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WO2018137025A1 - Device for supplying alumina to an electrolytic cell - Google Patents

Device for supplying alumina to an electrolytic cell Download PDF

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Publication number
WO2018137025A1
WO2018137025A1 PCT/CA2018/050070 CA2018050070W WO2018137025A1 WO 2018137025 A1 WO2018137025 A1 WO 2018137025A1 CA 2018050070 W CA2018050070 W CA 2018050070W WO 2018137025 A1 WO2018137025 A1 WO 2018137025A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
opening
alumina
tubular sheath
feed
gases
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/CA2018/050070
Other languages
French (fr)
Inventor
Steeve RENAUDIER
Sébastien BECASSE
Frédéric BRUN
Patrice Cote
Jean-Pierre FIGUE
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rio Tinto Alcan International Ltd
Original Assignee
Rio Tinto Alcan International Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Rio Tinto Alcan International Ltd filed Critical Rio Tinto Alcan International Ltd
Priority to EP18745069.7A priority Critical patent/EP3580373B1/en
Priority to DKPA201970524A priority patent/DK201970524A1/en
Priority to AU2018213430A priority patent/AU2018213430B2/en
Priority to CA3051784A priority patent/CA3051784A1/en
Priority to CN201880008337.3A priority patent/CN110225999B/en
Priority to SI201830630T priority patent/SI3580373T1/en
Priority to EA201991764A priority patent/EA037235B1/en
Publication of WO2018137025A1 publication Critical patent/WO2018137025A1/en
Priority to ZA2019/04582A priority patent/ZA201904582B/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • C25C3/14—Devices for feeding or crust breaking
    • 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
    • C25C3/22—Collecting emitted gases

