveau du métal liquide.
La demanderesse a noté que les termes correctifs Qr(p) et Qs(p) selon la présente demande sont des indicateurs efficaces de l'état thermique global de la cellule d'électrolyse, qui tiennent compte aussi bien du bain d'électrolyte liquide que du talus de bain solidifié sur les parois de la cuve. Ces termes, pris isolément ou en combinaison, permettent notamment de réduire de manière sensible le nombre d'analyses de la teneur en A1F3 du bain d'électrolyte liquide et complètent ainsi la correction apportée par le terme Qt(p). La demanderesse a pu observer que la fréquence des analyses de la teneur en A1F3 peut être réduite typiquement à une analyse par cellule tous les 30 jours environ. Les termes Qr(p) et Qs(p) permettent de n'effectuer des analyses de la teneur en A1F3 que sur exception ou dans le but de caractériser une cellule ou une série de cellules de manière statistique.
Dans une autre variante avantageuse de l'invention, la quantité Q(p) comprend un terme correctif supplémentaire Qe(p) qui est fonction déterminée (qui est typiquement décroissante et de préférence bornée) de l'écart entre l'excès d'AlF3 mesuré E(p) et sa valeur visée Eo, c'est-à-dire de la différence E(p) - Eo.
Cette variante peut être mise en œuvre en incluant dans le procédé de l'invention : - la mesure de l'excès E(p) d'AlF3 ;
- la détermination d'un terme correctif supplémentaire Qe(ρ) en utilisant une fonction déterminée (typiquement décroissante et de préférence bornée) de l'écart entre l'excès d'AlF3 mesuré E(p) et sa valeur visée Eo, c'est-à-dire de la différence E(p) - Eo ;
- la détermination de la quantité Q(p) en ajoutant le terme Qe(p) dans le calcul.
Dans une variante simplifiée de l'invention, le terme Qe(p) peut être donné par une relation simple telle que : Qe(p) = Ke x (E(p) - Eo), où Ke est une constante, qui peut être fixée de manière empirique et dont la valeur est typiquement comprise entre
- 0,05 et - 5 kg/heure/%AlF3, et est plus typiquement comprise entre - 0,5 et - 3 kg/heure/%AlF3 (correspondant, dans ce dernier cas, à environ - 20 à - 5 kg/période/%AlF3 pour des périodes d'une durée de 8 heures) pour des cuves de 300 kA à 500 kA.
Le terme Qe(ρ) est de préférence borné par une valeur minimale et par une valeur maximale.
La demanderesse a trouvé satisfaisant de n'appliquer le terme Qe(p) que de manière exceptionnelle, et pendant une courte durée, lorsque le fonctionnement thermique de la cellule sort de la plage de fonctionnement normal, c'est-à-dire lorsque les indicateurs (tels que la température, ΔRS, S, etc) sortent des fourchettes dites de sécurité.
La demanderesse a noté dans ses essais que le terme correctif Qe permettait un retour rapide des indicateurs (température, ΔRS, S, etc) dans la plage de fonctionnement normal.
Selon encore une autre variante de l'invention, il est également possible d'ajouter des termes correctifs permettant de tenir compte d'événements ponctuels perturbateurs.
En particulier, la régulation peut comprendre un terme dit d'effet d'anode Qea pour tenir compte de l'impact d'un effet d'anode sur la thermique d'une cellule d'électrolyse. Un effet d'anode provoque notamment des pertes significatives d'A!F par émission et, généralement, un réchauffement du bain d'électrolyte. Le terme Qea est appliqué pendant un temps limité suite à l'observation d'un effet d'anode. Le terme Qea est calculé à l'aide soit d'un barème qui est fonction de l'énergie de l'effet
Qea est donné par une fonction déterminée (qui est typiquement croissante et de préférence bornée) de l'énergie EEA. Le terme Qea(p) est de préférence borné par une valeur minimale et par une valeur maximale.
Des ajouts de bain industriel et de cryolithe pure sont quelquefois effectués sur des cellules industrielles. Ces ajouts ont un impact sur la composition du bain d'électrolyte dont il faut généralement tenir compte dans la régulation. Dans ce but, le procédé de régulation peut également comprendre un terme correctif Qb pour tenir compte de la modification de la teneur en A1F3 pur provoquée par ces ajouts.
