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WO 03/033769 PCT/FR02/03514
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PROCEDE DE REGULATION D'UNE CELLULE D'ELECTROLYSE POUR
LA PRODUCTION D'ALUMINIUM
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 électrolyte à base de
cryolithe fondue, notamment selon le procédé Hall-Héroult.
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 à base de cryolithe fondue,
appelé
bain d'électrolyte, notamment selon le procëdé 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 sont
partiellement immergées dans le bain d' électrolyte. Les anodes sont
typiquement en
matériau carboné, même si elles peuvent également être constituées, en tout ou
partie, d'un matériau dit « inerte », tel qu'un matériau métallique ou
composite
céramique/métal (ou « cermet »). L'expression « cellule d'électrolyse »
désigne
normalement l'ensemble comprenant une cuve d'électrolyse et une ou plusieurs
anodes.
Le courant d'électrôlyse, 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'alumine 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 résultant des réactions d'électrolyse.
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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, ~a
température du bain, 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 à base de cryolithe décroît avec l'excès de trifluorure d'aluminium
(A1F3)
par rapport à la composition nominale (3 NaF . A1F3). La température de fusion
est
également influencée par la présence de composés tels que CaF2, MgF2 ou LiF.
Dans
les usines modernes, les paramètres de fonctionnement sont ajustés de manière
à
viser des rendements Faraday supérieurs à 90 %.
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'aciditë; etc, de manière à les maintenir à des valeurs de consigne
déterminées.
Plusieurs procédés de régulation ont étë 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'A1F3.
Un des facteurs essentiels permettant d'assurer la régularité de marche d'une
cuve de
production d'aluminium par électrolyse ct'alumme aissoute aans un oay
d'électrolyse fondu à base de cryolithe, est le maintien d'une teneur
appropriée en
alumine dissoute dans cet électrolyte et par conséquent l'adaptation des
quantite's
d'alumine introduites dans le bain à la consommation d'alumine de la cuve.
Un excès d'alumine crée un risque d'encrassement du fond de la cuve par des
dépôts
d' alumine non dissoute pouvant se transformer en plaques dures qui sont
susceptibles
d' isoler électriquement une partie de la cathode. Ce phénomène favorise alors
la
formation dans le métal des cuves de courants électriques horizontaux très
forts qui,
par interaction avec les champs magnétiques brassent la nappe de mëtal et
3f provoquent une instabilité de l'interface bain-métal.
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A l'inverse un défaut d'alumine peut notamment provoquer l'apparition de "
l'effet
d'anode ", c'est-à-dire la polarisation d'une anode, avec montée brutale de la
tension
aux bornes de la cellule et dégagement en quantité importante de produits
fluorés et
fluoro-carbonés (CFX), dont la forte capacité d'absorption des rayons
infrarouges
favorise l' effet de serre.
La nécessité de maintenir la teneur en alumine dissoute dans l'électrolyte
dans des A
limites précises et relativement étroites, donc d'adapter les apports
d'alumine aux
besoins de la cellule, a donc conduit l'homme de l'art à développer des
procédés
automatiques d'alimentation et de régulation en alumine des cuves
d'électrolyse.
Cette nécessité est devenue une obligation avec l'utilisation des bains
d'électrolyse
dits « acides » (à teneur élevée en A1F3) permettant d'abaisser la température
de
fonctionnement de la cuve de 10 à 15°C (950°C environ au lieu de
965°C
habituellement), voire inférieure à 950°C par l'ajout de composés tels
que CaF2,
MgFa ou LiF, et d'atteindre ainsi des rendements Faraday d'au moins 94 %. En
effet,
il est alors indispensable de pouvoir régler la teneur en alumine dans une
plage de
concentration très précise et très étroite (typiquement de 1 % à 3,5 %, et de
préfërence entre 1,5 et 2,5 %, dans les cellules comprenant des anodes en
matériau
carboné), compte tenu de la diminution du taux de solubilité de l'alumine liée
à la
nouvelle composition ainsi qu'à l'abaissement de la température du bain.