Definitions

  • the present invention relates to the general technical field of the production of aluminum by electrolysis in an electrolysis cell containing a cryolite-based electrolyte bath, and more specifically an alumina supply device for this electrolytic cell.
  • This alumina supply device may be mounted on a pre-anode electrolysis cell, or on a continuous anode electrolytic cell called Söderberg.
  • Aluminum is essentially produced by electrolysis of alumina dissolved in an electrolyte bath.
  • electrolytic cell composed of a steel box open at its upper part, and whose interior is covered with refractory material, a cathode surmounted by one (or more) anode (s), the anode being immersed in the electrolyte bath heated to a temperature between 930 and 980 ° C.
  • the application of an electric current between the anode and the cathode makes it possible to initiate the electrolysis reaction.
  • the anode is consumed progressively during the electrolysis reaction. Once the anode has been used, it is replaced by a new anode.
  • a solidified crust of alumina and fixed electrolyte is formed on the surface of the electrolyte bath.
  • the formation of this crust thermally isolates the electrolyte bath and confines a portion of the pollutant gases generated by the electrolysis reaction.
  • the production of aluminum by electrolysis causes a permanent change in the composition of the electrolyte bath, and in particular the alumina content of the electrolyte bath because the alumina is consumed by the electrolysis reaction to form aluminum.
  • the electrolysis reaction also causes the formation of gas at the interface between the anode and the cathode, for example carbon dioxide.
  • an electrolysis cell is generally equipped with alumina feeders consisting of drilling devices for forming holes by piercing the crust, and metering devices for adding alumina in form. powder through said holes.
  • Each piercing device generally comprises a jack and a piercing member (known by the names of "plunger” or “chisel”) attached to the end of a rod of the jack.
  • the piercing member is lowered by activation of the jack to break the crust extending over the electrolyte bath.
  • Each metering device typically comprises a metering device for regulating the flow rate of alumina to be introduced into the electrolyte bath from a hopper and a feed chute making it possible to direct by gravitational flow the alumina coming out of the metering device towards the hole formed in the crust by the piercing device.
  • Drilling and dosing devices require relatively frequent servicing and maintenance due to the abrasive nature of the alumina and extreme chemical and thermal conditions in the electrolytic cell.
  • Document FR 2 527 647 discloses a removable alumina feed device comprising a piercing device and a metering device arranged above the electrolyte bath in the ceiling of a superstructure carried by the box.
  • the piercing device and the metering device are arranged side by side, without touching each other, and can therefore be removed from the tank by vertical extraction independently of one another, that is to say without intervention on the other device, either in the tank or above the tank.
  • Alumina feeders are typically arranged at regular intervals along a central corridor between two rows of anodes.
  • the anodes are covered with a powdery blanket product, typically based on cryolite and alumina to minimize heat loss from the electrolyte bath to the interior of the tank.
  • the combustion of the carbon-based anodes above the electrolyte bath is also minimized. Crumblings of the powdery cover product occur episodically in the holes formed by the piercing devices. These collapses cause the formation of agglomerates on the surface of the cathode, which decreases the overall conductivity of the cathode.
  • the holes drilled in the crust by the piercing devices form outlets for the gases generated during the electrolysis reaction and trapped under the crust. Also, the exhaust flow of these gases is important at the holes in the crust and causes a partial flight of the alumina flowing by gravity from the feed troughs into the holes.
  • the alumina used for the production of aluminum is indeed in the form of very fine particles and light, easily volatile. Part of the alumina leaving the dispenser is not introduced into the electrolyte bath but is dispersed in the electrolytic cell, typically on the covering product covering the anodes. These uncontrolled voltages also disrupt the system for regulating the feed of the alumina tanks, resulting in a degradation of the reaction yields of the electrolytic cell.
  • alumina feed control systems favor a quasi-continuous supply of alumina, that is to say by means of a quasi-continuous flow of alumina. , rather than by packets of alumina introduced periodically.
  • a quasi-continuous alumina feeder is known from WO93 / 14248. The issue related to the flights is then amplified because a net of alumina or isolated grains of alumina are more strongly subject to flight than a packet of alumina.
  • Publication CN102628170 discloses a piercing device comprising a sleeve embedded in the powdery covering product and through which the piercing member moves.
  • the sheath prevents collapse of the cover material in the hole formed in the crust by the piercing member.
  • the metering device and the piercing device are contiguous and, more particularly, the duct between the alumina hopper and the sleeve in which the alumina flows by gravity has no openings. Such a configuration prevents the flight of alumina between the metering device and the sleeve but makes the maintenance and maintenance operations very complex.
  • An object of the present invention is to provide an alumina feed device for reliably controlling the amount of alumina introduced into the electrolyte bath and which is easy to maintain and simple design.
  • the invention proposes a device for supplying alumina to an electrolysis cell for the production of aluminum, comprising a piercing device comprising: - A piercing member for drilling a hole in a crust of alumina and fixed electrolyte forming over an electrolyte bath; - A tubular sleeve surrounding the piercing member, the tubular sheath having a lower opening and a first gas discharge opening for discharging gas entering the tubular sheath through the lower opening; a supply duct for the introduction of alumina into the tubular sheath having a second alumina introduction opening and an opening opening into the tubular sheath; characterized in that the tubular sheath and the supply duct are configured so that more than 90% of the gases entering the tubular sheath through the lower opening exit the tubular sheath through the first gas discharge opening.
  • the tubular sheath and the supply duct are configured so that more than 95%, and preferably more than 98%, of gases entering the tubular sheath through the lower opening out of the tubular sheath by the first opening exhaust gas.
  • the tubular sheath and the supply duct are more particularly designed, dimensioned and arranged in such a way that the pressure drops in the path of the gases from the lower opening to the first gas evacuation opening compared to the losses.
  • charge in the gas path from the lower opening to the second alumina feed opening results in more than 90%, preferably more than 95%, and preferably more than 98%, of the gases. penetrating the tubular sheath through the lower opening out of the tubular sheath by the first gas evacuation opening.
  • first upper opening all openings in the tubular sleeve capable of evacuation of gases and not used for the introduction of alumina.
  • the section of the first upper opening may therefore correspond to the sum of the sections of a plurality of openings; - "section” means the section taken perpendicular to the axis of flow of gases at that point.
  • the pressure losses are in particular minimized in the gas path from the lower opening to the first gas discharge opening, for example by forming a first opening of large section, by arranging the first opening so that the length of the gas path from the bottom opening is minimized and not forming a bend constraining the gas flow from the lower opening to the first gas discharge opening.
  • pressure losses can be induced in the path of the gases from the lower opening to the second alumina introduction opening, for example by forming a section restriction in the supply duct, using a long-length feed conduit and forming a bend constraining the gas flow from the lower opening to the second alumina feed opening.
  • the first gas discharge opening has a section greater than or equal to 0.5 times the section of the lower opening.
  • the gases generated by the electrolysis reaction flow vertically from the lower opening in the tubular sheath, of substantially constant horizontal section and identical to the section of the lower opening, to the outside of the tubular sheath through the gas discharge opening without encountering significant shrinkage.
  • the gases are no longer constrained by walls other than those remote from the electrolysis cell.
  • the supply duct comprises in at least one point a section less than one third of the section of the first opening.
  • Such a constriction greatly increases the pressure losses of a gas flow in the duct relative to the pressure losses of a gas flow to the first opening and therefore limits the flow of gases in the duct.
  • the supply duct comprises over a portion of a section less than one third of the section of the first opening.
  • the flow of gases in the duct is even more limited.
  • the section of the duct is preferably dimensioned as close to the section necessary for the flow of alumina through the duct without creating clogging.
  • the supply duct comprises a bent portion. This bent portion increases the pressure losses associated with a gas flow in the supply duct.
  • the supply duct extends vertically against the tubular sheath over at least the major part of the length of the supply duct.
  • the entire tubular sheath - feed duct is more compact, so easy to remove the tank by vertical extraction.
  • the bulk in the tank is reduced, as well as the risk of shocks and deterioration of the supply duct during an anode change or tank operation.
  • Such a configuration also makes it possible to bring the opening of the supply duct opening into the tubular sheath closer to the lower opening, and thus to limit the distance over which the alumina particles are subjected to ascending streaks resulting from the upward gas flow in the tubular sheath.
  • the supply duct extends vertically over at least most of its length allows a large gravitational acceleration of the alumina particles in the supply duct.
  • the velocity reached by the alumina particles at the orifice opening into the tubular sheath allows the alumina particles to reach the lower opening and the surface of the electrolyte bath without being driven by the upward gas flow. in the tubular sheath.
  • This configuration therefore very strongly limits the flight of alumina particles in the flow of the tank gases to the discharge opening of the tank gases.
  • the orifice of the supply duct opens into the tubular sheath at a lower height than the upper level of the cover product, so close to the lower opening.
  • the second alumina introduction opening is open on the inside of the tank at a height greater than the upper level of the cover product, and preferably at a height greater than the upper level of the first opening.
  • the length of the supply duct is therefore large, which induces high pressure losses for a gas flow through the supply duct. The evacuation of gases is thus naturally done via the first gas evacuation opening.
  • the supply duct extends vertically against the tubular sheath, the space induced in the electrolysis tank by the supply duct is minimized, despite its length.
  • the supply duct is formed in part by a wall of the tubular sheath. The size and weight of the alumina feed device is thus further reduced.
  • the first gas evacuation opening is formed in the tubular sheath at a height greater than the height of the orifice of the supply duct opening into the tubular sheath. This avoids a flight of alumina particles in the flow of the tank gas to the vessel gas evacuation opening by simple deviation of the path of the alumina particles during their downward trajectory. Furthermore, any introduction of cover material into the tubular sheath is avoided due to the positioning of the first gas discharge opening well above the upper level of the cover product.
  • the orifice of the supply duct opening into the tubular sheath and the first gas evacuation opening are formed on either side of the axis of displacement of the piercing member. The distance between the orifice and the first opening is thus maximized and the flights minimized.
  • the first gas discharge opening is formed in the tubular sheath at the lower end of the piercing member when the piercing member is in the up position, or at rest.
  • the first gas discharge opening also allows ventilation and therefore a natural cooling of the piercing member.
  • the use of a tubular sleeve around the piercing member increases its overall temperature and such natural cooling is advantageous to avoid degradation of the piercing device and in particular the cylinder moving the piercing member.
  • the alumina feed device comprises a metering device comprising an alumina spill opening which is remote from the second alumina introduction opening. Since the alumina spill opening of the metering device does not touch the alumina feed opening of the piercing device, the metering device does not need to be electrically insulated from the piercing device. inside the tank.
  • the metering device alternatively the piercing device, can also be removed from the tank without intervention in the tank to detach the metering device from the piercing device.
  • the alumina spill opening may remain remote from the second alumina feed opening because the gas flow exiting through the second alumina feed opening of the piercing device is very small and does not disturb the flow of alumina from the alumina pour opening to the second alumina feed opening, i.e. it does not cause flight and uncontrolled dispersion of alumina in the tank.
  • the metering device comprises a metering device and a feed chute making it possible to direct the alumina by gravitational flow from the alumina spill opening into the second opening opening. alumina.
  • the feed chute is configured such that the gravitational flow of alumina exiting the alumina spill opening includes a horizontal directional component.
  • the feed chute may for example comprise an inclined discharge ramp.
  • the metering device and the piercing device can therefore advantageously be arranged side by side without any part of the metering device and the piercing device being superimposed in the tank.
  • the metering device and the piercing device can therefore be removed from the tank by vertical extraction independently of one another, that is to say without intervention on the other device, whether in the tank. or above the tank.
  • the feed chute may in particular be of the type known from patent document WO93 / 14248 which delivers a thin stream of quasi-continuous alumina from sequential doses delivered by the metering device.
  • a deflection plate is arranged above the second alumina introduction opening opposite the discharge opening of the alumina. This makes it possible to counteract the horizontal directional component imposed on the alumina by the chute and good reception of the alumina in the second alumina introduction opening. The size of the second alumina introduction opening and the overall size of the stitching device can thus be minimized.
  • the invention also relates to an electrolytic cell comprising anodes partially immersed in an electrolyte bath, the covering product covering the anodes and the electrolyte bath, characterized in that the vessel comprises an alumina feed device. as defined above and in that a lower portion of the tubular sheath is introduced into the cover product.
  • the orifice of the supply duct opens into the tubular sheath at a height lower than the upper level of the cover product.
  • the distance over which the alumina particles are subjected to upward stresses resulting from the upward gas flow in the tubular sheath is small.
  • the lower edge of the first gas discharge opening extends between 5 and 30 cm above the upper level of the cover product. This positioning is advantageous because the cover product can thus not penetrate into the tubular sheath and thus the electrolyte bath via this first gas evacuation opening, and the distance between the lower opening and the first evacuation opening. gas is minimized.
  • FIG. 1 is a schematic sectional view of an electrolytic cell comprising an alumina feed device according to the invention.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of a portion of a piercing device according to the invention.
  • An example of an electrolysis cell including one or more alumina feeders for forming a hole in a crust of alumina and solidified bath and feeding the alumina tank will now be described.
  • FIG. 1 an example of an electrolytic cell according to the invention is illustrated.
  • the electrolysis tank 100 comprises a cathode 1 on which an aluminum sheet 2 is deposited as the electrolysis reaction progresses.
  • the aluminum sheet 2 is covered by an electrolyte bath 3 in which are dipped anodes 4.
  • a crust 5 of alumina and solidified bath is formed on the surface of the electrolyte bath 3 and the cover product 6 is deposited on the anodes 4 and the crust 5.
  • the electrolytic cell 100 is equipped with an alumina supply device 10 according to the invention comprising a piercing device 20 and a metering device 40.
  • the piercing device 20 and the metering device 40 are arranged in part. inside the tank 100, under the ceiling 7 tank.
  • the piercing device 20 comprises a jack 21, comprising a jack body 21a and a rod 21b, at the end of which extends a piercing member 22.
  • the piercing member 22 is periodically lowered by activation of the jack 21 to break the piercing. crust 5.
  • the piercing device 20 also comprises a tubular sleeve 23 extending vertically surrounding the piercing member 22 along its displacement.
  • the tubular sleeve 23 has a lower portion inserted and embedded in the cover product 6 and an upper portion extending above the cover product.
  • the piercing member 22 partially leaves the tubular sheath through a lower opening 24 to strike and pierce the crust.
  • Figure 2 shows in particular in solid lines the piercing member 22 in the upper position and in broken lines the same piercing member 22 in the low position.
  • the lower portion has no direct opening on the inside of the tank and prevents sagging of the roofing product in the hole formed in the crust by the piercing member 22.
  • the upper portion has a first opening 25 of evacuation of gases resulting from the electrolysis process.
  • the piercing device 20 further comprises an alumina feed duct 26 having a second opening 27 for introducing alumina and an orifice 28 opening into the tubular sheath 23.
  • the metering device 40 has an alumina spill opening 41 which is remote from the second alumina introduction opening 27.
  • the metering device 40 comprises a metering device 42 and a feed chute 43, the alumina discharge opening 41 corresponding to a free open end of the feed chute 43.
  • tubular sheath 23 and the supply duct 26 are configured so that more than 90% of the gases entering the tubular sheath 23 through the lower opening 24 out of the tubular sheath 23 by the first opening 25 gas evacuation, alumina flights are drastically reduced or completely stopped, during a spill of alumina in the second opening 27 of alumina introduction by means of a dosing device 40 disposed remote and without contact with the piercing device.
  • the tubular sheath and the supply duct are configured so that more than 95%, and preferably more than 98% of the gases entering the tubular sheath through the lower opening out of the tubular sheath by the first evacuation opening.
  • the pressure drops are in particular minimized in the path of a gas flow from the lower opening 24 to the first gas discharge opening 25 and maximized in the path of a gas flow from the lower opening 24 until the second opening 27 for introducing alumina.
  • the particularly advantageous embodiment shown in FIGS. 1 and 2 shows, by way of nonlimiting example, several means of achieving this ratio of pressure drop. According to the invention, these means can be used jointly or not.
  • the first gas discharge opening 25 is directly open in the tubular sheath and has a large section, typically greater than or equal to 0.5 times the section of the lower opening.
  • the lower edge of the first gas discharge opening extends between 5 and 30 cm above the upper level of the cover product 6.
  • the supply conduit 26 is bent.
  • the supply conduit 26 is of great length and has a small section, typically a section less than one third of the section of the lower opening.
  • a punctual narrowing in the supply duct, for example at the orifice 28 opening into the tubular sheath 23 also generates high pressure losses.
  • the supply conduit 26 extends vertically over a major part of its length against the tubular sleeve 23. This allows the alumina to reach a high speed at the time of opening into the tubular sheath 23. Also, the bulk of the piercing device is minimized and the orifice 28 of the supply duct 26 can open into the tubular sheath 23 at a height lower than the upper level of the cover product 7, that is to say, very close to the bath of electrolyte 3, while the alumina has been introduced into the supply duct 26 via the second alumina introduction opening 27 which is open on the inside of the tank at a height greater than the upper level of the roofing product. 6, and preferably at a height greater than the upper level of the first gas discharge opening 25.
  • the wall of the tubular sheath 23 may further form a portion of the supply duct.
  • the first gas discharge opening 25 is formed in the tubular sheath 23 at a height greater than the height of the orifice 28 of the supply duct 26 opening into the tubular sleeve 23.
  • the Port 28 of the supply conduit 26 opens out at the lower portion of the tubular sheath 23 while the first gas discharge opening 25 is formed in the upper portion of the tubular sheath.
  • the orifice 28 of the feed duct 26 and the first opening 25 of gas discharge are formed on either side of the axis of displacement of the piercing member.
  • the first gas discharge opening 25 is formed in the tubular sheath 23 at the lower end of the piercing member 22 when the latter is in the up position. This allows a natural air convection cooling of the lower part of the piercing member which comes into contact with the electrolyte bath when the piercing member is lowered.
  • the part of the tubular sheath 23 extending above the first opening 25 for evacuation of the gases can also be heavily perforated to cool the cylinder rod 21b and prevent premature degradation of the cylinder 21.
  • the feed chute 43 enables the alumina to be directed by gravitational flow from the alumina pour opening 41 into the second alumina introduction opening 27.
  • the feed chute 43 may in particular comprise an inclined discharge ramp so that the gravitational flow of the alumina coming out of the alumina spill opening 41 comprises a horizontal directional component.
  • a deflection plate 29 is arranged above the second opening 27 for introducing alumina opposite the opening 41 for pouring alumina. The alumina poured from the feed chute 43 then strikes this deflection plate 29 and enters the supply conduit 26 via the second opening 27 for introducing alumina.
  • the metering device 40 and the piercing device 20 can therefore advantageously be arranged side by side without any part of the metering device 40 and the piercing device 20 being superimposed in the tank.
  • the metering device and the piercing device can therefore be removed from the tank by vertical extraction independently of one another, that is to say without intervention on the other device, whether in the tank. or above the tank.
  • the alumina supply device described above therefore has many advantages, particularly with reference to the operation of an electrolytic cell used for the production of aluminum.

