EP2459777B1 - Grooved anode for an electrolysis tank - Google Patents
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- EP2459777B1 EP2459777B1 EP10747915.6A EP10747915A EP2459777B1 EP 2459777 B1 EP2459777 B1 EP 2459777B1 EP 10747915 A EP10747915 A EP 10747915A EP 2459777 B1 EP2459777 B1 EP 2459777B1
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Description
L'invention concerne la production d'aluminium par électrolyse ignée selon le procédé de Hall-Héroult et plus particulièrement les anodes précuites utilisées dans les usines de production d'aluminium et comportant un bloc anodique en carbone, un procédé de fabrication de tels blocs anodiques et un dispositif destiné à la fabrication de tels blocs anodiques.The invention relates to the production of aluminum by igneous electrolysis according to the Hall-Héroult process and more particularly to the precooked anodes used in aluminum production plants and comprising a carbon anode block, a method of manufacturing such anode blocks. and a device for manufacturing such anode blocks.
L'aluminium métal est produit industriellement par électrolyse ignée, à savoir par électrolyse d'alumine en solution dans un bain de cryolithe fondue, appelé bain d'électrolyse, selon le procédé bien connu de Hall-Héroult. Le bain d'électrolyse est contenu dans des cuves comprenant un caisson en acier, qui est revêtu intérieurement de matériaux réfractaires et/ou isolants, et d'éléments cathodiques situés au fond de la cuve. Des blocs anodiques en matériau carboné sont partiellement immergés dans le bain d'électrolyse. Chaque cuve et les anodes correspondantes forment ce qui est souvent appelé une cellule d'électrolyse. Le courant d'électrolyse, qui circule dans le bain d'électrolyse et possiblement une nappe d'aluminium liquide par l'intermédiaire des anodes et des éléments cathodiques, opère les réactions de réduction de l'alumine et permet également de maintenir le bain d'électrolyse à une température de l'ordre de 950 °C par effet Joule.Aluminum metal is produced industrially by igneous electrolysis, namely by electrolysis of alumina in solution in a bath of molten cryolite, called electrolysis bath, according to the well-known Hall-Héroult process. The electrolysis bath is contained in tanks comprising a steel box, which is lined internally with refractory and / or insulating materials, and cathode elements located at the bottom of the tank. Anode blocks of carbonaceous material are partially immersed in the electrolysis bath. Each vat and the corresponding anodes form what is often called an electrolysis cell. The electrolysis current, which circulates in the electrolysis bath and possibly a sheet of liquid aluminum through the anodes and cathode elements, operates the alumina reduction reactions and also allows to maintain the bath of electrolysis. electrolysis at a temperature of the order of 950 ° C by Joule effect.
La demande de brevet français
Selon la technologie la plus répandue, les cellules d'électrolyse comportent une pluralité d'anodes dites "précuites" en matériau carboné qui sont consommées lors des réactions de réduction électrolytique de l'aluminium.According to the most widespread technology, the electrolysis cells comprise a plurality of so-called "precooked" anodes of carbonaceous material which are consumed during the electrolytic reduction reactions of aluminum.
Des gaz, et plus particulièrement du dioxyde de carbone, sont générés lors des réactions d'électrolyse et viennent naturellement s'accumuler sous la forme de bulles de gaz sous la face inférieure, généralement sensiblement plate et horizontale, de l'anode, ce qui influe sur la stabilité globale de la cuve.Gases, and more particularly carbon dioxide, are generated during the electrolysis reactions and naturally accumulate in the form of gas bubbles under the lower, generally substantially flat, horizontal face of the anode, which influences the overall stability of the tank.
Il résulte en effet de l'accumulation de ces bulles de gaz :
- des variations et instabilités électriques,
- une fréquence élevée et une durée importante des effets d'anode,
- une possibilité accrue de réaction inverse et donc une perte de rendement du fait de la faible distance entre la couche d'aluminium produite et les bulles de CO2,
- une consommation accrue de carbone et la formation de gaz nocifs du fait de la transformation du CO2 en CO au contact du carbone.
- electrical variations and instabilities,
- a high frequency and a long duration of anode effects,
- an increased possibility of reverse reaction and therefore a loss of efficiency due to the small distance between the aluminum layer produced and the CO 2 bubbles,
- increased carbon consumption and the formation of harmful gases due to the transformation of CO 2 into CO in contact with carbon.
