Technicien supérieur

Pages: 11 (2739 mots) Publié le: 1 juin 2012
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Principe[modifier]

Schéma de la cuve d'électrolyse
L'alumine est dissoute dans un bain fluoré d'électrolyses entre 950 °C et 1 000 °C suivant la réaction (simplifiée) suivante :

Suivant le principe de l'électrolyse, un courant électrique continu circule entre l'anode (pôle + ) et la cathode (pôle -). L’aluminium se forme à la cathode, oùil coalesce dans une nappe d’aluminium liquide, selon la réaction :

En pratique, il faut plusieurs milliers d'ampères pour produire une quantité significative d'aluminium : environ 7,65 kgd'aluminium par cellule par jour et par millier d'ampères.

À l’anode en carbone, le dioxyde de carbone gazeux se dégage sous forme de grosses bulles qui s’échappent dans l’atmosphère :

La réaction globales'écrit :

Le bain est ici considéré comme un électrolyte dans lequel se dissout l'alumine et ne tient aucun rôle dans les réactions.
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Détail[modifier]
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Le bain d'électrolyse[modifier]
La cryolithe est un composé défini de NaF (60 %pds) et AlF3 (40 %pds). Il existe deux types de bainscryolithiques:
* Les bains basiques, mélanges de cryolithe et de NaF (NaF>60 % et AlF3 < 40 %pds),
* Les bains acides, mélanges de cryolithe et d'AlF3 (NaF<60 % et AlF3 > 40 %pds).
Cette acidité en sel fondu est une acidité au sens de Lewis1. Selon Lewis, un acide possède un atome susceptible de se fixer sur un doublet électronique libre alors qu'une base de Lewis est une espècechimique possédant un doublet libre (aussi appelé doublet non liant). Ici la molécule acide est le fluorure d'aluminium AlF3. On y définit aussi un pF=-log([F-]) par analogie au pH ou pOH. Les professionnels parlent en termes de Cryolithe Ratio (CR=NaF(%mol)/AlF3(%mol)) ou (BR) Bath Ratio.
Le bain d'électrolyse est constitué principalement de :
* un fluorure d'aluminium et de sodium : lacryolithe. Elle représente environ 80 % de la masse du bain d'électrolyse. La cryolite a comme composition : (AlF3, 3NaF). Initialement extraite au Groenland elle est désormais en majorité synthétique. La cryolithe a son point de fusion à 1 010 °C sous 1atm.
* En fonction de l'acidité: du fluorure d'aluminium AlF3 ou de sodium NaF. Représente environ 10 % de la masse du bain d'électrolyse.
* Dufluorure de calcium : CaF2 qui est pratiquement inerte mais baisse les pressions partielles des composés du bain d'où une diminution de l'évaporation du bain et une minimisation de l'insertion de sodium dans la cathode. Représente environ 5 % de la masse du bain d'électrolyse.
La composition ionique du bain serait donc : Na+, F-, AlF3, AlF4-, et AlxOyFz3x-2y-z.
Étant donné que tous les composantsde l'électrolyte sont (sans exceptions) ioniques et complexes il n'existe pas de théorie permettant la description des composants du bain. Pourtant les spécialistes utilisent la formule AlXOYFZ3x-2y-z plus proche de la réalité que Al3+, O2- et F-.
Un point important dans la composition du bain est sa densité. La densité du bain est en général proche de 2 ce qui permet de faire couler au fond de lacellule l'aluminium métal de densité 2,3 sous la forme liquide à la température d'électrolyse.
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Réactions à l'anode[modifier]
Il existe deux types de cuves électrolytiques. Celle présentée dans la figure ci-dessus est appelée cuve à anodes précuites, désormais ce type de cuve est majoritaire. L'autre type de cuve est appelé cuve Söderberg danslaquelle la cuisson de l'anode se fait in situ. Cette cuve est de moins en moins utilisée car en plus de polluer plus elle génère de moins bons rendements. L'anode est en carbone. Elle est fabriquée à l'aide de coke de pétrole calciné (coke de brai) et brai de houille.
À l'anode, on a la réaction suivante :

On a également la réaction secondaire suivante :

Une réaction néfaste pour la...
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