La présente invention concerne une anode destinée à être utilisée pour la production d'aluminium par électrolyse et un procédé de fabrication de cette anode.

L'aluminium est produit industriellement à partir d'alumine par électrolyse selon le procédé de Hall-Héroult. A cet effet, on prévoit une cuve d'électrolyse munie d'un caisson en acier et d'un revêtement intérieur réfractaire. La cuve d'électrolyse contient une cathode en matériau carboné et un bain électrolytique constitué notamment de cryolithe. Le procédé de Hall-Héroult consiste à plonger partiellement un bloc carboné constituant l'anode dans ce bain électrolytique, l'anode étant consommée au fur et à mesure de l'état d'avancement de la réaction. Des moyens d'actionnement sont généralement prévus pour descendre l'anode dans la cuve d'électrolyse au fur et à mesure de sa consommation. Au fond de la cuve d'électrolyse se forme une couche d'aluminium liquide évacuée par aspiration ou siphonage.

Au cours de la réaction d'électrolyse, des gaz, notamment du dioxyde de carbone, sont produits et se dégagent à l'anode. Ces gaz tendent à s'accumuler au niveau de la partie inférieure de l'anode, ce qui a pour effet de diminuer la stabilité de la cuve d'électrolyse et d'augmenter la résistance électrique dans la cuve d'électrolyse.

Il est connu de pallier ces inconvénients en fabriquant des anodes comportant dans leur partie inférieure des rainures facilitant l'évacuation de ces gaz. Ces rainures peuvent être formées de différentes manières.

Ainsi, il est connu de produire des rainures en se servant de plaques d'acier soudées dans le fond du moule dans lequel est formée l'anode. Cependant, l'utilisation de ces plaques d'acier présente l'inconvénient de limiter la hauteur des rainures dans l'anode pour ne pas fragiliser celle-ci lors du démoulage. Pendant l'électrolyse, la durée d'existence des rainures est donc plus courte que la durée d'utilisation de l'anode. Les problèmes liés aux dégagements gazeux lors de l'électrolyse réapparaissent donc lorsque la partie de l'anode comportant les rainures a été entièrement consommée.

Il est également connu de produire des rainures dans une anode par sciage de l'anode. Cependant, le sciage est une opération chronophage et financièrement coûteuse, notamment en raison de l'usure rapide des lames. De plus, les vibrations mécaniques résultant de l'opération de sciage peuvent provoquer l'effritement, le fendillement, puis l'éclatement des anodes. Enfin, l'existence de rainures de forte hauteur présente l'inconvénient de fragiliser l'anode. Il existe donc un risque important que cette dernière se fende au cours de sa fabrication, de son transport ou de son stockage.

Aussi, la présente invention a pour but de fournir une autre manière de former une anode rainurée et de résoudre tout ou partie des inconvénients mentionnés ci-dessus.

A cet effet, la présente invention a pour objet un procédé de fabrication d'une anode, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes consistant à :

- disposer au moins un insert amovible à l'intérieur d'un moule,

- remplir le moule de pâte d'anode en matériau carboné, - compacter la pâte d'anode dans le moule,

- démouler la pâte d'anode ainsi compactée pour obtenir une anode crue en matériau carboné munie du ou des insert(s), chaque insert formant et délimitant une rainure.

L'invention présente l'avantage de permettre la fabrication de rainures dans une anode permettant de diminuer les risques de fissure ou d'affaissement de l'anode au cours de son démoulage, et au cours de son transport, de son stockage, de sa cuisson ou de sa manipulation. L'insert disposé dans les rainures et occupant l'espace qu'elles délimitent dans l'anode permet de compenser la fragilisation de l'anode due à l'existence de rainures. Les inserts permettent également d'augmenter les dimensions des rainures. L'augmentation de la hauteur des rainures permet d'accroître leur durée d'existence pendant la réaction d'électrolyse. L'apparition d'éventuels problèmes de stabilité dus à l'accumulation de bulles de gaz sous la partie inférieure de l'anode est ainsi retardée.