Afin d'éviter les excès d'ajout d'AlF3, il est préférable, à titre de précaution, de limiter Q(p) à une valeur maximale Qmax. Il est également préférable de borner dans le temps l'application des termes de régulation lorsque ceux-ci ne peuvent être déterminés à chaque période.
La demanderesse a observé qu'il était suffisant de n'appliquer certains des termes de Q(p), tels que Qe(p), que de façon exceptionnelle et pour une durée limitée, ce qui permet de limiter les coûts relatifs à leur détermination.
Le terme Q(p) peut être positif, nul ou négatif. Dans le dernier cas, on pose Q(p) = 0, c'est-à-dire qu'on n'ajoute pas d'AlF3 durant la période p. Lorsque le terme Q(p) est négatif, il est également possible de corriger la composition du bain d'électrolyte (13) par ajout de "soda", c'est-à-dire de soude calcinée ou carbonate de sodium, appelé "soda ash" en anglais.
Exemples de mise en œuvre de l'invention Les exemples suivants illustrent les calculs inhérents au procédé de régulation de l'invention. Ces calculs sont typiques de ceux effectués pour les cellules de 500 kA mises à l'essai par la demanderesse. La durée des périodes est de 8 heures.
Exemple 1
Exemple illustrant l'utilisation des termes de base Qint, Qcl, Qc2 et Qt dans le cas d'une cuve d'âge moyen (28 mois).
La valeur de Qtheo à 28 mois est de + 31 kg/période. Les besoins moyens de la cellule Q' déterminés par le terme intégral Qint sont de + 39 kg/période.
L'analyse de l'alumine donne une valeur de 1,36 % de fluor et de 5250 ppm d'équivalent Na2O. La consommation en alumine de la cellule durant une période de 8 heures est de 2400 kg. Le terme Qcl est alors égal à + 22 kg/période en apport pur équivalent A1F3.
En prenant N = 12, le total des apports réels en A1F3 par période sur les N dernières périodes est de 44 kg/période. L'écart entre les apports réels (44 kg/période) et les besoins moyens (39 kg/période) est alors de + 5 kg/période. Le terme Qc2 est alors égal à - 3 kg/période.
La température mesurée est de 957°C et la température de consigne de 953°C, soit un écart de + 4°C. Le terme correctif Qt est alors égal à + 7 kg/période.
La quantité d'AlF3 à ajouter durant la période p est alors égale à : Q(p) = Qint(p) - Qcl(p) + Qc2(p) + Qt(p) - 39 - 22 - 3 + 7 - + 21 kg.
Exemple 2
Exemple illustrant l'utilisation des termes de base Qint, Qcl, Qc2 et Qt dans le cas d'une cuve jeune (7 mois). La valeur de Qtheo à 7 mois est de + 23 kg/période. Les besoins moyens de la cellule Q' déterminés par le terme intégral Qint sont de + 32 kg/période. Le terme Qcl est égal à + 20 kg/période en apport pur équivalent A1F3. Le terme Qc2 est égal à - 6 kg/période.
La température mesurée est de 964,6°C et la température de consigne de 956°C, soit un écart de + 8,6°C. Le terme correctif Qt est alors égal à + 15 kg/période.
La quantité d'AlF3 à ajouter durant la période p est alors égale à : Q(p) = Qint(p) - Qcl(p) + Qc2(p) + Qt(p) = 32 - 20 - 6 + 15 = + 21 kg.
Exemple 3
Exemple illustrant l'utilisation les termes de base Qint, Qcl, Qc2 et Qt, coixigés du terme Qe, dans le cas d'une cellule jeune (6 mois).
La valeur de Qtheo à 7 mois est de + 23 kg période. Les besoins moyens de la. cellule Q' déterminés par le terme intégral Qint sont de + 32 kg/période. Le terme Qcl est égal à + 20 kg/période en apport pur équivalent A1F3. Le terme Qc2 est égal à - 6 kg/période. Le terme correctif Qt est égal à + 15 kg/période.