Dans les procëdés industriels, il est connu d'avoir recours à une évaluation
indirecte
des teneurs en alumine en suivant un paramètre ëlectrique représentatif de la
concentration en alumine dudit électrolyte. Ce paramètre est généralement la
variation de la résistance R aux bornes de la cuve alimentée sous une tension
U,
incluant une force contre-ëlectromotrice E évaluée par exemple à 1,65 volt et
traversée par un courant I de sorte que R = (U - E) / I. Typiquement, les
procédës de
régulation de la teneur en alumine consistent à moduler l' alimentation en
alumine en
fonction de la valeur de R et de son évolution dans le temps. Ce principe de
base a
fait l'objet de nombreux brevets jusqu'à tout récemment (voir par exemple la
demande française FR 2 749 858 correspondant au brevet américain US 6 033
550).
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Ces procédés de régulation ne prennent pas directement en compte la vitesse de
dissolution de l'alumine ajoutée dans l'électrolyte.
Ce mode de régulation permet de maintenir la teneur en alumine du bain dans
une
plage étroite et faible et ainsi d'obtenir des rendements Faraday de l'ordre
de 95
avec des bains acides, en réduisant simultanément et de façon notable la
quantité (ou
fréquence) des effets d'anode sur les cuves que l'on décompte en nombre
d'effets
. d'anode par cuvé et par jour (EA/cuve/jour) sous l'appellation « taux
d'effet
d'anode ».
Les évolutions récentes des technologies de production d'aluminium par
électrolyse
en milieu ignée ont toutefois introduit des contraintes supplémentaires dans
le
contrôle précis de la quantité d'alumine dissoute dans l'électrolyte. D'une
part,
l'augmentation de l'intensité nominale des cuves d'électrolyse utilisant des
anodes
en matériau carboné - par modification ~de cuves existantes ou par le
dëveloppement
de cuves de nouvelle génération pouvant atteindre ou dépasser 500 kA - s'est
accompagné d'une réduction relative importante du volume du bain et une
augmentation relative importante du nombre de doses d'alumine introduites dans
la
cuve. Ces changements ont exacerbé les phénomènes susceptibles de faire varier
rapidement la quantité d'alumine dissoute dans le bain. D'autre part, les
cuves dotées
d'anodes dites inertes, dont le bain peut étre à une température inférieure à
950°C
et/ou dont la concentration d'alumine dissoute peut être supérieure à 3 %,
voire
davantage, sont également sensibles à la précipitation d'alumine. Dans un tel
cas, .les
techniques de régulation basées sur la simple mesure de la résistivité sont
difficilement applicables car la résistivité varie alors peu avec la
concentration en
alumine.
Ces différentes évolutions ont accru l'importance d'un contrôle précis et
fiable de la
quantitë d' alumine dissoute dans le bain. La demanderesse a donc recherché
des
solutions à ces difficultés qui soient économiques et susceptibles d'être
appliquëes à
une échelle industrielle.
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S
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'ëlectrolyte à base de cryolite fondue et contenant de l'alumine
dissoute, notamment selon le procédé Hall-Héroult.
Le procédé de régulation selon l'invention comporte l'ajout d'alumine dans le
bain
d'électrolyte d'une cellule d'électrolyse, et est caractérisé en ce qu'il
comprend
a) la commande de l'ajout d'une quantité déterminée Qo d'alumine dans le bain
;
b) la détermination de la valeur d'un indicateur A de la quantité Q d'alumine
qui se
dissout rapidement dans le bain ;
c) la détermination de la quantité ~Q d'alumine qui ne se dissout pas
rapidement
dans le bain ;
d) l'ajustement d'au moins un moyen de réglage et/ou d'au moins une opération
de
pilotage, et/ou au moins une intervention sur la cellule, en fonction de la
valeur
obtenue pour la quantité ~Q, de façon à la maintenir ou à la ramener à une
valeur
inférieure à une valeur de référence S.