Le procédé de fabrication de l'anode comporte une étape supplémentaire consistant à cuire l'anode crue dans un four prévu à cet effet. De manière avantageuse, le procédé de fabrication d'une anode selon l'invention comporte également une étape supplémentaire consistant à retirer l'insert de l'anode cuite.

Cela permet d'éviter que l'insert ne pollue le bain électrolytique lorsque l'anode y est plongée. L'insert peut également disparaître par combustion et/ou par gazéification au cours de la cuisson des anodes. La présente invention a également pour objet une anode crue après démoulage en matériau carboné munie d'au moins une rainure, caractérisée en ce que l'anode comporte au moins un insert, chaque insert étant placé dans une rainure et occupant le volume défini par cette rainure à l'intérieur de l'anode. Ledit insert n'est pas solidaire ou lié au moule dans lequel l'anode crue est formée.

Il reste dans l'anode crue sortie du moule.

De manière avantageuse, au moins un insert comporte au moins une lumière et/ou découpe sur sa plus grande surface, chaque lumière et/ou découpe étant traversée par des ponts de matière carbonée reliant les parois internes de l'anode délimitées par chaque rainure.

Cette caractéristique présente l'avantage d'augmenter la quantité de carbone dans l'anode en permettant la création de ponts de matière entre les parois de l'anode délimitées par les rainures, et de limiter le risque d'affaissement de l'anode. Ainsi, la solidité et l'intégrité de l'anode s'en trouvent augmentées. Selon une autre caractéristique de l'anode selon l'invention, l'anode comporte une paroi latérale, au moins une rainure débouchant sur au moins un des côtés de la paroi latérale.

Selon une autre caractéristique de l'anode selon l'invention, l'anode comporte une paroi supérieure, au moins une rainure débouchant sur la paroi supérieure. Selon une autre caractéristique de l'anode selon l'invention, au moins un insert est en un matériau capable de supporter les forces de compaction et la température régnant dans le moule dans lequel l'anode crue est formée.

Selon une autre caractéristique de l'anode selon l'invention, le au moins un insert est en un matériau disparaissant par combustion et/ou par gazéification au cours de la cuisson des anodes ou pouvant être retiré après la cuisson des anodes.

Selon une autre caractéristique de l'anode selon l'invention, au moins un insert est en mousse plastique.

Selon une autre caractéristique de l'anode selon l'invention, au moins un insert est en carton. Selon une autre caractéristique de l'anode selon l'invention, au moins un insert comporte des moyens de maintien dans une position debout. Selon une autre caractéristique de l'anode selon l'invention, les moyens de maintien en position debout comportent au moins une patte.

Selon une autre caractéristique de l'anode selon l'invention, au moins un insert présente une forme apte à le maintenir dans une position debout. L'invention a également pour objet une anode cuite en matière carbonée munie d'au moins une rainure, chaque rainure étant traversée par au moins un pont de matière carbonée reliant les parois internes de l'anode délimitées par chaque rainure.

Selon une autre caractéristique de l'anode selon l'invention, l'anode comporte au moins un insert en carton carbonisé lors de l'opération de cuisson de l'anode, chaque insert étant disposé à l'intérieur d'une rainure.

On comprendra mieux les buts, aspects et avantages de la présente invention d'après la description donnée ci-après d'un mode de réalisation de la présente invention, donné à titre d'exemple non limitatif, en se référant aux dessins annexés dans lesquels :

- La figure 1 est une vue en section transversale d'une cuve d'électroiyse comprenant une anode selon un mode de réalisation de l'invention,

- La figure 2 est une vue schématique en perspective d'une anode selon un mode particulier de réalisation de l'invention,

- Les figures 3, 4, 5 et 6 sont des vues schématiques de face de différents inserts équipant les anodes selon l'invention, - La figure 7 est une représentation schématique d'un vibrocompacteur permettant la fabrication d'une anode selon l'invention,