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Abstract

The present invention relates to a device (10) for supplying alumina to an electrolytic cell (100), comprising a boring part (22), a tubular sleeve (23) surrounding the boring part, the sleeve comprising a lower opening and a first gas discharge opening (25), a pipe (26) for feeding alumina into the tubular sleeve (23) comprising a second alumina feeding opening and an orifice in communication with the tubular sleeve, wherein the tubular sleeve (23) and the pipe (26) are arranged so that more than 90% of the gases entering the tubular sleeve (23) via the lower opening (24) leave the tubular sleeve (23) via the first gas discharge opening (25).

Description

DISPOSITIF D’ALIMENTATION EN ALUMINE D’UNE CUVE D’ELECTROLYSEDEVICE FOR ALUMINATING AN ELECTROLYSIS TANK

La présente invention concerne le domaine technique général de la production d'aluminium par électrolyse dans une cuve d’électrolyse contenant un bain d’électrolyte à base de cryolithe, et plus précisément un dispositif d’alimentation en alumine de cette cuve d’électrolyse.The present invention relates to the general technical field of the production of aluminum by electrolysis in an electrolysis cell containing a cryolite-based electrolyte bath, and more specifically an alumina supply device for this electrolytic cell.

Ce dispositif d’alimentation en alumine peut être monté sur une cuve d'électrolyse à anodes précuites, ou sur une cuve d’électrolyse à anodes continues dites Söderberg.This alumina supply device may be mounted on a pre-anode electrolysis cell, or on a continuous anode electrolytic cell called Söderberg.

L'aluminium est essentiellement produit par électrolyse d'alumine dissoute dans un bain d’électrolyte. Actuellement, la production d’aluminium à l’échelle industrielle est mise en œuvre dans une cuve d’électrolyse composée d’un caisson en acier ouvert dans sa partie supérieure, et dont l’intérieur est recouvert de matériau réfractaire, d’une cathode surmontée par une (ou plusieurs) anode(s), l’anode étant plongée dans le bain d’électrolyte porté à une température comprise entre 930 et 980°C. Aluminum is essentially produced by electrolysis of alumina dissolved in an electrolyte bath. Currently, the production of aluminum on an industrial scale is implemented in an electrolytic cell composed of a steel box open at its upper part, and whose interior is covered with refractory material, a cathode surmounted by one (or more) anode (s), the anode being immersed in the electrolyte bath heated to a temperature between 930 and 980 ° C.

L’application d'un courant électrique entre l’anode et la cathode permet d’initier la réaction d’électrolyse. L’anode est consommée progressivement durant la réaction d’électrolyse. Une fois l’anode usée, celle-ci est remplacée par une anode neuve.The application of an electric current between the anode and the cathode makes it possible to initiate the electrolysis reaction. The anode is consumed progressively during the electrolysis reaction. Once the anode has been used, it is replaced by a new anode.

Lors de la production d’aluminium par électrolyse, une croûte solidifiée d'alumine et d'électrolyte figé se forme à la surface du bain d’électrolyte. La formation de cette croûte isole thermiquement le bain d’électrolyte et confine une partie des gaz polluants générés par la réaction d’électrolyse. During the production of aluminum by electrolysis, a solidified crust of alumina and fixed electrolyte is formed on the surface of the electrolyte bath. The formation of this crust thermally isolates the electrolyte bath and confines a portion of the pollutant gases generated by the electrolysis reaction.

Toutefois, la production d’aluminium par électrolyse entraîne une évolution permanente de la composition du bain d’électrolyte, et notamment de la teneur en alumine du bain d’électrolyte du fait que l'alumine est consommée par la réaction d'électrolyse pour former de l’aluminium. La réaction d’électrolyse engendre par ailleurs la formation de gaz à l’interface entre l’anode et la cathode, par exemple du dioxyde de carbone. However, the production of aluminum by electrolysis causes a permanent change in the composition of the electrolyte bath, and in particular the alumina content of the electrolyte bath because the alumina is consumed by the electrolysis reaction to form aluminum. The electrolysis reaction also causes the formation of gas at the interface between the anode and the cathode, for example carbon dioxide.

Il est par conséquent nécessaire d'ajouter régulièrement de l’alumine au bain d’électrolyte afin de stabiliser et réguler les paramètres de fonctionnement de la cuve d’électrolyse.It is therefore necessary to regularly add alumina to the electrolyte bath in order to stabilize and regulate the operating parameters of the electrolytic cell.

C’est pourquoi une cuve d’électrolyse est généralement équipée de dispositifs d’alimentation en alumine constitués de dispositifs de perçage permettant de former des trous par perçage de la croûte, et de dispositifs de dosage permettant d’ajouter de l’alumine sous forme de poudre à travers lesdits trous. This is why an electrolysis cell is generally equipped with alumina feeders consisting of drilling devices for forming holes by piercing the crust, and metering devices for adding alumina in form. powder through said holes.

Chaque dispositif de perçage comporte généralement un vérin et un organe de perçage (connu sous les noms de « plongeur » ou « pointerolle ») fixé à l'extrémité d’une tige du vérin. L’organe de perçage est abaissé par activation du vérin pour briser la croûte s’étendant sur le bain d’électrolyte. Each piercing device generally comprises a jack and a piercing member (known by the names of "plunger" or "chisel") attached to the end of a rod of the jack. The piercing member is lowered by activation of the jack to break the crust extending over the electrolyte bath.

Chaque dispositif de dosage comporte typiquement un doseur permettant de réguler le débit d’alumine à introduire dans le bain d’électrolyte depuis une trémie et une goulotte d’alimentation permettant de diriger par écoulement gravitationnel l’alumine sortant du doseur vers le trou formé dans la croûte par le dispositif de perçage.Each metering device typically comprises a metering device for regulating the flow rate of alumina to be introduced into the electrolyte bath from a hopper and a feed chute making it possible to direct by gravitational flow the alumina coming out of the metering device towards the hole formed in the crust by the piercing device.

Les dispositifs de perçage et de dosage doivent faire l’objet d’opérations d’entretien et de maintenance relativement fréquentes en raison du caractère abrasif de l’alumine et des conditions chimiques et thermiques extrêmes dans la cuve d’électrolyse. Drilling and dosing devices require relatively frequent servicing and maintenance due to the abrasive nature of the alumina and extreme chemical and thermal conditions in the electrolytic cell.

Une accessibilité aisée au dispositif de perçage et au dispositif de dosage est donc recherchée, plus particulièrement sans qu’il soit nécessaire d’intervenir directement dans la cuve, c’est-à-dire sous les capots de confinement, pour effectuer les opérations d’entretien et de maintenance, eu égard aux conditions très difficiles d’intervention dans la cuve résultant du manque d’espace, de la chaleur, des émanations gazeuses, des différences de potentiel électrique et des champs magnétiques élevés qui provoquent des collages des outils. Easy access to the piercing device and the metering device is therefore sought, more particularly without the need to intervene directly in the vessel, that is to say under the containment covers, to carry out the operations of drilling. maintenance and maintenance, given the very difficult conditions of intervention in the tank due to lack of space, heat, gaseous emissions, differences in electrical potential and high magnetic fields that cause collages of tools.

On connaît à cet effet du document FR 2 527 647 un dispositif amovible d’alimentation en alumine comportant un dispositif de perçage et un dispositif de dosage agencé au-dessus du bain d’électrolyte dans le plafond d’une superstructure portée par le caisson. Le dispositif de perçage et le dispositif de dosage sont disposés côte à côte, sans se toucher, et peuvent donc être retirés de la cuve par extraction verticale indépendamment l’un de l’autre, c’est-à-dire sans intervention sur l’autre dispositif, que ce soit dans la cuve ou au-dessus de la cuve. Document FR 2 527 647 discloses a removable alumina feed device comprising a piercing device and a metering device arranged above the electrolyte bath in the ceiling of a superstructure carried by the box. The piercing device and the metering device are arranged side by side, without touching each other, and can therefore be removed from the tank by vertical extraction independently of one another, that is to say without intervention on the other device, either in the tank or above the tank.

Les dispositifs d’alimentation en alumine sont typiquement disposés à intervalles réguliers le long d’un couloir central entre deux rangées d’anodes. Les anodes sont recouvertes avec un produit de couverture pulvérulent, typiquement à base de cryolite et d’alumine afin de minimiser les déperditions de chaleur depuis le bain d’électrolyte vers l’intérieur de la cuve. La combustion des anodes à base de carbone au-dessus du bain d’électrolyte est également ainsi minimisée. Des écroulements du produit de couverture pulvérulent se produisent épisodiquement dans les trous formés par les dispositifs de perçage. Ces écroulements provoquent la formation d’agglomérats sur la surface de la cathode, ce qui diminue la conductivité globale de la cathode. Cette addition non contrôlée de matériau pulvérulent modifie en outre la composition du bain d’électrolyte et perturbe le système de régulation de l’alimentation des cuves en alumine, aboutissant à une dégradation des rendements réactionnels de la cuve d’électrolyse. Ces écroulements peuvent parfois encore provoquer un bouchage du trou d’alimentation en alumine et mettre en défaut le dispositif d’alimentation en alumine. Alumina feeders are typically arranged at regular intervals along a central corridor between two rows of anodes. The anodes are covered with a powdery blanket product, typically based on cryolite and alumina to minimize heat loss from the electrolyte bath to the interior of the tank. The combustion of the carbon-based anodes above the electrolyte bath is also minimized. Crumblings of the powdery cover product occur episodically in the holes formed by the piercing devices. These collapses cause the formation of agglomerates on the surface of the cathode, which decreases the overall conductivity of the cathode. This uncontrolled addition of powder material further modifies the composition of the electrolyte bath and disturbs the alumina tank feed control system, resulting in degradation of the reaction yields of the electrolytic cell. These collapses can sometimes still cause clogging of the alumina feed hole and defect the alumina feed device.