L'alumine est typiquement introduite sous forme de doses de quantité Qo
connue,
délivrées selon une période P par un dispositif automatique ou doseur.
L'indicateur A est avantageusement déterminé à partir d'une mesure électrique
sur la
cellule d'électrolyse qui est apte à détecter les variations des
caractéristiques
électriques du bain provoquées par la fraction de l'alumine ajoutée qui est
mise en
solution dans le bain.
La demanderesse a noté que, de façon surprenante, les ajouts d'alumine
produisaient
une variation de la tension, sur une échelle de temps de l'ordre de quelques
secondes,
qui est attribuable à la cinétique de dissolution. Elle a également réalisé
l'importance
de la prise en compte des régimes, de dissolution de l' alumine, et notamment
des
régimes de dissolution rapide et lente.
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Le régime de dissolution rapide correspond typiquement aux grains d'alumine
qui
éclatent en entrant dans le bain (sous l'effet de la forte température et de
l'évaporation de l'eau liée chimiquement à l'alumine), dispersant de fines
particules
d'alumine qui passent immédiatement en suspension dans le bain et de ce fait
se
dissolvent rapidement dans celui-ci, dans un délai typique de quelques
secondes,
c'est-à-dire inférieur au temps P marquant l'arrivée de la dose suivante.
Le régime de dissolution lente correspond typiquement aux grains d'alumine
qui,
lorsqu'ils pénètrent dans le bain, s'agglomèrent en solidifiant le bain
alentour,
formant une masse solide plus dense que le bain et l'aluminium, qui vient se
déposer
et s'accumuler sur le fond du creuset. L'alumine ainsi prisonnière ne peut
ensuite se
dissoudre dans le bain que très lentement et très progressivement sur une
longue
période de temps, typiquement de plusieurs heures voire de plusieurs jours.
L'indicateur A peut éventuellement être déterminé, en tout ou partie, par
échantillonnage ou à l'aide de sondes, typiquement des sondes chimiques,
physiques
ou physico-chimiques, telles que des sondes optiques (Raman ou autre).
La quantité Q d'alumine qui se dissout rapidement dans le bain peut être
déterminée
par étalonnage dudit indicateur A, typiquement à l'aide d'une modélisation
et/ou de
mesures statistiques sur des cellules du même type fonctionnant dans des
conditions
comparables.
La détermination de la quantité 0Q d' alumine qui ne se dissout pas rapidement
dans
le bain est typiquement effectuée par soustraction des quantités Qo et Q,
c'est-à-dire
OQ = Qo - Q. Ce mode de calcul peut être appliqué dans le cas où l'alumine est
injectée par doses de quantités Qo connues. La quantité OQ peut, dans certains
cas,
être déterminée par des méthodes plus élaborées, telles que par calcul
intégral
numérique, qui tiennent compte, par exemple, des effets thermiques introduits
par les
ajouts d'alumine, de la position des points de mesure ou de prélèvement, ou
d'autres
facteurs influant sur cette grandeur.
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Lesdites modifications d'au moins un moyen de réglage de la cellule et/ou d'au
moins une opération de pilotage peuvent avantageusement être combinées. .
Figures
La figure 1 représente, en coupe transversale, une cellule d'électrolyse
typique
utilisant des anodes précuites en matériau carboné.
La figure 2 illustre une méthode de mesure de la tension sur une cuve
d'électrolyse.
La figure 3 illustre une méthode de détermination de la résistance. électrique
spécifique de la cèllule d' électrolyse.
La figure 4 montre des signaux de tension mesurés sur une cellule
d'électrolyse. .