Le taux d'AlF mesuré est de 12,8 % et la valeur de consigne est de 12,0 %. La valeur de Qe est alors de - 14 kg/période.
La quantité d'A!F3 à ajouter durant la période p est alors égale à : Q(p) ≈ Qint(p) - Qcl(p) + Qe2(p) + Qt(p) + Qe(p) = 32 - 20 - 6 + 15 - 14 = + 7 kg. Le terme Qe évite ainsi une sur-correction de la teneur en A1F3.
Exemple 4 Exemple illustrant l'utilisation des termes complémentaires Qr et Qs en combinaison avec les termes de base Qint, Qcl, Qc2 et Qt.
La valeur de Qtheo à 28 mois est de + 31 kg/période. Les besoins moyens de la cellule Q' déterminés par le terme intégral Qint sont de + 39 kg/période. Le terme Qcl est égal à + 22 kg/période en apport pur équivalent A1F3. Le terme Qc2 est égal à - 3 kg/période.
La température mesurée est de 964 °C et la température de consigne de 953 °C, soit un écart de + 10,8°C. Le terme correctif Qt est alors égal à + 18 kg/période.
La valeur mesurée de ΔRS est de 101,8 nΩ/mm et la valeur de consigne ΔRSo est de 106,0 nΩ/mm. Le terme Qr(p) est alors égal à + 5 kg/période.
La valeur mesurée de S est de 6985 dm2 et la valeur de consigne So est de 6700 dm2. Le terme Qs(p) est alors égal à + 5 kg/période.
La quantité d'AlF3 à ajouter durant la période p est alors égale à : Q(p) = Qint p) - Qcl(p) + Qc2(p) + Qt(p) + Qr(p) + Qs(p) = 39 - 22 - 3 + 18 + 5 + 5 = + 42 kg. Les termes Qr et Qs apportent une correction significative à la quantité Q(p).
Essais
Le procédé selon l'invention a été utilisé pour réguler des cellules d'électrolyse avec des intensités allant jusqu'à 500 kA. La durée des périodes était de 8 heures.
Les essais ont porté sur différents types de cuves. Le tableau I regroupe les caractéristiques de certaines des cellules d'électrolyse mises à l'essai et les résultats typiques obtenus. Dans le cas A, les cuves étaient régulées à l'aide du mode de réalisation de l'invention dans lequel Q(p) était déterminée en utilisant les termes Qint(p), Qcl(p), Qc2(p) et Qt(p). Dans le cas B, les cuves étaient régulées à l'aide du mode de réalisation de l'invention dans lequel Q(p) était déterminée en utilisant les termes Qint(p), Qcl(p), Qc2(p), Qt(p) et Qe(p). Dans le cas C, les cuves étaient régulées à l'aide du mode de réalisation de l'invention dans lequel Q(p) était déterminée en utilisant les termes Qint(p), Qcl(p), Qc2(p), Qt(p), Qr(p) et Qs(p).
Les résultats montrent que le procédé de régulation de l'invention permet de réguler efficacement des cellules d'électrolyse dont l'excès d'AlF3 du bain est supérieur à 11 % et dont la température du bain est voisine de 960 °C. Les variantes préférées de l 'invention permettent de réguler efficacement, et avec une stabilité surprenante, des cellules d'électrolyse dont l'intensité et la densité anodique sont très élevées et dont la masse de bain liquide est faible.