- La figure 8 est une vue schématique en perspective d'un moule permettant la fabrication d'une anode selon un mode particulier de réalisation de l'invention,

- Les figures 9 et 10 sont des vues schématiques, respectivement en perspective et de dessus, d'un insert d'une anode selon un mode particulier de réalisation de l'invention,

- Les figures 1 1 et 12 sont des vues schématiques de dessus de différents inserts pouvant équiper une anode selon l'invention,

- La figure 13 est une vue schématique de dessous d'une anode selon un mode particulier de réalisation de l'invention, - La figure 14 est une vue schématique d'un moule dans lequel est disposé un insert d'une anode selon un mode particulier de réalisation de l'invention,

- Les figures 15, 16, 17, 18 et 19 sont des vues schématiques en perspective d'anodes selon des modes particuliers de réalisation de l'invention, - Les figures 20, 21 , 22, 23, et 24 sont des vues de face de différentes anodes selon l'invention,

- La figure 25 est une vue de profil d'une anode cuite selon un mode particulier de réalisation de l'invention.

La figure 1 représente une cuve d'électrolyse 1 permettant la production d'aluminium à partir d'alumine. La cuve d'électrolyse 1 comprend un caisson métallique 2, par exemple en acier. Le caisson métallique 2 est garni intérieurement par des matériaux réfractaires 3, 4, par exemple des briques réfractaires. La cuve d'électrolyse comporte également un ensemble cathodique 5 en matériau carboné et une pluralité d'ensembles anodiques 6. Les ensembles anodiques 6 comprennent une anode 7 en matériau carboné précuit, l'anode 7 étant destinée à être consommée au fur et à mesure de la réaction d'électrolyse dans un bain d'électrolyte 8 comportant notamment de la cryolithe et de l'alumine. Une couverture 9 d'alumine et de bain broyé recouvre généralement le bain d'électrolyte 8 et au moins partiellement les anodes 7. L'ensemble anodique 6 comprend également une tige 10 liée à l'anode 7 par un organe de liaison 1 1 . Cet organe de liaison 1 1 est généralement appelé multipode. L'organe de liaison 1 1 comporte des goujons ancrés dans l'anode 7. Les ensembles anodiques 6 sont liés mécaniquement à une structure porteuse 12. Des moyens d'actionnement, non représentés, permettent la mise en translation verticale des ensembles anodiques 6 pour plonger l'anode 7 dans le bain d'électrolyte 8 au fur et à mesure que l'anode 7 est consommée. Au cours de la réaction d'électrolyse, une nappe d'aluminium liquide 13 se forme. La cuve d'électrolyse comporte également des barres conductrices 14 servant à l'acheminement du courant d'électrolyse.

La figure 2 représente une anode 7' selon un mode particulier de réalisation de l'invention.

L'anode 7' est de forme sensiblement parallélépipédique et comporte une paroi supérieure 20, une paroi inférieure 21 et une paroi latérale 22 comportant quatre côtés. La paroi inférieure 21 de l'anode 7' comporte une pluralité de rainures 23. Chaque rainure 23 débouche sur la paroi latérale 22 ou sur la paroi supérieure 20 afin de permettre l'évacuation des bulles de gaz. Une rainure 23 peut déboucher sur un unique ou sur plusieurs côtés différents (de préférence opposés lorsqu'ils ne sont que deux) de la paroi latérale 22 ou de la paroi supérieure 20, comme cela est visible sur les figures 20 à 24. Les rainures 23 permettent l'évacuation des gaz formés au cours de la réaction d'électrolyse. Sans les rainures 23, les bulles de gaz tendraient à s'accumuler sous l'anode 7', diminuant la stabilité de la cuve d'électrolyse. L'anode 7' crue comporte alors en outre des inserts 24. Chaque insert 24 est disposé à l'intérieur d'une rainure 23 et occupe le volume défini par la rainure 23 à l'intérieur de l'anode 7'. Les inserts 24 permettent de limiter le phénomène de fragilisation de l'anode 7' dû à la présence des rainures 23, lors du démoulage, du stockage, du transport, de la cuisson et de la manipulation de l'anode T crue. Ainsi, la présence des inserts 24 offre la possibilité de produire des rainures 20 présentant une hauteur plus élevée que celle qui serait obtenue par des techniques telles que le sciage ou l'utilisation de plaques d'acier dans un moule servant à former l'anode 24. Il en résulte une durée d'existence plus longue des rainures et de leur effet bénéfique lorsque l'anode est consommée dans la cuve d'électrolyse. Les inserts 24 peuvent être réalisés en carton, notamment à base de cellulose ou de pâte de bois. Les inserts 24 peuvent également être réalisés en mousse plastique rigide, notamment du type polyisocyanurate.