Description détaillée de l'invention
Tel qu'illustré à la figure l, une cellule d'électrolyse (1) pour la
production
d'aluminium par le procédé d'électrolyse Hall-Héroult 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 (l 1). Les moyens de
support
et de fixation comprennent typiquement au moins une tige (9). La cuve (20)
comprend un caisson (2) en acier, des éléments de revêtement intérieur (4, 4a)
et des
éléments cathodiques (5, 6). Les ëléments de revêtement intérieur (4, 4a) sont
généralement des blocs en matériaux rëfractaires, qui peuvent être des ,
isolants
thermiques. Les éléments cathodiques (5, 6) comprennent des barres de
raccordement (ou barre cathodique) (6) auxquelles sont fixés les conducteurs
électriques servant à l'acheminement du courant d'électrolyse.
Les éléments de revêtement (4, 4a) et les éléments cathodiques (5, 6) forment,
à
l'intërieur de la cuve, un creuset apte à contenir le bain d'électrolyte (13)
et une nappe
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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
(ou croûte)
d'alumine (14) recouvre le bain d'électrolyte. Dans certaines modes de
fonctionnement, les parois latérales internes (3) peuvent être recouvertes
d'une
couche de bain solidifié (15).
Le courant d'électrolyse transite dans le bain d'électrolyte (13) par
l'intermédiaire du
cadre anodique (10), des moyens de support et de fixation (8, 9), des anodes
(7) et
des éléments cathodiques (5, 6). Les éléments cathodiques comprennent
généralement au moins une barre cathodique (6) en métal (typiquement en acier
dans
le cas des cuves traditionnelles).
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 aj
outs
d'alumine dans le bain liquide (13), est en général régulëe indépendamment.
Les
moyens d'alimentâtion (11) incluent typiquement des piqueurs-doseurs (19)
aptes à
percer la croûte d'alumine (14) et à introduire une dose d'alumine dans
l'ouverture
(19a) formée dans la croûte d'alumine par le perçage.
L'aluminium métal qui est produit au cours de l'électrolyse s'accumule
normalement
au fond de la cuve et il s'établit une interface assez nette entre le métal
liquide (12) et
le bain à base 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 cuve et elle s'abaisse lorsque du métal liquide est extrait de la
cuve.
Plusieurs cellules d'électrolyse sont généralement disposées en ligne, dans
des
bâtiments appelés halls d'électrolyse, et raccordées électriquement en sërie à
l'aide de
conducteurs de liaison. Plus précisément, les barres cathodiques (6) d'une
cuve dite
« amont » sont raccordées électriquement aux anodes (7) d'une cuve dite « aval
»,
typiquement par l'intermédiaire de conducteurs de liaison (16, 17, 18) et des
moyens
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de supports (8, 9, 10) des anodes (7). 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.
La plupart de ces éléments, au moins dans leur fonction, peuvent se retrouver
sur les
cuves d'électrolyse utilisant des anodes non-consommables, dites « inertes ».
En
production celles-ci dégageront de l'oxygène au lieu du gaz carbonique qui est
normalement dégagé par les anodes en matériau carboné. _
Selon l'invention, le 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), au moins une anode (7), au moins un élément cathodique (5, 6), ladite
cuve (20)
comportant des parois latérales internes (3) et étant apte à contenir un bain
d'électrolyte lïquide (13), ladite cellule (1) comprenant en outre au moins un
moyen
de réglage de ladite cellule (typiquement un cadre anodique mobile . ( 10)
auquel est
fixée ladite au moins une anode (7)), ladite cellule (1) étant apte à faire
circuler un
courant dit d'électrolyse dans ledit bain, ledit courant ayant une intensité
I,
l'aluminium produit par ladite réduction formant ëventuellement une nappe dite
« nappe de métal liquide » (12) sur le ou les éléments cathodiques (5, 6),
comprend
l'ajout d'alumine dans ledit bain et est caractérisë en ce qu'il comprend
a) la commande de l'ajout d'une quantité déterminée Qo d'alumine dans le
bain (13) ;
b) la détermination de la valeur d'un indicateur A de la quantité Q d'alumine
ajoutëe
qui se dissout rapidement dans le bain (13) ;
c) la détermination de la quantité 0Q d'alumine ajoutée qui ne se dissout pas
rapidement dans le bain (13) ;
d) l'ajustement d'au moins un moyen de réglage etlou d'au moins une opération
de
pilotage, et/ou au moins une intervention sur la cellule, en fonction de la
valeur
obtenue pour la quantité 4Q, de façon à la maintenir ou à la ramener à une
valeur
inférieure à une valeur de rëféxence S.