Tableau I
Figure imgf000026_0001
La demanderesse a observé lors de ses essais que le procédé de régulation de l'invention permet de contrôler, avec une grande stabilité, la teneur en A1F3 des cellules d'électrolyse, sur une période de plusieurs mois, sans avoir à tenir compte de teneurs mesurées en A1F3, lesquelles teneurs mesurées sont, de toute manière, aisément entachées d'erreurs significatives. Avantages de l'invention
Le procédé selon l'invention permet de tenir compte non seulement de la composition moyenne du bain d'électrolyte d'une cellule d'électrolyse, mais également de l'impact des talus de bain solidifié sur cette composition, lesquels talus, en fondant ou en croissant, agissent sur la composition du bain.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de régulation d'une cellule d'électrolyse (1) pour la production d'aluminium par réduction électrolytique de l'alumine dissoute dans un bain d'électrolyte (13) à base de cryolithe, ladite cellule (1) comprenant une cuve
(20), des anodes (7) et des éléments cathodiques (5, 6) aptes à faire circuler un courant dit d'électrolyse dans ledit bain, l'aluminium produit par ladite réduction formant une nappe dite « nappe de métal liquide » (12) sur lesdits éléments cathodiques (5, 6), ledit procédé comprenant l'alimentation de ladite cellule en alumine par ajout d'alumine dans ledit bain et étant caractérisé en ce qu'il comprend :
- l'implantation d'une séquence de régulation comprenant une série d'intervalles de temps p de durée Lp appelés « périodes » ;
- la détermination d'une valeur de température T(p) du bain d'électrolyte, à partir d'au moins une mesure de la température dudit bain effectuée durant la dernière période ou au moins une des Nt dernières périodes ;
- la détermination d'une quantité Qcl(p) dite « équivalente » d'AlF3 contenue dans l'alumine ajoutée à la cellule durant la période p ;
- la détermination d'une valeur Qm(p) des apports équivalents totaux d'AlF3 par période durant la dernière période ou durant les N dernières périodes ;
- la détermination d'une quantité Q(p) de trifiuorure d'aluminium (A1F3) à ajouter durant la période p, dite « quantité déterminée Q(p) », à l'aide de la formule :
Q(p) = Qint(p) - Qcl(p) + Qt(p), où Qint(p) = α x Qm(p) + (1 - α) x Qint(ρ - 1), α est un coefficient de lissage,
Qt(p) est une fonction déterminée de l'écart entre ladite température T(p) et une température de consigne To ;
- l'ajout dans ledit bain d'électrolyte, durant la période p, d'une quantité effective de trifiuorure d'aluminium (A1F3) égale à ladite quantité déterminée Q(p).
2. Procédé de régulation selon la revendication 1, caractérisé en ce que la formule de calcul de la quantité Q(p) comporte un terme supplémentaire Qc2(p), c'est-à- dire que Q(p) = Qint(p) - Qcl(p) + Qt(p) + Qc2(p), le terme Qc2(p) étant une fonction déterminée de l'écart entre Qm(p) et Qint(p).
3. Procédé de régulation selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite durée Lp desdites périodes est sensiblement la même pour toutes les périodes.
4. Procédé de régulation selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite durée Lp desdites périodes est comprise entre 1 et
100 heures.
5. Procédé de régulation selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le terme Qm(p) est donné par la relation Qm(p) = <Q(p)> + <Qcl(p)>, où :
<Qfp)> = Q(p - 1) et <Qcl(p)> = Qcl(p - 1) lorsque le terme Qm(p) est déterminé à partir des apports équivalents totaux d'AlF3 durant la dernière période ;
<Q(P)> = (Q(P - N) + Q(p - N + 1) +... + Q(p - 1)) / N, et <Qcl(p)> = (Qcl(p - N) + Qcl(ρ - N + 1) + ... + Qcl(p - 1)) / N, lorsque le terme Qm(ρ) est déterminé à partir des apports équivalents totaux d'AlF3 durant les N dernières périodes.
6. Procédé de régulation selon la revendication 5, caractérisé en ce que N est compris entre 2 et 100.
7. Procédé de régulation selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le coefficient α est égal à Lp / Pc, où Pc est compris entre 400 à 8000 heures.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend :
- la détermination d'une quantité Qtheo correspondant aux besoins théoriques totaux en A1F de la cellule au moment où on lance la régulation ; - le démarrage du procédé en posant Qint(0) = Qtheo.
9. Procédé de régulation selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le terme Qt(p) est donné par la relation Qt(p) = Kt x (Tp - To), où Kt est une constante.
10. Procédé de régulation selon la revendication 9, caractérisé en ce que Kt est comprise entre 0,01 à 1 kg/heure/°C.
11. Procédé de régulation selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le terme Qt(p) est borné par une valeur minimale et par une valeur maximale.