Les trous percés dans la croûte par les dispositifs de perçage forment des débouchés pour les gaz générés au cours de la réaction d’électrolyse et emprisonnés sous la croûte. Aussi, le débit d’échappement de ces gaz est important au niveau des trous dans la croûte et provoque un envolement partiel de l’alumine s’écoulant par gravité depuis les goulottes d’alimentation jusque dans les trous. L’alumine utilisée pour la production d’aluminium est en effet sous forme de particules très fines et légères, facilement volatiles. Une partie de l’alumine sortant du doseur n’est donc pas introduite dans le bain d’électrolyte mais se disperse dans la cuve d’électrolyse, typiquement sur le produit de couverture recouvrant les anodes. Ces envolements non contrôlés perturbent également le système de régulation de l’alimentation des cuves en alumine, aboutissant à une dégradation des rendements réactionnels de la cuve d’électrolyse. The holes drilled in the crust by the piercing devices form outlets for the gases generated during the electrolysis reaction and trapped under the crust. Also, the exhaust flow of these gases is important at the holes in the crust and causes a partial flight of the alumina flowing by gravity from the feed troughs into the holes. The alumina used for the production of aluminum is indeed in the form of very fine particles and light, easily volatile. Part of the alumina leaving the dispenser is not introduced into the electrolyte bath but is dispersed in the electrolytic cell, typically on the covering product covering the anodes. These uncontrolled voltages also disrupt the system for regulating the feed of the alumina tanks, resulting in a degradation of the reaction yields of the electrolytic cell.

Afin d’améliorer le contrôle des cuves, les systèmes de régulation de l’alimentation en alumine privilégient une alimentation quasi continue en alumine, c’est-à-dire au moyen d’un filet d’alumine s’écoulant de façon quasi continue, plutôt que par paquets d’alumine introduits périodiquement. Un dispositif d’alimentation quasi continu en alumine est notamment connu de la publication WO93/14248. La problématique liée aux envolements est alors amplifiée car un filet d’alumine ou des grains isolés d’alumine sont plus fortement sujet à envolement qu’un paquet d’alumine. In order to improve the control of the tanks, alumina feed control systems favor a quasi-continuous supply of alumina, that is to say by means of a quasi-continuous flow of alumina. , rather than by packets of alumina introduced periodically. A quasi-continuous alumina feeder is known from WO93 / 14248. The issue related to the flights is then amplified because a net of alumina or isolated grains of alumina are more strongly subject to flight than a packet of alumina.

La publication CN102628170 divulgue un dispositif de perçage comportant un fourreau enfoncé dans le produit de couverture pulvérulent et au travers duquel se déplace l’organe de perçage. Le fourreau empêche les écroulements du produit de couverture dans le trou formé dans la croûte par l’organe de perçage. Le dispositif de dosage et le dispositif de perçage sont jointifs et, plus particulièrement, le conduit entre la trémie d’alumine et le fourreau dans lequel l’alumine s’écoule par gravité ne présente pas d’ouvertures. Une telle configuration empêche l’envolement de l’alumine entre le dispositif de dosage et le fourreau mais rend les opérations d’entretien et de maintenance très complexes. Une attention toute particulière doit par ailleurs être apportée à l’isolation électrique du dispositif de dosage et de la trémie d’alimentation en alumine du fait du contact du dispositif de dosage avec le dispositif de perçage dont le potentiel électrique fluctue en fonction de la position de l’organe de perçage. Les conditions chimiques et thermiques extrêmes dans la cuve d’électrolyse rendent cette isolation très couteuse et non pérenne. Publication CN102628170 discloses a piercing device comprising a sleeve embedded in the powdery covering product and through which the piercing member moves. The sheath prevents collapse of the cover material in the hole formed in the crust by the piercing member. The metering device and the piercing device are contiguous and, more particularly, the duct between the alumina hopper and the sleeve in which the alumina flows by gravity has no openings. Such a configuration prevents the flight of alumina between the metering device and the sleeve but makes the maintenance and maintenance operations very complex. Particular attention must also be given to the electrical insulation of the metering device and the alumina feed hopper due to the contact of the metering device with the piercing device, the electrical potential of which fluctuates according to the position of the piercing member. The extreme chemical and thermal conditions in the electrolytic cell make this insulation very expensive and unsustainable.

Un but de la présente invention est de proposer un dispositif d’alimentation en alumine permettant de contrôler de façon fiable la quantité d’alumine introduite dans le bain d’électrolyte et qui soit aisé à entretenir et de conception simple. An object of the present invention is to provide an alumina feed device for reliably controlling the amount of alumina introduced into the electrolyte bath and which is easy to maintain and simple design.

Résumé de l’inventionSummary of the invention

A cet effet, l’invention propose un dispositif d’alimentation en alumine d’une cuve d’électrolyse pour la production d’aluminium comportant un dispositif de perçage comprenant :
- un organe de perçage pour le perçage d’un trou dans une croûte d’alumine et d’électrolyte figé se formant au-dessus d’un bain d’électrolyte ;
- un fourreau tubulaire entourant l’organe de perçage, le fourreau tubulaire comportant une ouverture inférieure et une première ouverture d’évacuation des gaz destinée à l’évacuation de gaz pénétrant dans le fourreau tubulaire par l’ouverture inférieure ;
- un conduit d’alimentation destiné à l’introduction d’alumine dans le fourreau tubulaire comportant une seconde ouverture d’introduction d’alumine et un orifice débouchant dans le fourreau tubulaire ;
caractérisé en ce que le fourreau tubulaire et le conduit d’alimentation sont configurés de manière à ce que plus de 90% des gaz pénétrant dans le fourreau tubulaire par l’ouverture inférieure sortent du fourreau tubulaire par la première ouverture d’évacuation des gaz.For this purpose, the invention proposes a device for supplying alumina to an electrolysis cell for the production of aluminum, comprising a piercing device comprising:
- A piercing member for drilling a hole in a crust of alumina and fixed electrolyte forming over an electrolyte bath;
- A tubular sleeve surrounding the piercing member, the tubular sheath having a lower opening and a first gas discharge opening for discharging gas entering the tubular sheath through the lower opening;
a supply duct for the introduction of alumina into the tubular sheath having a second alumina introduction opening and an opening opening into the tubular sheath;
characterized in that the tubular sheath and the supply duct are configured so that more than 90% of the gases entering the tubular sheath through the lower opening exit the tubular sheath through the first gas discharge opening.

Avantageusement, le fourreau tubulaire et le conduit d’alimentation sont configurés de manière à ce que plus de 95%, et préférentiellement plus de 98%, des gaz pénétrant dans le fourreau tubulaire par l’ouverture inférieure sortent du fourreau tubulaire par la première ouverture d’évacuation des gaz.Advantageously, the tubular sheath and the supply duct are configured so that more than 95%, and preferably more than 98%, of gases entering the tubular sheath through the lower opening out of the tubular sheath by the first opening exhaust gas.

Le fourreau tubulaire et le conduit d’alimentation sont plus particulièrement conçus, dimensionnés et agencés de manière à ce que les pertes de charge sur le trajet des gaz depuis l’ouverture inférieure jusqu’à la première ouverture d’évacuation des gaz comparé aux pertes de charge sur le trajet des gaz depuis l’ouverture inférieure jusqu’à la seconde ouverture d’introduction d’alumine aboutisse à ce que plus de 90%, de préférence plus de 95%, et de préférence plus de 98%, des gaz pénétrant dans le fourreau tubulaire par l’ouverture inférieure sortent du fourreau tubulaire par la première ouverture d’évacuation des gaz.The tubular sheath and the supply duct are more particularly designed, dimensioned and arranged in such a way that the pressure drops in the path of the gases from the lower opening to the first gas evacuation opening compared to the losses. charge in the gas path from the lower opening to the second alumina feed opening results in more than 90%, preferably more than 95%, and preferably more than 98%, of the gases. penetrating the tubular sheath through the lower opening out of the tubular sheath by the first gas evacuation opening.

Le lecteur appréciera que l’on entend, dans le cadre de la présente invention, par :
- « ouverture », une ouverture directement sur l’intérieur de la cuve d’électrolyse ;
- « première ouverture supérieure », la totalité des ouvertures dans le fourreau tubulaire aptes à une évacuation des gaz et ne servant pas à l’introduction d’alumine. La section de la première ouverture supérieure peut par conséquent correspondre à la somme des sections d’une pluralité d’ouvertures ;
- « section », la section prise perpendiculairement à l’axe d’écoulement des gaz en ce point. The reader will appreciate that in the context of the present invention, the following is meant:
- "opening", an opening directly on the inside of the electrolytic cell;
- "first upper opening", all openings in the tubular sleeve capable of evacuation of gases and not used for the introduction of alumina. The section of the first upper opening may therefore correspond to the sum of the sections of a plurality of openings;
- "section" means the section taken perpendicular to the axis of flow of gases at that point.

Par ailleurs, on utilisera les termes « dessus », « dessous » par rapport à un axe vertical.In addition, the terms "above" and "below" will be used in relation to a vertical axis.

Les pertes de charge sont notamment minimisées sur le trajet des gaz depuis l’ouverture inférieure jusqu’à la première ouverture d’évacuation des gaz par exemple en formant une première ouverture de section importante, en agençant la première ouverture de sorte à ce que la longueur du trajet des gaz depuis l’ouverture inférieure soit minimisée et en ne formant pas de coude contraignant l’écoulement gazeux depuis l’ouverture inférieure jusqu’à la première ouverture d’évacuation des gaz. The pressure losses are in particular minimized in the gas path from the lower opening to the first gas discharge opening, for example by forming a first opening of large section, by arranging the first opening so that the the length of the gas path from the bottom opening is minimized and not forming a bend constraining the gas flow from the lower opening to the first gas discharge opening.

A l’inverse, des pertes de charge peuvent être induites sur le trajet des gaz depuis l’ouverture inférieure jusqu’à la seconde ouverture d’introduction d’alumine par exemple en formant une restriction de section dans le conduit d’alimentation, en utilisant un conduit d’alimentation de longueur importante et en formant un coude contraignant l’écoulement gazeux depuis l’ouverture inférieure jusqu’à la seconde ouverture d’introduction d’alumine.Conversely, pressure losses can be induced in the path of the gases from the lower opening to the second alumina introduction opening, for example by forming a section restriction in the supply duct, using a long-length feed conduit and forming a bend constraining the gas flow from the lower opening to the second alumina feed opening.

Avantageusement, la première ouverture d’évacuation des gaz présente une section supérieure ou égale à 0,5 fois la section de l’ouverture inférieure. Ainsi, les gaz générés par la réaction d’électrolyse s’écoulent verticalement depuis l’ouverture inférieure dans le fourreau tubulaire, de section horizontale sensiblement constante et identique à la section de l’ouverture inférieure, jusqu’à l’extérieur du fourreau tubulaire par l’ouverture d’évacuation des gaz sans rencontrer de rétrécissement important. Passé cette première ouverture d’évacuation des gaz, les gaz ne sont plus contraints par des parois autres que celles éloignées de la cuve d’électrolyse. Advantageously, the first gas discharge opening has a section greater than or equal to 0.5 times the section of the lower opening. Thus, the gases generated by the electrolysis reaction flow vertically from the lower opening in the tubular sheath, of substantially constant horizontal section and identical to the section of the lower opening, to the outside of the tubular sheath through the gas discharge opening without encountering significant shrinkage. Past this first gas evacuation opening, the gases are no longer constrained by walls other than those remote from the electrolysis cell.