Il est connu d'utiliser des anodes précuites avec des blocs anodiques carbonés comportant une ou plusieurs rainures dans leur partie inférieure de manière à faciliter l'évacuation des bulles de gaz et empêcher leur accumulation afin de résoudre les problèmes cités ci-dessus et réduire la consommation d'énergie comme montré dans
L'intérêt de l'utilisation de rainures a déjà été étudié et prouvé, par exemple dans
Il est également connu des documents suivants:
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WO 2006/137739 -
US 7 179 353
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WO 2006/137739 -
US 7,179,353
Une limite bien connue à l'utilisation de ces rainures résulte du fait que la profondeur des rainures à partir de la surface inférieure des blocs anodiques est limitée afin de ne pas perturber l'intégrité mécanique et physique des blocs anodiques carbonés. Or les blocs anodiques carbonés sont consommés progressivement au cours de la réaction d'électrolyse sur une hauteur supérieure à la profondeur des rainures de sorte que la durée d'existence des rainures d'une anode est inférieure à la durée de vie de l'anode. Par conséquent, pendant un certain laps de temps au cours de la durée de vie des anodes, la partie inférieure des blocs anodiques ne comporte plus de rainure. Les problèmes mentionnés ci-dessus pour des anodes sans rainures se font alors ressentir.A well known limit to the use of these grooves results from the fact that the depth of the grooves from the lower surface of the anode blocks is limited so as not to disturb the mechanical and physical integrity of the carbonaceous anode blocks. However, the carbonaceous anode blocks are progressively consumed during the electrolysis reaction over a height greater than the depth of the grooves so that the lifetime of the grooves of an anode is less than the lifetime of the anode. . Therefore, for a certain period of time during the life of the anodes, the lower part of the anode blocks no longer has a groove. The problems mentioned above for anodes without grooves are then felt.
En effet, comme mentionné dans
Il s'avère en pratique également difficile et onéreux d'obtenir de manière fiable par sciage de blocs anodiques cuits des anodes avec des rainures aussi profondes que la hauteur de bloc anodique destinée à être consommée. Les contraintes mécaniques et les vibrations exercées par les lames de sciage provoquent l'effritement, le fendillement puis l'éclatement des blocs de carbones. Le sciage des anodes s'avère par ailleurs un exercice onéreux du fait notamment du cout élevé des équipements de sciage, de la forte demande en énergie, et de la collecte et traitement des poudres provoquées par le sciage.In practice, it also proves to be difficult and expensive to reliably obtain anode bores with grooves as deep as the anodic block height to be consumed by sawing anode blocks. The mechanical stresses and the vibrations exerted by the saw blades provoke the crumbling, the cracking then the bursting of the blocks of carbons. Sawing anodes is also an expensive exercise, particularly because of the high cost of sawing, the high energy demand, and the collection and treatment of powders caused by sawing.
Les dimensions des blocs anodiques des anodes communément utilisées sont de l'ordre de 1200 à 1700 mm pour la longueur, 500 à 1000 mm pour la largeur et 550 à 700 mm de hauteur, avec une à trois rainures de profondeur généralement comprise entre 150 et 350 mm.The dimensions of the anode blocks of the commonly used anodes are of the order of 1200 to 1700 mm for the length, 500 to 1000 mm for the width and 550 to 700 mm in height, with one to three grooves of depth generally between 150 and 350 mm.
Aussi pour un bloc anodique de 600 mm de hauteur avec une hauteur de carbone consommable de 400 mm et une rainure de 250 mm de profondeur, la rainure produit un effet bénéfique pendant seulement 62.5% de la durée de vie de l'anode.Also for an anodic block of 600 mm height with a consumable carbon height of 400 mm and a groove of 250 mm depth, the groove produces a beneficial effect for only 62.5% of the life of the anode.
Un premier but de l'invention est de proposer un autre type d'anodes remédiant aux problèmes d'évacuation des gaz s'accumulant sous les anodes sans compromettre l'intégrité des blocs anodiques pendant leur fabrication, leur stockage, leur transport ou leur utilisation.A first object of the invention is to provide another type of anode remedying the evacuation problems of gases accumulating under the anodes without compromising the integrity of the anode blocks during their manufacture, storage, transport or use .
Un autre but de l'invention est de proposer des anodes permettant de remédier aux inconvénients évoqués ci-dessus, c'est-à-dire de proposer des anodes produisant un effet bénéfique pendant une durée plus importante sans toutefois compromettre l'intégrité des blocs anodiques pendant leur fabrication, leur stockage, leur transport ou leur utilisation.Another object of the invention is to provide anodes to overcome the disadvantages mentioned above, that is to say to propose anodes producing a beneficial effect for a longer period without compromising the integrity of the blocks anodic during their manufacture, storage, transportation or use.