12. Procédé de régulation selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que le terme Qc2(p) est donné par la relation Qc2(p) - Ko2 x (Qm(p) - Qint(p)), où Ko2 est une constante.
13. Procédé de régulation selon la revendication 12, caractérisé en ce que Ko2 est comprise entre - 0,1 et - 1.
14. Procédé de régulation selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que le terme Qc2(p) est de préférence borné par une valeur minimale et par une valeur maximale.
15. Procédé de régulation selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que, lorsque la cellule d'électrolyse (1) comprend un cadre anodique mobile (10) auquel sont fixées lesdites anodes (7), la quantité Q(p) comprend un terme supplémentaire Qr(p) qui est une fonction déterminée d'une quantité dite « variation de la résistance spécifique » ΔRS qui est égale à ΔR / ΔH, où ΔR est la variation de la résistance R de la cellule mesurée lorsque ledit cadre (10) est déplacé d'une distance déterminée ΔH, soit vers le haut, ΔH étant alors positif, soit vers le bas, ΔH étant alors négatif.
16. Procédé de régulation selon la revendication 15, caractérisé en ce que le terme Qr(p) est donné par la relation Qr(p) = Kr x (ΔRS - ΔRSo), où Kr est une constante et ΔRSo est une valeur de référence.
17. Procédé de régulation selon la revendication 16, caractérisé en ce que Kr est comprise entre - 0,01 et - 10 kg/heure/nΩ/mm.
18. Procédé de régulation selon l'une quelconque des revendications 15 à 17, caractérisé en ce que le terme Qr(p) est de préférence borné par une valeur minimale et par une valeur maximale.
19. Procédé de régulation selon l'une quelconque des revendications 1 à 18, caractérisé en ce que la quantité Q(p) comprend un terme supplémentaire Qs(p) qui est donné par une fonction déterminée de l'écart entre la superficie S(p) de ladite nappe de métal liquide (12) et une valeur de consigne So.
20. Procédé de régulation selon la revendication 19, caractérisé en ce que le terme Qs(p) est donné par la relation Qs(p) = Ks x (S(p) - So), où Ks est une constante.
21. Procédé de régulation selon la revendication 20, caractérisé en ce que Ks est comprise entre 0,0001 et 0,1 kg/heure/dm2.
22. Procédé de régulation selon l'une quelconque des revendications 19 à 21, caractérisé en ce que le terme Qs(p) est de préférence borné par une valeur minimale et par une valeur maximale.
23. Procédé de régulation selon l'une quelconque des revendications 1 à 22, caractérisé en ce que la quantité Q(p) comprend un terme supplémentaire Qe(p) est donné par une fonction déterminée de l'écart entre l'excès d'AlF3 mesuré E(p) et sa valeur visée Eo.
24. Procédé de régulation selon la revendication 23, caractérisé en ce que le terme Qe(p) est donné par la relation Qe(p) = Ke x (E(p) - Eo), où Ke est une constante.
25. Procédé de régulation selon la revendication 24, caractérisé en ce que Ke est comprise entre - 0,05 et - 5 kg/heure/%AlF3.
26. Procédé de régulation selon l'une quelconque des revendications 23 à 25, caractérisé en ce que le terme Qe(p) est de préférence borné par une valeur minimale et par une valeur maximale.
27. Procédé de régulation selon l'une quelconque des revendications 1 à 26, caractérisé en ce que la quantité Q(p) comprend un terme supplémentaire Qea(ρ) qui est donné par une fonction déterminée de l'énergie de l'effet d'anode EEA.
28. Procédé de régulation la revendication 27, caractérisé en ce que le terme Qea(p) est de préférence borné par une valeur minimale et par une valeur maximale.
29. Procédé de régulation selon l'une quelconque des revendications 1 à 28, caractérisé en ce que la quantité Q(p) est limitée à une valeur maximale Qmax.
30. Procédé de régulation selon l'une quelconque des revendications 1 à 29, caractérisé en ce que, lorsque la valeur déterminée du terme Q(p) est négative, sa valeur est posée égale à zéro, c'est-à-dire qu'on n'ajoute pas d'AlF3 durant la période p.
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