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La quantité Q d' alumine qui se dissout rapidement dans le bain (régime de
dissolution rapide) correspond à la fraction d'alumine qui se dissout dans un
délai qui .
est typiquement de l'ordre de quelques secondes à quelques dizaines de
secondes. La
quantité d'alumine 0Q qui ne se dissout pas rapidement dans le bain (régime de
5 dissolution lente) correspond à la fraction d'alumine qui se dissout dans un
délai qui
est typiquement de l'ordre de plusieurs heures à plusieurs jours. Afin de
simplifier le
procédé de régulation selon l'invention, il est possible de fixer un seuil de
temps
unique T entre les régimes rapide et lents. Selon cette variante simplifiée,
la quantité
Q correspond à la fraction d'alumine qui se dissout dans un délai inférieur ou
égal à
10 un seuil de temps déterminë T et la quantité ~Q correspond à la fraction
.d'alumine
qui se dissout dans un délai supérieur au seuil T. Le seuil de temps T est
typiquement
compris entre 100 et 1000 secondes.
La quantité OQ peut être utilisée comme indicateur de l'efficacitë de
dissolution de
l'alumine ajoutée. Cette quantité peut être exprimée en valeur relative, par
exemple
OQ/Qo ou (Qo - ~Q)/Qo = Q/Qo.
La quantité Qo correspond à un débit, qui peut être continu ou discontinu.
Elle est
typiquement exprimée sous forme de doses par unité de temps, typiquement des
doses de l'ordre de 1 kg.
Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, ledit indicateur A est
déterminé à partir d'au moins une mesure électrique sur la cellule
d'électrolyse (1)
qui est apte à détecter les variations des caractéristiques électriques du
bain (13)
provoquées par la fraction de l'alumine ajoutée qui est mise en solution dans
le bain.
En particulier, l'indicateur A peut être déterminé à partir d'une analyse
d'une tension
U et/ou d'une intensité I mesurées) sur la cellule (1), éventuellement
exprimées sous
la forme d'une résistance R.
La tension U est avantageusement mesurée entre un collecteur (17) et une
montée
(16), de préférence dans la partie basse (16a) de la dite montée (tel
qu'illustré à la.
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figure 2), ce qui permet notamment de limiter le câblage (22) et de faciliter
l'accès
aux points de mesure de la tension (24, 25).
L'analyse de la tension U et/ou du courant I, ou éventuellement de la
résistance R,
peut étre effectuée par traitement du signal. Les méthodes connues du
traitement du
signal peuvent être utilisées pour cette analyse, telles que l'analyse
spectrale ou
l'analyse temporelle (par exemple, par décomposition en ondelettes ou paquets
d'ondelettes, par analyse temps-fréquence ou par analyse synchrone de
plusieurs
signaux (éventuellement mesurés à plusieurs endroits de la cellule)). Le
signal peut
être traité en relation avec des informations connues par ailleurs, telles que
les ordres
d' aj out d' alumine, afin d' ëtablir des corrélations et, éventuellement, de
déterminer
des fonctions de transfert. Ces donnëes peuvent également être traitées de
manière
statistique. Par exemple, des signaux de tension marqués par des sauts
provenant des
ajouts de doses d'alumine peuvent être analysés dans leur forme ,par
traitement du
signal et dans leur nombre par traitement statistique.