Comme cela est représenté sur les figures 3 à 6, les inserts 24 peuvent comporter des lumières 25 et/ou des découpes 26 sur leur plus grande surface. Ces lumières 25 et/ou découpes 26 permettent la création de ponts 38 de matière carbonée à l'intérieur des rainures 23 au cours du moulage de l'anode 7' crue. Les ponts 38 de matière carbonée traversent les rainures 23 et relient deux parois internes de l'anode (crue ou cuite) délimitées par les rainures 23. Les ponts 38 de matière permettent d'améliorer l'intégrité physique des anodes crues et cuites pendant leur transport, leur stockage, leur cuisson (dans le cas d'anodes crues) et leur manipulation. Cela permet également de faire monter les rainures de manière plus profonde dans l'anode. De plus, la présence de ponts 38 de matière à l'intérieur des rainures 23 permet d'augmenter la quantité de carbone de l'anode, sans pour autant diminuer sensiblement le libre parcours moyen des bulles de gaz pour rejoindre une rainure 23 et s'évacuer. Plusieurs exemples de configuration des ponts 38 de matière dans une anode (crue ou cuite) sont présentés sur les figures 15 à 19. La figure 25 montre en vue de côté l'anode cuite de la figure 19 et les ponts 38 de matière traversant la rainure 23.

La description qui suit explique le procédé de fabrication des anodes selon le mode particulier de réalisation décrit. De la pâte d'anode 30 composée essentiellement de carbone est introduite dans un moule 31 puis compactée afin de lui donner une certaine cohésion. Le compactage de la pâte d'anode 30 est obtenu notamment à l'aide d'un vibrocompacteur visible sur la figure 7. De manière classique, comme cela est représenté schématiquement sur la figure 7, le vibrocompacteur comporte une table vibrante 32 liée à un support 33 par des ressorts 34. Sur la table vibrante 32 est placé le moule 31 destiné à accueillir la pâte d'anode 30 à compacter. Une fois la pâte d'anode 30 mise en place à l'intérieur du moule 31 , une masse 35 servant de couvercle est disposée sur la pâte d'anode 30 à compacter. Des arbres 36 munis de balourds permettent, une fois actionnés, de faire vibrer l'ensemble à une fréquence prédéterminée.

Une fois la pâte d'anode 30 compactée, celle-ci est démoulée. Bien que cela ne soit pas représenté, le moule comporte généralement au moins une paroi latérale qu'il est possible de soulever. Ainsi, une poussée latérale permet alors de dégager la pâte d'anode compactée du moule. La pâte d'anode compactée et démoulée forme une anode « crue » . On fera bien la distinction par la suite entre les anodes « crues » et les anodes ^« cuites ^» . Les premières sont obtenues après une première étape de moulage/démoulage décrite ci-dessus, alors que les secondes sont obtenues après une étape supplémentaire de cuisson décrite ci-après. Il est à noter que les anodes 7 plongées dans la cuve d'électrolyse 1 sont des anodes cuites. Afin de réaliser une anode 7' selon l'invention, des inserts 24 amovibles sont placés à l'intérieur du moule 31 , comme cela est visible sur la figure 8.