A cet effet, l'invention a pour objet un bloc anodique en carbone pour anode précuite pour utilisation dans une cellule d'électrolyse de métal comportant une face supérieure, une face inférieure, destinée à être disposée en regard d'une face supérieure d'une cathode, et quatre faces latérales, et comprenant au moins une première rainure débouchant sur au moins une des faces latérales, dans lequel la première rainure a une longueur maximale Lmax dans un plan parallèle à la face inférieure, et caractérisé en ce que la première rainure ne débouche pas sur les faces inférieure ou supérieure, ou débouche sur lesdites faces inférieure ou supérieure sur une longueur Lo inférieure à la moitié de la longueur maximale Lmax.For this purpose, the subject of the invention is an anode carbon block for anode precooked for use in a metal electrolysis cell comprising an upper face, a lower face, intended to be arranged facing an upper face of a cathode, and four lateral faces, and comprising at least one first groove opening on at least one of the lateral faces, in which the first groove has a maximum length L max in a plane parallel to the lower face, and characterized in that the first groove does not open on the faces lower or upper, or opens on said lower or upper faces for a length L o less than half the maximum length L max .
En d'autres termes, la première rainure selon l'invention forme un évidement dans le coeur du matériau constitutif du bloc anodique qui n'est pas ouvert sur les faces inférieure ou supérieure sur une partie de la longueur de ladite rainure.In other words, the first groove according to the invention forms a recess in the core of the constituent material of the anode block which is not open on the lower or upper faces for a portion of the length of said groove.
La face supérieure du bloc anodique comporte en outre au moins un évidement de fixation et la face inférieure du bloc anodique est destinée en utilisation à être immergée dans un bain d'électrolyse. Par rainure, on entend, comme cela est connu de l'art antérieur, un évidement allongé sensiblement vertical de profondeur comprise entre 50 et 500 mm et de largeur comprise entre 5 et 40 mm.The upper face of the anode block further comprises at least one fixing recess and the lower face of the anode block is intended in use to be immersed in an electrolysis bath. Groove means, as is known from the prior art, a substantially vertical recessed recess of depth between 50 and 500 mm and width between 5 and 40 mm.
Une telle première rainure a pour effet de réduire la turbulence du bain d'électrolyse et l'énergie cinétique de turbulence pour le volume situé en dessous de la face inférieure du bloc anodique, lorsqu'elle débouche sur une longueur importante sur la face inférieure, c'est-à-dire après une certaine usure du bloc anodique. La réduction de la turbulence est particulièrement bénéfique dans la région en dessous du bloc anodique car elle réduit la réoxydation du métal dissout dans le bain d'électrolyse.Such a first groove has the effect of reducing the turbulence of the electrolysis bath and the kinetic energy of turbulence for the volume located below the lower face of the anode block, when it opens over a long length on the lower face, that is to say after some wear of the anode block. The reduction of turbulence is particularly beneficial in the region below the anode block because it reduces the reoxidation of the dissolved metal in the electrolysis bath.
Une telle première rainure préserve l'intégrité structurelle du bloc anodique et donc sa résistance physique du fait que l'essentiel de la première rainure est formée au coeur du matériau. L'enveloppe extérieure, qui a plus de propension à subir des contraintes et à se fendre que le coeur du matériau, est alors affaiblie dans une moindre mesure avec une telle première rainure qui a moins de surface débouchant sur les faces extérieures du bloc anodique par rapport à une rainure connue de l'art antérieure.Such a first groove preserves the structural integrity of the anodic block and therefore its physical resistance because most of the first groove is formed in the core of the material. The outer casing, which has more propensity to withstand stress and to crack than the core of the material, is then weakened to a lesser extent with such a first groove which has less surface opening on the outer faces of the anode block by relative to a groove known from the prior art.
La rainure débouche sur un unique côté latérale ou sur deux côtés latéraux opposés du bloc anodique pour faciliter l'évacuation des gaz s'accumulant sous le bloc anodique.The groove opens on a single lateral side or on two opposite lateral sides of the anode block to facilitate the evacuation of gases accumulating under the anode block.
Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, la rainure peut comporter un fond légèrement incliné d'un angle inférieur à 10° par rapport à l'horizontale pour améliorer l'évacuation des gaz et orienter cette évacuation vers un endroit prédéterminé de la cuve, par exemple vers les points de chargement en alumine de manière à faciliter l'agitation et la dissolution de l'alumine, plus particulièrement vers un couloir central dans la cellule d'électrolyse.According to a particular embodiment of the invention, the groove may comprise a slightly inclined bottom of an angle less than 10 ° relative to the horizontal to improve the evacuation of gases and to direct this evacuation towards a predetermined location of the tank, for example to the alumina loading points so as to facilitate stirring and dissolution of the alumina, more particularly to a central corridor in the electrolysis cell.
La forme particulière et innovante de la première rainure selon l'invention lui confère une période de pleine efficacité en décalage avec des rainures de l'art antérieur formées à partir de la face inférieure. Comme la première rainure ne débouche pas sur la face inférieure ou débouche sur la face inférieure sur une longueur réduite, elle est inefficace ou d'efficacité réduite pour l'évacuation des gaz dans les premiers instants de l'immersion du bloc anodique dans la cuve d'électrolyse. La première rainure trouve par contre sa pleine efficacité après une certaine usure du bloc anodique, lorsque la longueur de rainure débouchant sur la face inférieure augmente.The particular and innovative shape of the first groove according to the invention gives it a period of full efficiency offset from grooves of the prior art formed from the underside. Since the first groove does not open on the underside or opens on the underside over a reduced length, it is inefficient or of reduced efficiency for the evacuation of gases in the first instants of immersion of the anode block in the tank. electrolysis. The first groove on the other hand finds full effectiveness after some wear of the anode block, when the groove length opening on the underside increases.
L'association d'au moins une première rainure avec au moins une seconde rainure de l'art antérieure dans un bloc anodique pour anode est donc particulièrement avantageuse. Par seconde rainure, on entend une rainure de longueur maximale L'max dans un plan parallèle à la face inférieure et débouchant sur la face inférieure sur une longueur L'0 égale ou sensiblement égale à L'max, par exemple lorsque l'arête inférieure du bloc anodique est chanfreinée.The combination of at least one first groove with at least one second groove of the prior art in anode anode block is therefore particularly advantageous. A second groove, a maximum length of groove means L max in a plane parallel to the bottom face and opening on the bottom face over a length L '0 equal or substantially equal to L max, such as when the lower edge anode block is chamfered.
Ainsi, lorsqu'une nouvelle anode est mise en place dans une cuve d'électrolyse, la seconde rainure permet l'évacuation des gaz s'accumulant sous l'anode et lorsque la seconde rainure disparait sous l'effet de l'usure du bloc anodique, la première rainure prend le relai pour l'évacuation des gaz s'accumulant sous l'anode. Les périodes d'efficacité des première et seconde rainures peuvent se chevaucher, c'est-à-dire qu'il y a coexistence des première et seconde rainures à une même profondeur par rapport à la face inférieure, ou encore être légèrement disjointes.Thus, when a new anode is placed in an electrolytic cell, the second groove allows the evacuation of gases accumulating under the anode and when the second groove disappears under the effect of the wear of the block anodic, the first groove takes the relay for the evacuation of gases accumulating under the anode. The periods of effectiveness of the first and second grooves may overlap, that is to say that there is coexistence of the first and second grooves at the same depth relative to the underside, or be slightly disjoint.
Le bloc anodique peut comprendre une ou plusieurs premières rainures et une ou plusieurs secondes rainures. L'orientation des différentes rainures pouvant varier, des premières rainures pouvant par exemple être orientées perpendiculairement à des secondes rainures.The anode block may include one or more first grooves and one or more second grooves. The orientation of the various grooves may vary, first grooves may for example be oriented perpendicular to second grooves.
Aussi, par rapport à un bloc anodique de l'art antérieur pour lequel on passait, par consommation de carbone ou usure, d'une rainure effective à une absence de rainure, on observe avec les blocs anodiques selon l'invention comportant au moins une première rainure et au moins une seconde rainure, un passage d'une seconde rainure à une première rainure, ce qui évite des perturbations et changements brusques de la cinétique des fluides avec les problèmes d'équilibres électriques associés et facilite par exemple des réglages adaptatifs.Also, with respect to an anode block of the prior art for which, from carbon consumption or wear, an effective groove to an absence of a groove was used, the anode blocks according to the invention comprising at least one first groove and at least one second groove, a passage from a second groove to a first groove, which avoids disturbances and abrupt changes in the kinetics of the fluids with the associated electrical equilibrium problems and facilitates for example adaptive adjustments.