De préférence, le conduit d’alimentation comporte en au moins un point une section inférieure à un tiers de la section de la première ouverture. Une telle constriction augmente très fortement les pertes de charge d’un écoulement gazeux dans le conduit par rapport aux pertes de charge d’un écoulement gazeux vers la première ouverture et limite par conséquent l’écoulement des gaz dans le conduit.Preferably, the supply duct comprises in at least one point a section less than one third of the section of the first opening. Such a constriction greatly increases the pressure losses of a gas flow in the duct relative to the pressure losses of a gas flow to the first opening and therefore limits the flow of gases in the duct.

De préférence, le conduit d’alimentation comporte sur toute une portion une section inférieure à un tiers de la section de la première ouverture. L’écoulement des gaz dans le conduit est encore plus limité.Preferably, the supply duct comprises over a portion of a section less than one third of the section of the first opening. The flow of gases in the duct is even more limited.

La section du conduit est de préférence dimensionnée au plus près de la section nécessaire à l’écoulement de l’alumine au travers du conduit sans créer de bouchage.The section of the duct is preferably dimensioned as close to the section necessary for the flow of alumina through the duct without creating clogging.

Selon un mode de réalisation particulier, le conduit d’alimentation comporte une portion coudée. Cette portion coudée augmente les pertes de charge associées à un écoulement gazeux dans le conduit d’alimentation. According to a particular embodiment, the supply duct comprises a bent portion. This bent portion increases the pressure losses associated with a gas flow in the supply duct.

Selon un mode de réalisation particulier, le conduit d’alimentation s’étend verticalement contre le fourreau tubulaire sur au moins la majeure partie de la longueur du conduit d’alimentation. Ainsi, l’ensemble fourreau tubulaire - conduit d’alimentation est plus compact, donc facile à retirer de la cuve par extraction verticale. L’encombrement dans la cuve est diminué, ainsi que les risques de chocs et détérioration du conduit d’alimentation au cours d’un changement d’anode ou d’une opération sur cuve. Une telle configuration en outre permet d’amener l’orifice du conduit d’alimentation débouchant dans le fourreau tubulaire au plus près de l’ouverture inférieure, et donc de limiter la distance sur laquelle les particules d’alumine sont soumises à des forces de trainées ascendantes découlant de l’écoulement gazeux ascendant dans le fourreau tubulaire. Le fait que le conduit d’alimentation s’étende verticalement sur au moins la majeure partie de sa longueur permet une accélération gravitationnelle importante des particules d’alumine dans le conduit d’alimentation. La vitesse atteinte par les particules d’alumine au niveau de l’orifice débouchant dans le fourreau tubulaire permet aux particules d’alumine d’atteindre l’ouverture inférieure et la surface du bain d’électrolyte sans être entraînées par l’écoulement gazeux ascendant dans le fourreau tubulaire. Cette configuration limite donc très fortement les envolements de particules d’alumine dans l’écoulement des gaz de cuve vers l’ouverture d’évacuation des gaz de cuve.According to a particular embodiment, the supply duct extends vertically against the tubular sheath over at least the major part of the length of the supply duct. Thus, the entire tubular sheath - feed duct is more compact, so easy to remove the tank by vertical extraction. The bulk in the tank is reduced, as well as the risk of shocks and deterioration of the supply duct during an anode change or tank operation. Such a configuration also makes it possible to bring the opening of the supply duct opening into the tubular sheath closer to the lower opening, and thus to limit the distance over which the alumina particles are subjected to ascending streaks resulting from the upward gas flow in the tubular sheath. The fact that the supply duct extends vertically over at least most of its length allows a large gravitational acceleration of the alumina particles in the supply duct. The velocity reached by the alumina particles at the orifice opening into the tubular sheath allows the alumina particles to reach the lower opening and the surface of the electrolyte bath without being driven by the upward gas flow. in the tubular sheath. This configuration therefore very strongly limits the flight of alumina particles in the flow of the tank gases to the discharge opening of the tank gases.

Avantageusement, l’orifice du conduit d’alimentation débouche dans le fourreau tubulaire à une hauteur inférieure au niveau supérieur du produit de couverture, donc proche de l’ouverture inférieure. Advantageously, the orifice of the supply duct opens into the tubular sheath at a lower height than the upper level of the cover product, so close to the lower opening.

La seconde ouverture d’introduction d’alumine est ouverte sur l’intérieur de la cuve à une hauteur supérieure au niveau supérieur du produit de couverture, et de préférence à une hauteur supérieure au niveau supérieur de la première ouverture. La longueur du conduit d’alimentation est par conséquent importante, ce qui induit de fortes pertes de charge pour un écoulement gazeux au travers du conduit d’alimentation. L’évacuation des gaz s’effectue ainsi naturellement via la première ouverture d’évacuation des gaz. Aussi, comme le conduit d’alimentation s’étend verticalement contre le fourreau tubulaire, l’encombrement induit dans la cuve d’électrolyse par ce conduit d’alimentation est minimisé, malgré sa longueur. Avantageusement, le conduit d’alimentation est formé en partie par une paroi du fourreau tubulaire. L’encombrement et le poids du dispositif d’alimentation en alumine est ainsi encore diminué.The second alumina introduction opening is open on the inside of the tank at a height greater than the upper level of the cover product, and preferably at a height greater than the upper level of the first opening. The length of the supply duct is therefore large, which induces high pressure losses for a gas flow through the supply duct. The evacuation of gases is thus naturally done via the first gas evacuation opening. Also, as the supply duct extends vertically against the tubular sheath, the space induced in the electrolysis tank by the supply duct is minimized, despite its length. Advantageously, the supply duct is formed in part by a wall of the tubular sheath. The size and weight of the alumina feed device is thus further reduced.

Selon un mode de réalisation particulier, la première ouverture d’évacuation des gaz est formée dans le fourreau tubulaire à une hauteur supérieure à la hauteur de l’orifice du conduit d’alimentation débouchant dans le fourreau tubulaire. On évite ainsi un envolement de particules d’alumine dans l’écoulement des gaz de cuve vers l’ouverture d’évacuation des gaz de cuve par simple déviation du trajet des particules d’alumine au cours de leur trajectoire descendante. On évite en outre toute introduction de produit de couverture dans le fourreau tubulaire du fait du positionnement de la première ouverture d’évacuation des gaz bien au-dessus du niveau supérieur du produit de couverture.According to a particular embodiment, the first gas evacuation opening is formed in the tubular sheath at a height greater than the height of the orifice of the supply duct opening into the tubular sheath. This avoids a flight of alumina particles in the flow of the tank gas to the vessel gas evacuation opening by simple deviation of the path of the alumina particles during their downward trajectory. Furthermore, any introduction of cover material into the tubular sheath is avoided due to the positioning of the first gas discharge opening well above the upper level of the cover product.

L’orifice du conduit d’alimentation débouchant dans le fourreau tubulaire et la première ouverture d’évacuation des gaz sont formés de part et d’autre de l’axe de déplacement de l’organe de perçage. La distance entre l’orifice et la première ouverture est ainsi maximisée et les envolements minimisés.The orifice of the supply duct opening into the tubular sheath and the first gas evacuation opening are formed on either side of the axis of displacement of the piercing member. The distance between the orifice and the first opening is thus maximized and the flights minimized.

Selon un mode de réalisation particulier, la première ouverture d’évacuation des gaz est formée dans le fourreau tubulaire au niveau de l’extrémité inférieure de l’organe de perçage lorsque l’organe de perçage est en position haute, ou de repos. La première ouverture d’évacuation des gaz permet en outre une ventilation et donc un refroidissement naturel de l’organe de perçage. L’utilisation d’un fourreau tubulaire autour de l’organe de perçage augmente sa température globale et un tel refroidissement naturel est avantageux pour éviter une dégradation du dispositif de perçage et notamment du vérin mettant en déplacement l’organe de perçage.According to a particular embodiment, the first gas discharge opening is formed in the tubular sheath at the lower end of the piercing member when the piercing member is in the up position, or at rest. The first gas discharge opening also allows ventilation and therefore a natural cooling of the piercing member. The use of a tubular sleeve around the piercing member increases its overall temperature and such natural cooling is advantageous to avoid degradation of the piercing device and in particular the cylinder moving the piercing member.

Selon un mode de réalisation préféré de l’invention, le dispositif d’alimentation en alumine comporte un dispositif de dosage comprenant une ouverture de déversement d’alumine qui est distante de la seconde ouverture d’introduction d’alumine. Comme l’ouverture de déversement d’alumine du dispositif de dosage ne touche pas l’ouverture d’introduction d’alumine du dispositif de perçage, le dispositif de dosage n’a pas besoin d’être isolé électriquement du dispositif de perçage à l’intérieur de la cuve. Le dispositif de dosage, alternativement le dispositif de perçage, peut en outre être retiré de la cuve sans intervention dans la cuve pour détacher le dispositif de dosage du dispositif de perçage. L’ouverture de déversement d’alumine peut rester distante de la seconde ouverture d’introduction d’alumine du fait que l’écoulement gazeux sortant par la seconde ouverture d’introduction d’alumine du dispositif de perçage est très faible et ne perturbe pas l’écoulement de l’alumine depuis l’ouverture de déversement d’alumine jusqu’à la seconde ouverture d’introduction d’alumine, c’est-à-dire qu’il ne provoque pas d’envolement et de dispersion incontrôlée d’alumine dans la cuve. According to a preferred embodiment of the invention, the alumina feed device comprises a metering device comprising an alumina spill opening which is remote from the second alumina introduction opening. Since the alumina spill opening of the metering device does not touch the alumina feed opening of the piercing device, the metering device does not need to be electrically insulated from the piercing device. inside the tank. The metering device, alternatively the piercing device, can also be removed from the tank without intervention in the tank to detach the metering device from the piercing device. The alumina spill opening may remain remote from the second alumina feed opening because the gas flow exiting through the second alumina feed opening of the piercing device is very small and does not disturb the flow of alumina from the alumina pour opening to the second alumina feed opening, i.e. it does not cause flight and uncontrolled dispersion of alumina in the tank.