La pâte d'anode 30 est ensuite versée dans le moule 31 , entourant et recouvrant ainsi les inserts 24 présents dans le moule 31 . Lors du démoulage, les inserts 24 restent solidaires non pas du moule 31 , mais de la pâte d'anode 30 compactée. Ainsi, l'anode 7' crue tout juste formée comporte des inserts 24.

On aura compris que les inserts 24 préalablement disposés dans le moule 31 auront permis la production des rainures 23. Le fait que les inserts 24 restent solidaires de l'anode 7' crue lors du démoulage diminue sensiblement la fragilité de celle-ci. Cela permet d'augmenter la hauteur des rainures 24, par rapport à la hauteur des rainures classiquement produites à l'aide de plaques d'acier soudées dans le fond du moule 31.

Alors que la hauteur des rainures formées par ces plaques d'acier, aussi appelées lames, est souvent limitée à la moitié de la hauteur de l'anode (pour ne pas fragiliser l'anode, et parce que le démoulage est une opération délicate à l'interface lame/pâte carbonée), la hauteur des rainures formées grâce à un insert se séparant du moule 31 en devenant solidaire de l'anode 7' crue dépasse cette limite, et par exemple, peut atteindre au moins les deux tiers de la hauteur de l'anode 7'.

Comme cela a été précédemment décrit et est représenté sur les figures 3 à 6, les inserts 24 peuvent comporter des lumières 25 et/ou découpes 26. Ainsi, lors du compactage de la pâte d'anode 30 dans le moule 31 , des ponts 38 de matière se forment au travers des lumières 25 et/ou découpes 26. Ces ponts 38 de matière réalisent la jonction entre les parois de l'anode 7' crue espacées de la largeur d'une rainure 23. Comme cela a été mentionné, ces ponts 38 de matière permettent notamment d'améliorer l'intégrité physique des anodes crues après le démoulage lors de leur transport, de leur stockage, de leur cuisson et de leur manipulation, et d'augmenter la quantité de carbone présente dans l'anode crue en comparaison avec la quantité de carbone que comporterait l'anode crue si les inserts 24 étaient « pleins », c'est-à-dire non perforés.

L'anode 7' crue obtenue à l'issue du démoulage comporte les inserts 24. L'anode 7' crue est ensuite cuite dans un four, notamment du type décrit ci-après. Le four comprend une enceinte extérieure calorifugée pouvant comporter des murs transversaux délimitant des chambres. Le four est aussi pourvu de cloisons chauffantes creuses formant des alvéoles destinées à recevoir les anodes pour leur cuisson. Lorsque les anodes ont été empilées dans les alvéoles et avant leur cuisson, un matériau de remplissage granulaire ou pulvérulent, appelé « poussier » , est introduit dans les alvéoles. Ce matériau permet de protéger les anodes lors de leur cuisson, notamment de l'oxydation qu'elles pourraient subir en raison de la température de cuisson élevée, à savoir de l'ordre de 1200°C. Les inserts 24 présents dans les rainures 23 évitent le bourrage des rainures 23 par le poussier. En effet, le poussier présent dans les alvéoles tend à s'introduire dans les rainures 24 durant le remplissage des alvéoles et la cuisson des anodes 7'. Il est ensuite nécessaire de retirer le poussier introduit dans les rainures 23, car il pourrait contaminer le bain électrolytique 8 une fois l'anode 7' introduite dans la cuve d'électrolyse 1. Cependant, cette opération est difficile et prend du temps. La présence d'un insert 24 dans les anodes T crues présente donc l'avantage d'empêcher le poussier de s'introduire dans les rainures 23. Une fois les anodes cuites, celles-ci sont refroidies et évacuées hors des alvéoles.

Les inserts sont formés avantageusement en un matériau capable de supporter les forces de compaction et la température régnant dans le moule dans lequel l'anode crue est formée. Les inserts sont de plus avantageusement formés en un matériau disparaissant par combustion et/ou par gazéification au cours de la cuisson des anodes ou pouvant être retiré après la cuisson des anodes.