Selon un exemple de réalisation particulièrement avantageux de l'invention, le bloc anodique comporte deux secondes rainures et une première rainure, la première et les secondes rainures s'étendant parallèlement dans le sens longitudinal du bloc anodique et la première rainure étant disposée à mi-distance entre les deux secondes rainures. Le décalage, dans un plan parallèle à la face inférieure, de la première rainure par rapport aux deux secondes rainures permet ainsi une conservation optimale de l'intégrité physique du bloc anodique.According to a particularly advantageous exemplary embodiment of the invention, the anode block comprises two second grooves and a first groove, the first and the second grooves extending parallel in the longitudinal direction of the anode block and the first groove being disposed halfway. distance between the two second grooves. The offset, in a plane parallel to the lower face, of the first groove with respect to the two second grooves thus allows optimum preservation of the physical integrity of the anode block.
Selon un mode de réalisation avantageux, la longueur Lo sur laquelle débouche la première rainure sur la face inférieure est inférieure à 25% de la longueur maximale Lmax et de préférence inférieure à 10% de la longueur maximale Lmax. Plus la longueur L0 sur laquelle débouche la première rainure sur la face inférieure est faible, plus l'intégrité physique du bloc anodique sera importante. Ainsi, un exemple de réalisation préféré correspondra au cas où la rainure ne débouche pas sur la face inférieure. Le fait que la première rainure débouche sur la face inférieure résulte principalement d'un procédé de fabrication particulièrement avantageux car simple à mettre en oeuvre dans lequel :
- on introduit une lame à l'intérieur d'un moule d'une vibro-tasseuse ;
- on charge le moule de la vibrotasseuse avec des matériaux carbonés constitutifs du bloc anodique ;
- on effectue un vibro-tassage des matériaux carbonés ; et
- on décharge du moule le bloc anodique ainsi formé, notamment par glissement par rapport à la lame.
- a blade is introduced inside a mold of a vibro-packer;
- the mold of the vibrotasseuse is loaded with carbonaceous materials constituting the anodic block;
- vibro-packing of the carbonaceous materials is carried out; and
- the anode block thus formed is discharged from the mold, in particular by sliding relative to the blade.
Selon un autre mode de réalisation, on décharge le bloc anodique du moule après avoir retiré la lame du moule.According to another embodiment, the anode block is discharged from the mold after removing the blade from the mold.
Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, on fixe la lame au fond du moule avant le chargement.According to an advantageous embodiment of the invention, the blade is fixed to the bottom of the mold before loading.
Selon un autre mode de réalisation avantageux de l'invention, on fixe la lame sur une paroi latérale ou deux parois latérales opposées du moule avant le chargement.According to another advantageous embodiment of the invention, the blade is fixed on a side wall or two opposite side walls of the mold before loading.
L'invention s'étend aux anodes ayant au moins un bloc anodique tel que décrit ci-dessus et une tige de fixation.The invention extends to the anodes having at least one anode block as described above and a fixing rod.
L'invention s'étend également à une cellule de production d'aluminium par électrolyse ignée comportant au moins une anode telle que décrite ci-dessus, ainsi qu'à un procédé pour la fabrication d'aluminium comprenant les étapes consistant à :
- fournir au moins une anode telle que définit ci-dessus ;
- installer l'anode dans une cuve d'électrolyse d'aluminium ;
- faire passer du courant dans la cuve d'électrolyse à travers l'anode ;
- récupérer l'aluminium obtenu par électrolyse dans le fond de la cuve d'électrolyse.
- provide at least one anode as defined above;
- install the anode in an aluminum electrolysis cell;
- passing current in the electrolytic cell through the anode;
- recover the aluminum obtained by electrolysis in the bottom of the electrolysis cell.
L'invention est décrite plus en détail ci-après à l'aide des figures annexées.The invention is described in more detail below with the aid of the appended figures.