Selon un mode de réalisation préféré de l’invention, le dispositif de dosage comprend un doseur et une goulotte d’alimentation permettant de diriger par écoulement gravitationnel l’alumine depuis l’ouverture de déversement d’alumine jusque dans la seconde ouverture d’introduction d’alumine.According to a preferred embodiment of the invention, the metering device comprises a metering device and a feed chute making it possible to direct the alumina by gravitational flow from the alumina spill opening into the second opening opening. alumina.

Selon un mode de réalisation préféré de l’invention, la goulotte d’alimentation est configurée de sorte à ce que l’écoulement gravitationnel de l’alumine sortant de l’ouverture de déversement d’alumine comprend une composante directionnelle horizontale. La goulotte d’alimentation peut par exemple comprendre une rampe de déversement inclinée. Le dispositif de dosage et le dispositif de perçage peuvent par conséquent avantageusement être disposés côte à côte sans qu’aucune partie du dispositif de dosage et du dispositif de perçage ne se superpose dans la cuve. Le dispositif de dosage et le dispositif de perçage peuvent par conséquent être retirés de la cuve par extraction verticale indépendamment l’un de l’autre, c’est-à-dire sans intervention sur l’autre dispositif, que ce soit dans la cuve ou au-dessus de la cuve.According to a preferred embodiment of the invention, the feed chute is configured such that the gravitational flow of alumina exiting the alumina spill opening includes a horizontal directional component. The feed chute may for example comprise an inclined discharge ramp. The metering device and the piercing device can therefore advantageously be arranged side by side without any part of the metering device and the piercing device being superimposed in the tank. The metering device and the piercing device can therefore be removed from the tank by vertical extraction independently of one another, that is to say without intervention on the other device, whether in the tank. or above the tank.

La goulotte d’alimentation peut notamment être du type connu du document de brevet WO93/14248 qui délivre un mince filet d’alumine quasi continu à partir de doses séquentielles délivrées par le doseur. The feed chute may in particular be of the type known from patent document WO93 / 14248 which delivers a thin stream of quasi-continuous alumina from sequential doses delivered by the metering device.

Selon un mode de réalisation préféré de l’invention, une plaque de déflection est agencée au-dessus de la seconde ouverture d’introduction d’alumine en regard de l’ouverture de déversement de l’alumine. Cela permet de contrer la composante directionnelle horizontale imposée à l’alumine par la goulotte et une bonne réception de l’alumine dans la seconde ouverture d’introduction d’alumine. La dimension de la seconde ouverture d’introduction d’alumine et l’encombrement global du dispositif de piquage peuvent ainsi être minimisés. According to a preferred embodiment of the invention, a deflection plate is arranged above the second alumina introduction opening opposite the discharge opening of the alumina. This makes it possible to counteract the horizontal directional component imposed on the alumina by the chute and good reception of the alumina in the second alumina introduction opening. The size of the second alumina introduction opening and the overall size of the stitching device can thus be minimized.

L’invention concerne également une cuve d’électrolyse comprenant des anodes plongées en partie dans un bain d’électrolyte, du produit de couverture recouvrant les anodes et le bain d’électrolyte caractérisée en ce que la cuve comprend un dispositif d’alimentation en alumine tel que définit précédemment et en ce qu’une portion inférieure du fourreau tubulaire est introduite dans le produit de couverture.The invention also relates to an electrolytic cell comprising anodes partially immersed in an electrolyte bath, the covering product covering the anodes and the electrolyte bath, characterized in that the vessel comprises an alumina feed device. as defined above and in that a lower portion of the tubular sheath is introduced into the cover product.

Selon un mode de réalisation préféré de l’invention, l’orifice du conduit d’alimentation débouche dans le fourreau tubulaire à une hauteur inférieure au niveau supérieur du produit de couverture. Ainsi, la distance sur laquelle les particules d’alumine sont soumises à des forces de trainées ascendantes découlant de l’écoulement gazeux ascendant dans le fourreau tubulaire est faible. According to a preferred embodiment of the invention, the orifice of the supply duct opens into the tubular sheath at a height lower than the upper level of the cover product. Thus, the distance over which the alumina particles are subjected to upward stresses resulting from the upward gas flow in the tubular sheath is small.

Selon un mode de réalisation préféré de l’invention, le bord inférieur de la première ouverture d’évacuation des gaz s’étend entre 5 et 30 cm au-dessus du niveau supérieur du produit de couverture. Ce positionnement est avantageux car le produit de couverture ne peut ainsi pas pénétrer dans le fourreau tubulaire et donc le bain d’électrolyte via cette première ouverture d’évacuation des gaz, et la distance entre l’ouverture inférieure et la première ouverture d’évacuation des gaz est minimisée.According to a preferred embodiment of the invention, the lower edge of the first gas discharge opening extends between 5 and 30 cm above the upper level of the cover product. This positioning is advantageous because the cover product can thus not penetrate into the tubular sheath and thus the electrolyte bath via this first gas evacuation opening, and the distance between the lower opening and the first evacuation opening. gas is minimized.

D'autres avantages et caractéristiques de la cuve d’électrolyse et du dispositif d’alimentation en alumine ressortiront encore de la description qui va suivre d’un mode de réalisation donnée à titre d'exemple non limitatif, à partir des dessins annexés.Other advantages and characteristics of the electrolytic cell and the alumina feed device will be further apparent from the following description of an embodiment given by way of non-limiting example, from the attached drawings.

Figure 1Figure 1

est une vue schématique en coupe d’une cuve d’électrolyse comportant un dispositif d’alimentation en alumine selon l’invention. is a schematic sectional view of an electrolytic cell comprising an alumina feed device according to the invention.

Figure 2Figure 2

est une vue en perspective éclatée d’une portion d’un dispositif de perçage selon l’invention. is an exploded perspective view of a portion of a piercing device according to the invention.

On va maintenant décrire un exemple de cuve d’électrolyse incluant un ou plusieurs dispositifs d’alimentation en alumine permettant de former un trou dans une croûte d'alumine et de bain solidifié et d’alimenter la cuve en alumine. An example of an electrolysis cell including one or more alumina feeders for forming a hole in a crust of alumina and solidified bath and feeding the alumina tank will now be described.

Dans les deux figures, les éléments équivalents portent les mêmes références numériques. In the two figures, the equivalent elements bear the same numerical references.

En référence à la figure 1, on a illustré un exemple de cuve d’électrolyse selon l’invention. With reference to FIG. 1, an example of an electrolytic cell according to the invention is illustrated.

La cuve d’électrolyse 100 comprend une cathode 1 sur laquelle se dépose une nappe d’aluminium 2 au fur et à mesure de la réaction d’électrolyse. La nappe d’aluminium 2 est recouverte par un bain d’électrolyte 3 dans lequel sont plongées des anodes 4. Une croûte 5 d’alumine et de bain solidifié se forme à la surface du bain d’électrolyte 3 et du produit de couverture 6 est déposé sur les anodes 4 et la croûte 5. The electrolysis tank 100 comprises a cathode 1 on which an aluminum sheet 2 is deposited as the electrolysis reaction progresses. The aluminum sheet 2 is covered by an electrolyte bath 3 in which are dipped anodes 4. A crust 5 of alumina and solidified bath is formed on the surface of the electrolyte bath 3 and the cover product 6 is deposited on the anodes 4 and the crust 5.

La cuve d’électrolyse 100 est équipée d’un dispositif 10 d’alimentation en alumine selon l’invention comprenant un dispositif de perçage 20 et un dispositif de dosage 40. Le dispositif de perçage 20 et le dispositif de dosage 40 sont agencés en partie à l’intérieur de la cuve 100, sous le plafond 7 de cuve. The electrolytic cell 100 is equipped with an alumina supply device 10 according to the invention comprising a piercing device 20 and a metering device 40. The piercing device 20 and the metering device 40 are arranged in part. inside the tank 100, under the ceiling 7 tank.

Le dispositif de perçage 20 comporte un vérin 21, comprenant un corps de vérin 21a et une tige 21b, au bout duquel s’étend un organe de perçage 22. L’organe de perçage 22 est abaissé périodiquement par activation du vérin 21 pour briser la croûte 5. The piercing device 20 comprises a jack 21, comprising a jack body 21a and a rod 21b, at the end of which extends a piercing member 22. The piercing member 22 is periodically lowered by activation of the jack 21 to break the piercing. crust 5.

Le dispositif de perçage 20 comporte également un fourreau tubulaire 23 s’étendant verticalement en entourant l’organe de perçage 22 le long de son déplacement. Le fourreau tubulaire 23 présente une portion inférieure introduite et encastrée dans le produit de couverture 6 et une portion supérieure s’étendant au-dessus du produit de couverture. L’organe de perçage 22 sort en partie du fourreau tubulaire au travers d’une ouverture 24 inférieure pour percuter et percer la croûte. La figure 2 montre notamment en traits pleins l’organe de perçage 22 en position haute et en traits pointillés le même organe de perçage 22 en position basse. The piercing device 20 also comprises a tubular sleeve 23 extending vertically surrounding the piercing member 22 along its displacement. The tubular sleeve 23 has a lower portion inserted and embedded in the cover product 6 and an upper portion extending above the cover product. The piercing member 22 partially leaves the tubular sheath through a lower opening 24 to strike and pierce the crust. Figure 2 shows in particular in solid lines the piercing member 22 in the upper position and in broken lines the same piercing member 22 in the low position.

La portion inférieure ne comporte pas d’ouverture directe sur l’intérieur de la cuve et empêche un affaissement du produit de couverture dans le trou formé dans la croûte par l’organe de perçage 22. La portion supérieure comporte une première ouverture 25 d’évacuation des gaz résultant du procédé d’électrolyse. The lower portion has no direct opening on the inside of the tank and prevents sagging of the roofing product in the hole formed in the crust by the piercing member 22. The upper portion has a first opening 25 of evacuation of gases resulting from the electrolysis process.

Le dispositif de perçage 20 comporte en outre un conduit 26 d’alimentation en alumine comportant une seconde ouverture 27 d’introduction d’alumine et un orifice 28 débouchant dans le fourreau tubulaire 23. The piercing device 20 further comprises an alumina feed duct 26 having a second opening 27 for introducing alumina and an orifice 28 opening into the tubular sheath 23.