Nous avons vu que les inserts 24 peuvent être notamment en mousse ou en carton. Lors de l'étape de cuisson, les inserts 24, lorsqu'ils sont en carton, brûlent et se carbonisent. L'avantage d'utiliser des inserts 24 en carton réside notamment dans le fait que le carton est un matériau économique, qui se trouve facilement, et qui se transforme en carbone lors de la cuisson. Les inserts 24 en carton carbonisé peuvent être conservés dans les anodes plongées dans les cuves d'électrolyse. Il est également possible de retirer les inserts 24 avant de plonger les anodes 7' cuites dans les cuves d'électrolyse. En effet, les inserts 24 carbonisés peuvent polluer le bain électrolytique 8 au cours de la réaction d'électrolyse. Un des avantages de disposer d'inserts 24 en carton réside dans le fait qu'ils peuvent se retirer très aisément à la fin de la cuisson, du fait qu'ils rétrécissent lors de la cuisson de l'anode 7' crue et ont tendance à s'effriter. De plus, lorsque ces inserts 24 comportent des lumières 25 ou des découpes 26, leur retrait des rainures 23 est facilité, car ils ont tendance à se fracturer lors de la cuisson du fait de leur rétrécissement et de la présence des ponts 38 de matière. Une fois les inserts 24 retirés, les rainures 23 ne sont plus obstruées et peuvent remplir leur fonction d'évacuation des bulles de gaz formées pendant la réaction d'électrolyse. L'avantage d'utiliser des inserts 24 en mousse est que la mousse brûle et/ou se gazéifie au cours de la cuisson des anodes et que la rainure 23 est propre. On utilise de préférence des mousses résistantes à des températures de 150°C, qui peuvent être atteintes par la pâte carbonée au cours du compactage, et qui s'évaporent à des températures inférieures à 1000°C, température atteinte dans le four. Les inserts 24, mousse ou carton, doivent être suffisamment rigides et solides pour ne pas s'effondrer au cours de l'introduction de la pâte carbonée dans le moule 31 . L'épaisseur des inserts (et par conséquent celle des rainures 23) peuvent avantageusement varier de 3 mm à 3 cm.

Comme cela est visible sur les figures 9 et 10, le ou les insert(s) 24 peut comporter des moyens de maintien en position debout, par exemple des pattes 37. Les pattes 37 permettent à l'insert 24 ou aux inserts 24 de se tenir debout dans le moule 31 , par exemple dans une position verticale. Les pattes 37 peuvent être réalisées par découpage et pliage d'une partie d'un insert 24. Le ou les insert(s) 24 peuvent également présenter une forme apte à le maintenir droit à l'intérieur du moule 31 , par exemple une forme en croix, ou une forme ondulée ou en étoile, visibles sur les figures 1 1 et 12. Comme cela est visible sur la figure 13, la rainure 23 peut présenter une forme d'étoile. Dans l'exemple de la figure 13, l'une des branches de cette étoile débouche sur la paroi latérale 22 d'une anode selon un mode de réalisation de l'invention, afin de permettre l'évacuation des bulles de gaz s'accumulant sous l'anode. Le moule 31 peut comporter des moyens de support du ou des insert(s) 24 pour un maintien correct en position à l'intérieur du moule 31 , notamment lors de l'introduction et du compactage de la pâte d'anode 30 dans le moule 31. Comme cela est montré sur la figure 14, les moyens de support peuvent être réalisés par au moins un organe de support 39 disposé à l'intérieur du moule 31 , l'organe de support 39 comportant une rainure destinée à recevoir un insert 24. Dans l'exemple de la figure 14, l'organe de support 39 présente une section en L.

Il va de soi que l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits ci- dessus à titre d'exemples mais qu'elle en embrasse au contraire toutes les variantes de réalisation.