-
La
figure 1 illustre, vue en section transversale, une cellule d'électrolyse typique destinée à la production d'aluminium.Thefigure 1 illustrates, cross-sectional view, a typical electrolysis cell for the production of aluminum. -
Les
figures 2A et 2B représentent en vue de face un mode de réalisation d'un bloc anodique d'anode selon l'invention.TheFigures 2A and 2B represent in front view an embodiment of anode anode block according to the invention. -
La
figure 3 représente une vue en coupe du bloc anodique desfigures 2A et 2B selon la coupe A-A pour mettre en évidence la forme de la première rainure.Thefigure 3 represents a sectional view of the anodic block ofFigures 2A and 2B according to the AA cut to highlight the shape of the first groove. -
La
figure 4 est une vue de face d'une lame destinée à être fixée dans un moule pour la formation de la première rainure lors de la fabrication du bloc anodique cru desfigures 2 et 3 .Thefigure 4 is a front view of a blade intended to be fixed in a mold for the formation of the first groove during the manufacture of the raw anode block ofFigures 2 and 3 . -
Les
figures 5 à 7 sont des vues en coupe du type de lafigure 3 , montrant d'autres formes particulières de premières rainures.TheFigures 5 to 7 are sectional views of the type of thefigure 3 , showing other particular shapes of first grooves. -
La
figure 8A et 8B montrent respectivement en vue de face un autre mode de réalisation d'un bloc anodique selon l'invention.TheFigure 8A and 8B show respectively in front view another embodiment of an anode block according to the invention.
Les usines d'électrolyse destinées à la production d'aluminium comprennent une zone de production d'aluminium liquide qui comprend une ou plusieurs salles d'électrolyse comportant des cellules d'électrolyse. Les cellules d'électrolyse sont normalement disposées en rangées ou files, chaque rangée ou file comportant typiquement plus d'une centaine de cellules, et raccordées électriquement en série à l'aide de conducteurs de liaison.Electrolysis plants for aluminum production include a liquid aluminum production zone that includes one or more electrolysis rooms including electrolysis cells. The electrolysis cells are normally arranged in rows or rows, each row or line typically having more than one hundred cells, and electrically connected in series using connecting conductors.
Tel qu'illustré à la
Les matériaux réfractaires 7, 8 et les blocs cathodiques 9 forment, à l'intérieur de la cuve 2, un creuset apte à contenir un bain d'électrolyte 17 et une nappe de métal liquide 18 lorsque la cellule 1 est en fonctionnement. En général, une couverture 19 d'alumine et de bain solidifié recouvre le bain d'électrolyte 17 et tout ou partie des blocs anodiques 13.The
Les anodes 4, et plus précisément les blocs anodiques 13, sont partiellement immergées dans le bain d'électrolyte 17, qui contient de l'alumine dissoute. Les blocs anodiques 13 ont initialement chacun une face inférieure typiquement essentiellement plane et parallèle à la surface supérieure des blocs cathodiques 9, qui est généralement horizontale. La distance entre la face inférieure des blocs anodiques 13 et la surface supérieure des blocs cathodiques 9, dite "distance interpolaire", est un paramètre important dans la régulation des cellules d'électrolyse 1. La distance interpolaire est généralement contrôlée avec une grande précision.The
Les blocs carbonés anodiques sont progressivement consommés en utilisation. Afin de compenser cette usure, il est de pratique courante d'abaisser progressivement les anodes en déplaçant régulièrement le cadre anodique vers le bas. En outre, comme illustré à la
Les
Le bloc anodique 13a comporte une première rainure 31a et deux secondes rainures 32 et 33.The anode block 13a has a
Les secondes rainures 32, 33 traversent typiquement le bloc anodique de part en part dans le sens de la longueur L. Les
Pour des raisons de compréhension, les échelles ne sont pas rigoureusement respectées sur les figures, notamment en ce qui concerne la largeur des rainures, la largeur des rainures étant typiquement comprise entre 5 et 40 mm tandis que la largeur des blocs anodiques, correspondant aux faces latérales courtes est généralement comprise entre 550 et 700mm. On a représenté en traits pointillés sur les
La première rainure 31 a comporte sur sa longueur :
- une première portion I formant une perforation ou un évidement au coeur du matériau carboné et ne débouchant pas sur la
face inférieure 23 du bloc anodique 13a ; - une deuxième portion II débouchant sur la
face inférieure 23 du bloc anodique 13a. Ainsi, lorsque le bloc anodique 13a est entier, la première rainure 31a à la forme d'un L couché et comporte sur la première portion I un fond 40 et une paroi inférieure 42 et uniquement le fond 40 sur la deuxième portion II.
- a first portion I forming a perforation or a recess in the heart of the carbonaceous material and not opening on the
lower face 23 of the anode block 13a; - a second portion II opening on the
lower face 23 of the anode block 13a. Thus, when the anode block 13a is entire, thefirst groove 31a has the shape of a lying L and comprises on the first portion I a bottom 40 and abottom wall 42 and only the bottom 40 on the second portion II.