Le dispositif de dosage 40 comporte une ouverture 41 de déversement d’alumine qui est distante de la seconde ouverture 27 d’introduction d’alumine. Typiquement, le dispositif de dosage 40 comprend un doseur 42 et une goulotte d’alimentation 43, l’ouverture 41 de déversement d’alumine correspondant à une extrémité ouverte libre de la goulotte d’alimentation 43.The metering device 40 has an alumina spill opening 41 which is remote from the second alumina introduction opening 27. Typically, the metering device 40 comprises a metering device 42 and a feed chute 43, the alumina discharge opening 41 corresponding to a free open end of the feed chute 43.

Il a été constaté que lorsque le fourreau tubulaire 23 et le conduit d’alimentation 26 sont configurés de manière à ce que plus de 90% des gaz pénétrant dans le fourreau tubulaire 23 par l’ouverture inférieure 24 sortent du fourreau tubulaire 23 par la première ouverture 25 d’évacuation de gaz, les envolements d’alumine sont drastiquement diminués, voir totalement stoppés, lors d’un déversement d’alumine dans la seconde ouverture 27 d’introduction d’alumine au moyen d’un dispositif de dosage 40 disposé à distance et sans contact avec le dispositif de perçage. De préférence, le fourreau tubulaire et le conduit d’alimentation sont configurés de manière à ce que plus de 95%, et de préférence plus de 98% des gaz pénétrant dans le fourreau tubulaire par l’ouverture inférieure sortent du fourreau tubulaire par la première ouverture 25 d’évacuation.It has been found that when the tubular sheath 23 and the supply duct 26 are configured so that more than 90% of the gases entering the tubular sheath 23 through the lower opening 24 out of the tubular sheath 23 by the first opening 25 gas evacuation, alumina flights are drastically reduced or completely stopped, during a spill of alumina in the second opening 27 of alumina introduction by means of a dosing device 40 disposed remote and without contact with the piercing device. Preferably, the tubular sheath and the supply duct are configured so that more than 95%, and preferably more than 98% of the gases entering the tubular sheath through the lower opening out of the tubular sheath by the first evacuation opening.

A cet effet, les pertes de charge sont notamment minimisées sur le trajet d’un écoulement gazeux depuis l’ouverture inférieure 24 jusqu’à la première ouverture 25 d’évacuation des gaz et maximisées sur le trajet d’un écoulement gazeux depuis l’ouverture inférieure 24 jusqu’à la seconde ouverture 27 d’introduction d’alumine.For this purpose, the pressure drops are in particular minimized in the path of a gas flow from the lower opening 24 to the first gas discharge opening 25 and maximized in the path of a gas flow from the lower opening 24 until the second opening 27 for introducing alumina.

Le mode de réalisation particulièrement avantageux présenté sur les figures 1 et 2 montre, à titre d’exemple non limitatif, plusieurs moyens d’aboutir à ce rapport de perte de charge. Selon l’invention, ces moyens peuvent être utilisés conjointement ou non. La première ouverture 25 d’évacuation des gaz est directement ouverte dans le fourreau tubulaire et présente une section importante, typiquement supérieure ou égale à 0,5 fois la section de l’ouverture inférieure. Le bord inférieur de la première ouverture 25 d’évacuation des gaz s’étend entre 5 et 30 cm au-dessus du niveau supérieur du produit de couverture 6. Le conduit 26 d’alimentation est coudé. Le conduit 26 d’alimentation est de longueur importante et présente une section faible, typiquement une section inférieure à un tiers de la section de l’ouverture inférieure. Un rétrécissement ponctuel dans le conduit d’alimentation, par exemple au niveau de l’orifice 28 débouchant dans le fourreau tubulaire 23 engendre également des fortes pertes de charge.The particularly advantageous embodiment shown in FIGS. 1 and 2 shows, by way of nonlimiting example, several means of achieving this ratio of pressure drop. According to the invention, these means can be used jointly or not. The first gas discharge opening 25 is directly open in the tubular sheath and has a large section, typically greater than or equal to 0.5 times the section of the lower opening. The lower edge of the first gas discharge opening extends between 5 and 30 cm above the upper level of the cover product 6. The supply conduit 26 is bent. The supply conduit 26 is of great length and has a small section, typically a section less than one third of the section of the lower opening. A punctual narrowing in the supply duct, for example at the orifice 28 opening into the tubular sheath 23 also generates high pressure losses.

Les abaques et tables de pertes de charge montrent qu’avec un tel différentiel de sections et une portion coudée, le coefficient de perte de charge pour un écoulement dans le conduit 26 d’alimentation est très supérieur au coefficient de perte de charge pour un écoulement dans le fourreau jusqu’à la première ouverture 25 d’évacuation des gaz, de sorte que la quasi-totalité des gaz pénétrant dans le fourreau tubulaire 23 par l’ouverture inférieure 24 sortent du fourreau tubulaire 23 par la première ouverture 25 d’évacuation des gaz.The charts and tables of losses of load show that with such a differential of sections and a bent portion, the coefficient of pressure loss for a flow in the conduit 26 of supply is much higher than the coefficient of loss of load for a flow in the sleeve to the first gas discharge opening 25, so that substantially all of the gases entering the tubular sleeve 23 through the lower opening 24 out of the tubular sleeve 23 through the first discharge opening 25 gases.

Le conduit 26 d’alimentation s’étend verticalement sur une majeure partie de sa longueur contre le fourreau tubulaire 23. Cela permet à l’alumine d’atteindre une vitesse importante au moment de déboucher dans le fourreau tubulaire 23. Aussi, l’encombrement du dispositif de perçage est minimisé et l’orifice 28 du conduit 26 d’alimentation peut déboucher dans le fourreau tubulaire 23 à une hauteur inférieure au niveau supérieur du produit de couverture 7, c’est-à-dire très proche du bain d’électrolyte 3, alors que l’alumine a été introduite dans le conduit 26 d’alimentation via la seconde ouverture 27 d’introduction d’alumine qui est ouverte sur l’intérieur de la cuve à une hauteur supérieure au niveau supérieur du produit de couverture 6, et de préférence à une hauteur supérieure au niveau supérieur de la première ouverture 25 d’évacuation des gaz. La paroi du fourreau tubulaire 23 peut en outre former une partie du conduit d’alimentation.The supply conduit 26 extends vertically over a major part of its length against the tubular sleeve 23. This allows the alumina to reach a high speed at the time of opening into the tubular sheath 23. Also, the bulk of the piercing device is minimized and the orifice 28 of the supply duct 26 can open into the tubular sheath 23 at a height lower than the upper level of the cover product 7, that is to say, very close to the bath of electrolyte 3, while the alumina has been introduced into the supply duct 26 via the second alumina introduction opening 27 which is open on the inside of the tank at a height greater than the upper level of the roofing product. 6, and preferably at a height greater than the upper level of the first gas discharge opening 25. The wall of the tubular sheath 23 may further form a portion of the supply duct.

Comme visible sur les figures, la première ouverture 25 d’évacuation des gaz est formée dans le fourreau tubulaire 23 à une hauteur supérieure à la hauteur de l’orifice 28 du conduit 26 d’alimentation débouchant dans le fourreau tubulaire 23. Avantageusement, l’orifice 28 du conduit 26 d’alimentation débouche au niveau de la portion inférieure du fourreau tubulaire 23 tandis que la première ouverture 25 d’évacuation des gaz est formée dans la portion supérieure de fourreau tubulaire. As can be seen in the figures, the first gas discharge opening 25 is formed in the tubular sheath 23 at a height greater than the height of the orifice 28 of the supply duct 26 opening into the tubular sleeve 23. Advantageously, the Port 28 of the supply conduit 26 opens out at the lower portion of the tubular sheath 23 while the first gas discharge opening 25 is formed in the upper portion of the tubular sheath.

Aussi, l’orifice 28 du conduit 26 d’alimentation et la première ouverture 25 d’évacuation des gaz sont formés de part et d’autre de l’axe de déplacement de l’organe de perçage. La première ouverture 25 d’évacuation des gaz est formée dans le fourreau tubulaire 23 au niveau de l’extrémité inférieure de l’organe de perçage 22 lorsque ce dernier est en position haute. Cela permet un refroidissement naturel par convection d’air de la partie inférieure de l’organe de perçage qui entre en contact avec le bain d’électrolyte lorsque l’organe de perçage est abaissé. La partie du fourreau tubulaire 23 s’étendant au-dessus de la première ouverture 25 d’évacuation des gaz peut en outre être fortement ajourée afin de refroidir la tige de vérin 21b et éviter une dégradation prématurée du vérin 21. Also, the orifice 28 of the feed duct 26 and the first opening 25 of gas discharge are formed on either side of the axis of displacement of the piercing member. The first gas discharge opening 25 is formed in the tubular sheath 23 at the lower end of the piercing member 22 when the latter is in the up position. This allows a natural air convection cooling of the lower part of the piercing member which comes into contact with the electrolyte bath when the piercing member is lowered. The part of the tubular sheath 23 extending above the first opening 25 for evacuation of the gases can also be heavily perforated to cool the cylinder rod 21b and prevent premature degradation of the cylinder 21.

La goulotte d’alimentation 43 permet de diriger par écoulement gravitationnel l’alumine depuis l’ouverture 41 de déversement d’alumine jusque dans la seconde ouverture 27 d’introduction d’alumine. La goulotte d’alimentation 43 peut notamment comporter une rampe de déversement inclinée de sorte que l’écoulement gravitationnel de l’alumine sortant de l’ouverture 41 de déversement d’alumine comprend une composante directionnelle horizontale. Une plaque de déflection 29 est agencée au-dessus de la seconde ouverture 27 d’introduction d’alumine en regard de l’ouverture 41 de déversement de l’alumine. L’alumine déversée depuis la goulotte d’alimentation 43 vient alors percuter cette plaque de déflection 29 et entre dans le conduit 26 d’alimentation via la seconde ouverture 27 d’introduction d’alumine.The feed chute 43 enables the alumina to be directed by gravitational flow from the alumina pour opening 41 into the second alumina introduction opening 27. The feed chute 43 may in particular comprise an inclined discharge ramp so that the gravitational flow of the alumina coming out of the alumina spill opening 41 comprises a horizontal directional component. A deflection plate 29 is arranged above the second opening 27 for introducing alumina opposite the opening 41 for pouring alumina. The alumina poured from the feed chute 43 then strikes this deflection plate 29 and enters the supply conduit 26 via the second opening 27 for introducing alumina.