L'indicateur A peut également être déterminé à partir d'une mesure électrique
active,
telle qu'une mesure de la résistivité du bain (13), qui peut - dans certaines
conditions
- être effectuée par déplacement des anodes (7) par rapport aux éléments
cathodiques (5, 6). Par exemple, l'indicateur A peut être donné par une
variation
d'une résistance spécifique ORS, qui peut être déterminée par un procédé de
mesure
comprenant
- la détermination d'au moins une première valeur Il pour ladite intensité I
et d'au
moins une première valeur Ul pour la chute de tension U aux bornes de ladite
cellule
(1) ;
- le calcul d'une~première résistance Rl à partir d'au moins lesdites valeurs
Il et U1 ;
- le déplacement du cadre anodique (10) d'une distance déterminée ~H, à partir
d'une
position dite initiale, soit vers le haut (0H étant alors positif), soit vers
le bas (OH
étant alors négatif) ;
- la détermination d'au moins une deuxième valeur I2 pour ladite intensité I
et d'au
moins une deuxième valeur U2 pour la chute de tension U aux bornes de ladite
cellule ( 1 ) ;
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- le calcul d'une deuxième résistance R2 à partir d'au moins lesdites valeurs
I2 et
U2;
- le calcul d'une variation de résistance ~R en utilisant la formule 0R = R2 -
R1 ;
- le calcul de ladite variation de la résistance spécifique ORS en utilisant
la
formule ORS = ~R / OH.
Ire préférence, le procédé de mesure comprend en outre (au moins après la
détermination des valeurs de I1, I2, U1 et U2) le déplacement du cadre
anodique (10)
de façon à le ramener à sa position initiale et à retrouver le réglage initial
de la
cellule.
Lesdites première et deuxième résistance (Rl et R2) peuvent être calculées en
utilisant lâ formule R = (U - Uo) / I; où Uo est une constante typiquement
comprise
entre 1,6 et 2,0 V. Par exemple Rl et R2 peuvent être données par Rl = (Ul -
Uo) /
I1 et R2 = (U2 - Uo) / I2. Selon une variante de l'invention, Rl et R2 peuvent
être
données par une valeur moyenne obtenue à partir d'un nombre déterminé de
valeurs
de la tension U et de l'intensité I.
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
~H qui en résulte.
Comme le montre la figure 3, la résistance R est typiquement mesurée à l'aide
de
moyens (23) pour mesurer l'intensité I du courant circulant dans la cellule et
de
moyens (21, 22) pour mesurer la chute de tension U qui en résulte aux bornes
de la
cellule (typiquement la chute de tension qui en résulte entre le cadre
anodique et les
éléments cathodiques de la cellule). Ladite résistance R est généralement
calculée à
l'aide de la relation : R = (U - Uo) l I, où Uo est une constante.
Ces mesures de résistances spécifiques SRS peuvent être effectuées à
intervalles
réguliers (par exemple toutes les 20 minutes) et exploitées de manière
statistique.
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Typiquement, le moyen (21) est un voltmètre, le moyen (22) est un conducteur
électrique, tel qu'un câble ou un fil électrique, et le moyen (23) est un
ampèremètre.
La détermination dudit indicateur A par des mesures électriques présente
l'avantage
d'être économique et automatisable.
La demanderesse a également eu l'idée que le caractère localisë de la
dissolution de
l'alumine pouvait être mis en évidence par des mesures électriques séparées
sur la
cellule, c'est-à dire des mesures électriques en au moins deux endroits
différents de
la cellule. Typiquement, les mesures de tension pourraient être prises . entre
différentes montées (16) et différentes barres cathodiques (6),
avantageusement à.
proximité des points d'alimentation en alumine (19a) (par exemple, près des
piqueurs-doseurs lorsque ce mode d'introduction de l'alumine est utilisé).
Lesdits ajustement, opération de pilotage et intervention sur la cellule
peuvent être
des actions à court, moyen et long termes.