La première rainure 31a débouche sur les deux faces latérales courtes 21, 22 du bloc anodique 13a pour l'évacuation des gaz s'accumulant sous l'anode. La longueur maximale Lmax de la première rainure 31a dans un plan parallèle à la face inférieure est donc égale à la longueur L de l'anode. La première rainure 31a débouche par contre sur la face inférieure 23 sur une longueur Lo faible par rapport à la longueur maximale. Pour conserver une intégrité physique et une résistance suffisante au bloc anodique tout en maintenant des propriétés de drainage importantes des gaz, la demanderesse considère que Lo doit être inférieure à la moitié de Lmax et de préférence inférieure à 25% de Lmax et de préférence encore inférieure à 10% de Lmax.The
La première rainure 31a s'étend parallèlement et à mi-distance entre les secondes rainures 32,33 de manière à préserver au maximum l'intégrité physique et la résistance du bloc anodique 13a.The
Comme visible sur les
Le bloc anodique 13a ainsi que l'anode formée à partir de ce bloc anodique 13a permet une évacuation efficace de façon continue des gaz se formant dans la cuve d'électrolyse.The anode block 13a as well as the anode formed from this anode block 13a allows an efficient and continuous evacuation of the gases forming in the electrolytic cell.
On observe également en traits pointillés sur la
L'existence de la seconde portion II de la première rainure 31a, qui débouche sur la face inférieure de l'anode destinée à être disposée en regard d'une face supérieure d'une cathode disposée au fond de la cuve d'électrolyse est dictée par une adaptation d'une manière classique de fabriquer des blocs anodiques. Comme cette seconde portion II est une source de fragilisation du bloc anodique, on essaye de diminuer sa longueur et donc son impact de sorte que l'invention se limite à des blocs anodiques dans lesquels la longueur Lo est inférieure à la moitié de Lmax, et de préférence inférieure à 25% de Lmax et encore de préférence inférieure à 10% de Lmax.The existence of the second portion II of the
Une manière classique de fabriquer un bloc anodique rainuré consiste à introduire le matériau constitutif du bloc anodique dans un moule de forme globalement parallélépipédique et comportant une ou plusieurs lames fixées dans le fond du moule pour former les rainures par complémentarité. Le matériau du bloc anodique est alors tassé par pressurisation ou vibrotassage, les faces latérales du moule relevées et le bloc anodique poussé au-delà du fond du moule. Lors de la poussée, on fait plus particulièrement glisser le bloc anodique par rapport à la ou les lames. Selon une variante, on retire la lame avant la poussée.A conventional way of manufacturing a grooved anodic block is to introduce the constituent material of the anode block into a mold of generally parallelepiped shape and having one or more blades fixed in the bottom of the mold to form the grooves by complementarity. The material of the anode block is then compacted by pressurization or vibrotassage, the lateral faces of the mold raised and the anode block pushed beyond the bottom of the mold. During the thrust, the anode block is more particularly slid with respect to the blade or blades. According to one variant, the blade is removed before the thrust.
On a représentée sur la
Comme visible sur la
Aussi, la lame peut en outre être avantageusement fixée par rapport à une paroi latérale du moule au niveau de l'extrémité de la lame proche du moyen 48 pour l'accrochage de la lame 46. L'utilisation d'un tel second moyen de fixation réversible, qui peut par exemple être constitué par une gorge réalisée dans la paroi latérale du moule et dans laquelle coulisse et vient se loger l'extrémité de la lame, permet également de limiter les mouvements, la déformation et l'usure de la lame.Also, the blade can also be advantageously fixed relative to a side wall of the mold at the end of the blade near the
Selon une variante du procédé de fabrication, la lame 46 peut être montée de façon amovible dans le moule de sorte à ce que l'on peut retirer la lame 46 du bloc anodique 13a avant la poussée du bloc anodique 13a hors du moule.According to a variant of the manufacturing process, the
On a représenté sur la
On a représenté sur la
On a représenté sur la
L'invention s'étend également à un bloc anodique comportant uniquement une ou plusieurs premières rainures, sans secondes rainures. L'intégrité structurelle du bloc anodique sera alors proche d'un bloc anodique sans rainures et une évacuation améliorée des gaz sera obtenue pendant la période où la (ou les) première(s) rainure déboucheront sous la face inférieure sur une longueur conséquente.The invention also extends to an anode block comprising only one or more first grooves, without second grooves. The structural integrity of the anode block will then be close to an anode block without grooves and an improved evacuation of the gases will be obtained during the period when the (or) first groove will lead under the lower face over a substantial length.