Le dispositif de dosage 40 et le dispositif de perçage 20 peuvent par conséquent avantageusement être disposés côte à côte sans qu’aucune partie du dispositif de dosage 40 et du dispositif de perçage 20 ne se superpose dans la cuve. Le dispositif de dosage et le dispositif de perçage peuvent par conséquent être retirés de la cuve par extraction verticale indépendamment l’un de l’autre, c’est-à-dire sans intervention sur l’autre dispositif, que ce soit dans la cuve ou au-dessus de la cuve.The metering device 40 and the piercing device 20 can therefore advantageously be arranged side by side without any part of the metering device 40 and the piercing device 20 being superimposed in the tank. The metering device and the piercing device can therefore be removed from the tank by vertical extraction independently of one another, that is to say without intervention on the other device, whether in the tank. or above the tank.

Le dispositif d’alimentation en alumine décrit ci-dessus présente donc de nombreux avantages, notamment en référence au fonctionnement d’une cuve d’électrolyse utilisée pour la production d’aluminium.
The alumina supply device described above therefore has many advantages, particularly with reference to the operation of an electrolytic cell used for the production of aluminum.

Claims (18)

Dispositif d’alimentation (10) en alumine d’une cuve d’électrolyse (100) pour la production d’aluminium comportant un dispositif de perçage (20) comprenant :
- un organe de perçage (22) pour le perçage d’un trou dans une croûte (5) d’alumine et d’électrolyte figé se formant au-dessus d’un bain d’électrolyte ;
- un fourreau tubulaire (23) entourant l’organe de perçage (22), le fourreau tubulaire (23) comportant une ouverture inférieure (24) et une première ouverture (25) d’évacuation des gaz destinée à l’évacuation de gaz pénétrant dans le fourreau tubulaire (23) par l’ouverture inférieure (24) ;
- un conduit (26) d’alimentation destiné à l’introduction d’alumine dans le fourreau tubulaire (23) comportant une seconde ouverture (27) d’introduction d’alumine et un orifice (28) débouchant dans le fourreau tubulaire (23);
caractérisé en ce que le fourreau tubulaire (23) et le conduit (26) d’alimentation sont configurés de manière à ce que plus de 90% des gaz pénétrant dans le fourreau tubulaire (23) par l’ouverture inférieure (24) sortent du fourreau tubulaire (23) par la première ouverture (25) d’évacuation des gaz.Alumina feed device (10) for an electrolytic cell (100) for producing aluminum having a piercing device (20) comprising:
- a piercing member (22) for drilling a hole in a crust (5) of alumina and fixed electrolyte forming over an electrolyte bath;
a tubular sheath (23) surrounding the piercing member (22), the tubular sheath (23) having a lower opening (24) and a first opening (25) for evacuating gases intended for the evacuation of penetrating gas in the tubular sheath (23) through the lower opening (24);
a supply duct (26) for introducing alumina into the tubular sheath (23) having a second opening (27) for introducing alumina and an orifice (28) opening into the tubular sheath (23); );
characterized in that the tubular sheath (23) and the supply duct (26) are configured so that more than 90% of the gases entering the tubular sheath (23) through the lower opening (24) exit the tubular sleeve (23) through the first opening (25) for evacuation of gases. Dispositif d’alimentation selon la revendication 1, dans lequel le fourreau tubulaire (23) et le conduit (26) d’alimentation sont configurés de manière à ce que plus de 95%, et de préférence plus de 98%, des gaz pénétrant dans le fourreau tubulaire (23) par l’ouverture inférieure (24) sortent du fourreau tubulaire (23) par la première ouverture (25) d’évacuation des gaz.A feeder according to claim 1, wherein the tubular sheath (23) and the feed duct (26) are configured so that more than 95%, and preferably more than 98%, of the gases entering the tubular sleeve (23) through the lower opening (24) out of the tubular sleeve (23) through the first opening (25) for evacuation of gases. Dispositif d’alimentation selon l’une quelconque des revendications 1 ou 2, dans lequel la première ouverture (25) d’évacuation des gaz présente une section supérieure ou égale à 0,5 fois la section de l’ouverture inférieure (24). A feeder according to any one of claims 1 or 2, wherein the first gas discharge opening (25) has a section greater than or equal to 0.5 times the section of the lower opening (24). Dispositif d’alimentation selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le conduit (26) d’alimentation comporte en au moins un point une section inférieure à un tiers de la section de la première ouverture (25) d’évacuation des gaz.Feeding device according to any one of claims 1 to 3, wherein the conduit (26) feed comprises in at least one point a section less than one third of the section of the first opening (25) discharge gases. Dispositif d’alimentation selon la revendication 4, dans lequel le conduit (26) d’alimentation comporte sur toute une portion une section inférieure à un tiers de la section de la première ouverture (25) d’évacuation des gaz.A feeder according to claim 4, wherein the supply duct (26) comprises over a portion a section less than one-third of the section of the first gas discharge opening (25). Dispositif d’alimentation selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le conduit (26) d’alimentation comporte une portion coudée.Feeding device according to any one of claims 1 to 5, wherein the conduit (26) of supply comprises a bent portion. Dispositif d’alimentation selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le conduit (26) d’alimentation s’étend verticalement contre le fourreau tubulaire (23) sur au moins la majeure partie de la longueur du conduit (26) d’alimentation. A feeder according to any of claims 1 to 6, wherein the supply conduit (26) extends vertically against the tubular sheath (23) over at least most of the length of the conduit (26) power. Dispositif d’alimentation selon la revendication 7, dans lequel le conduit (26) d’alimentation est formé en partie par une paroi du fourreau tubulaire (23). A feeder according to claim 7, wherein the feed duct (26) is formed in part by a wall of the tubular sheath (23). Dispositif d’alimentation selon l’une des revendications 1 à 8, dans lequel la première ouverture (25) d’évacuation des gaz est formée dans le fourreau tubulaire (23) à une hauteur supérieure à la hauteur de l’orifice (28) du conduit (26) d’alimentation débouchant dans le fourreau tubulaire (23).Supply device according to one of claims 1 to 8, wherein the first gas discharge opening (25) is formed in the tubular sheath (23) at a height greater than the height of the orifice (28). supply duct (26) opening into the tubular sheath (23). Dispositif d’alimentation selon l’une des revendications 1 à 9, dans lequel l’orifice (28) du conduit (26) d’alimentation et la première ouverture (25) d’évacuation des gaz sont formés de part et d’autre de l’axe de déplacement de l’organe de perçage (22). Feeding device according to one of claims 1 to 9, wherein the orifice (28) of the conduit (26) for supply and the first opening (25) for evacuation of gases are formed on both sides the axis of displacement of the piercing member (22). Dispositif d’alimentation selon l’une des revendications 1 à 10, dans lequel la première ouverture (25) d’évacuation des gaz est formée dans le fourreau tubulaire (23) au niveau de l’extrémité inférieure de l’organe de perçage (22) lorsque l’organe de perçage est en position haute.Supply device according to one of claims 1 to 10, wherein the first gas discharge opening (25) is formed in the tubular sleeve (23) at the lower end of the piercing member ( 22) when the piercing member is in the up position. Dispositif d’alimentation selon l’une des revendications 1 à 11, comportant un dispositif de dosage (40) comprenant une ouverture (41) de déversement d’alumine qui est distante de la seconde ouverture (27) d’introduction d’alumine. Supply device according to one of claims 1 to 11, comprising a metering device (40) comprising an opening (41) of alumina discharge which is distant from the second opening (27) for introducing alumina. Dispositif d’alimentation selon la revendication 12, dans lequel le dispositif de dosage (40) comprend un doseur (42) et une goulotte d’alimentation (43) permettant de diriger par écoulement gravitationnel l’alumine depuis l’ouverture (41) de déversement d’alumine jusque dans la seconde ouverture (27) d’introduction d’alumine.A feeder according to claim 12, wherein the metering device (40) comprises a metering device (42) and a feed chute (43) for directing alumina by gravitational flow from the opening (41) of the spilling alumina into the second opening (27) for introducing alumina. Dispositif d’alimentation selon la revendication 13, dans lequel la goulotte d’alimentation (43) est configurée de sorte à ce que l’écoulement gravitationnel de l’alumine sortant de l’ouverture (41) de déversement d’alumine comprend une composante directionnelle horizontale.A feeder according to claim 13, wherein the feed chute (43) is configured such that the gravitational flow of alumina exiting the alumina spill opening (41) comprises a component directional horizontal. Dispositif d’alimentation selon la revendication 14, dans lequel une plaque de déflection (29) est agencée au-dessus de la seconde ouverture (27) d’introduction d’alumine en regard de l’ouverture (41) de déversement de l’alumine.Feeding device according to claim 14, wherein a deflection plate (29) is arranged above the second opening (27) for introducing alumina opposite the opening (41) of discharge of the alumina. Cuve d’électrolyse (100) comprenant des anodes (4) plongées en partie dans un bain d’électrolyte (3), du produit de couverture (6) recouvrant les anodes (4) et le bain d’électrolyte (3), caractérisée en ce que la cuve (100) comprend un dispositif d’alimentation (10) en alumine selon l’une des revendications 1 à 15 et en ce qu’une portion inférieure du fourreau tubulaire (23) est introduite dans le produit de couverture (6).Electrolytic cell (100) comprising anodes (4) partially immersed in an electrolyte bath (3), covering material (6) covering the anodes (4) and the electrolyte bath (3), characterized in that the tank (100) comprises an alumina feed device (10) according to one of claims 1 to 15 and in that a lower portion of the tubular sheath (23) is introduced into the cover product ( 6). Cuve d’électrolyse selon la revendication 16, dans laquelle l’orifice du conduit (26) d’alimentation débouche dans le fourreau tubulaire (23) à une hauteur inférieure au niveau supérieur du produit de couverture (6).An electrolysis cell as claimed in claim 16, wherein the feed pipe opening (26) opens into the tubular sheath (23) at a lower height than the upper level of the cover product (6). Cuve d’électrolyse selon l’une des revendications 16 ou 17, dans laquelle le bord inférieur de la première ouverture (25) d’évacuation des gaz s’étend entre 5 et 30 cm au-dessus du niveau supérieur du produit de couverture (6). An electrolysis cell according to one of claims 16 or 17, wherein the lower edge of the first gas discharge opening (25) extends between 5 and 30 cm above the upper level of the roofing product ( 6).
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