Ledit ajustement d'au moins un moyen de réglage de la cellule comprend
typiquement au moins une modification de la quantité Qo, c'est-à-dire du débit
d'alimentation de la cellule en alumine. Par exemple, la quantité Qo peut être
ajustée
par une modification de la vitesse d'alimentation (c'est-à-dire par une
modification
du nombre de doses d'alumine par unité de temps) et/ou par une modification de
la
dose ajoutée (c'est-à-dire de la quantité d'alumine contenue dans chaque
dose). Ces
ajustements ont un effet qui est généralement à court terme.
Ledit ajustement peut également comprendre au moins une modification de la
position des anodes (7), par exemple par une modification de la position d'un
cadre
anodique mobile (10), soit vers le haut, soit vers le bas, de manière à
modifier la
distance entre les anodes (7) et les élëments cathodiques (5, 6), et plus
précisément la
distance anode/métal (DAM) lorsque le métal liquide forme une nappe (12) sous
les
anodes. Cet ajustement, de nature thermique, a un effet qui est généralement à
moyen
terme.
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Ladite au moins une opération de pilotage comprend par exemple l'ajout d'une
quantité déterminée d'A1F3 dans ledit bain d'électrolyte (13). Cette opération
a un
effet qui est généralement à long terme.
Ladite au moins une intervention peut comprendre un déplacement rapide des
anodes
(7) apte à modifier les conditions d'interface entre les anodes .et le bain
et/ou à
éliminer les bulles de gaz éventuellement présentes sous la surface des
anodes.
La valeur de référence S est normalement une valeur très faible, de manière à
fai~°e
tendre OQ vers zéro.
La ou les anodes (7) peuvent être des anodes en matériau carboné ou des anodes
non-
consommables. Les anodes non-consommables peuvent comprendre un matériau
mëtallique, un matériau revêtu ou un cermet (c'est-à-dire un composite
céramique-
métal).
Essai
Un essai a ëté réalisé sur une cuve prototype munie d'anodes en matériau
carboné
dont l'intensité était de l'ordre de 480 kA. Cette cuve était munie de
piqueurs-
doseurs capables de percer la croûte d'alumine et d'injecter une dose
déterminée de 1
kg d' alumine dans l' ouverture formée par perçage.
Des points de mesure de la tension (24, 25) entre certaines anodes et
certaines barres
cathodiques ont été fixés sur cette cuve, tel qu'illustré schématiquement à la
figure 2.
La tension a été enregistrée en cours d'électrolyse sur une période de 1 mois
environ.
Cette tension prësentait des fluctuations temporelles de l'ordre de 10 à 20
mV. Une
analyse de ce signal par traitement numérique a mis en ëvidence des
décrochements
de tension de (ordre de quelques mV à quelques dizaines de mV qui sont
attribuables
aux ajouts des doses d'alumine par les piqueurs-doseurs (voir la figure 4 qui
donne
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un exemple de tension U mesurée en fonction du temps t). Ces décrochements
présentaient également une amplitude et une forme attribuables, au moins en
partie, à
cinétique de mise en solution de l'alumine. La demanderesse a eu l'idée
d'utiliser ces
décrochements comme indicateurs de la quantité d'alumine qui se dissout dans
le
5 bain.
Liste des références
(1) cellule d'électrolyse
10 (2) caisson
(3) paroi latérale interne
(4) (4a) ëléments de revêtement intérieur
(5) ëlément cathodique
(6) barre de raccordement ou barre cathodique
15 (7) anode
(8) moyen de support d'une anode
(9) moyen de support et de fixation d'une anode, dite tige
(10) cadre anodique
( 11 ) moyen d' alimentation en alumine
(12) nappe de métal liquide
(13) bain d'électrolyte
(14) couverture (ou croûte) d'alumine
(15) couche de bain solidifié
(16) conducteur de liaison (montëe)
(16a) partie basse d'une montée
(17) conducteur de liaison (collecteur)
(18) conducteur de liaison
(19) piqueur-doseur
(19a) point d'alimentation en alumine
(20) cuve
(21, 22) moyens pour mesurer une tension
(23) moyen pour mesurer une intensité
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(24) (25) points de mesure d'une tension électrique