L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits ci-dessus mais s'étend à tous les modes de réalisations accessibles de façon simple à l'homme du métier au regard de l'enseignement donné ci-dessous.The invention is not limited to the embodiments described above but extends to all embodiments accessible in a simple manner to those skilled in the art with regard to the teaching given below.
Le fond des secondes rainures et la paroi inférieure de la première rainure peuvent être par exemple prévues à des hauteurs légèrement différentes de sorte à ce que les première et secondes rainures coexistent pendant un laps de temps ou au contraire à ce qu'il y ait un laps de temps sans rainure effective après l'usure des secondes rainure et l'apparition effective de la première rainure. Le nombre de première(s) et ou de seconde(s) rainures peut varier, de même que leur positionnements respectifs et/ou orientations respectives.The bottom of the second grooves and the lower wall of the first groove may for example be provided at slightly different heights so that the first and second grooves coexist for a period of time or on the contrary that there is a time without effective groove after the wear of the second groove and the actual appearance of the first groove. The number of first (s) and / or second (s) grooves may vary, as well as their respective positions and / or orientations.
On a ainsi représenté un autre bloc anodique 13e sur la
Aussi, selon des variantes de l'invention, on peut entendre par seconde rainure, toute rainure du type connu de l'art antérieur, débouchant sur la face inférieure sur une longueur égale ou sensiblement égale à leur longueur maximale. Les secondes rainures peuvent notamment être du type connu des documents de brevet
Claims (16)
- An anode block (13, 13a-13e) made of carbon for a pre-baked anode (4) for use in a metal electrolysis cell (1) comprising a higher face (24), a lower face (23), designed to be laid out opposite a higher face of a cathode (9), and four side faces (21,22,34), and including at least one first groove (31a-31e) leading onto at least one of the side faces, in which the first groove has a maximum length Lmax in a plane parallel to the lower face, and characterized in that the first groove does not lead onto the lower or higher faces, or leads onto said lower or higher faces over a length Lo less than half the maximum length Lmax.
- An anode block according to claim 1, in which the first groove leads onto two opposite sides faces (21,22) of the anode block.
- An anode block according to one of the preceding claims, comprising at least one second groove (32,33) of maximum length L'max in a plane parallel to the lower face and leading onto the lower face over a length L'0 substantially equal to L'max.
- An anode block according to one of claims 1 to 3, comprising a plurality of first grooves.
- An anode block (13a-13d) according to claim 3, comprising two second grooves (32,33) and a first groove (31 a-31 d), in which the first and the second grooves extend in parallel in the longitudinal direction from the anode block and in which the first groove is laid out halfway between the two second grooves.
- An anode block (13d, 13e) according to one of the preceding claims, in which the first groove (31 d, 31 e) does not lead onto said lower (23) or higher (24) faces.
- An anode block (13a-13c) according to one of the preceding claims, in which the first groove leads onto the lower face (23) over a length Lo less than half the maximum length Lmax.
- An anode block according to claim 7, in which the length over which the first groove leads onto the lower face is less than 25% of the maximum length Lmax and preferably less than 10% the maximum length Lmax.
- A pre-baked anode (4) comprising at least one anode block according to any of the preceding claims.
- A cell (1) for the production of aluminum by igneous electrolysis comprising a plurality of anodes (4), characterized in that at least one of the anodes is an anode according to claim 9.
- A process for the manufacture of aluminum including stages consisting in:- providing at least one anode according to claim 9;- fitting the anode in an aluminum electrolysis cell above a cathode;- sending current into the electrolysis cell through the anode;- recovering the aluminum obtained by electrolysis in the bottom of the electrolysis cell.
- A process for the manufacture of an anode block according to one of claims 1 to 9 in which:- a blade (46) is inserted inside a vibrocompactor mold;- the vibrocompactor mold is loaded with carbonaceous materials that make up the anode block;- the carbonaceous materials are vibrocompacted; and- the anode block thus formed is removed from the mold.
- A process according to claim 12, in which the blade is withdrawn from the mold before removing the anode block.
- A process according to claim 12, in which the anode block is removed by slippage in relation to the blade.
- A process according to one of claims 12 to 14, in which the blade (46) is fixed to the bottom of the mold.
- A process according to one of claims 12 to 15, in which the blade (46) is fixed to one lateral face or two opposed lateral faces of the mold before loading
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