CALCUL D'UNE INSTALLATION

Connaissant le nombre des bains, leur résistance et la surface d'électrodes, on pourra calculer le potentiel et la force motrice nécessaires pour une production donnée.

M. Fontaine donne, pour les solutions de sulfate de cuivre, la résistance spécifique suivante (par centimètre cube) :

Solution à io° Baume, à la température de 25° C. . 25 ohms.

Solution à i8° Baume et à 20 C 20 »

Solution à 18 additionnée de 1 pour 100 d'acide et

chauffée à 25° 1 5 »

La distance des électrodes varie de 3 cm à r ] cm . Il y a intérêt à la réduire, mais on ne descend guère au-dessous de 5 cm , parce que les boues détachées des anodes pourraient venir tomber sur les cathodes. Si l'on adopte cette distance, pour avoir la résistance d'un bain, on multipliera la résistance spécifique par 5 et l'on divisera par le nombre de centimètres carrés de surface totale des anodes : ainsi, pour i mq , on aurait

{') Voir ci-dessous les dimensions usuelles.

îkô d'ohm en moyenne. On multipliera parle nombre de bains en tension pour avoir la résistance totale.

Les dimensions des électrodes sont limitées de manière à les rendre suffisamment maniables. Dans les grandes affineries, on emploie des anodes de 6o cm de large sur 9o cm de hauteur, et de i5 cm à 2o cm d'épaisseur. Elles peuvent peser environ ioo k &. La longueur des bacs varie de i m à 3 m , ils contiennent 10 à 12 anodes et, par suite, la surface utile peut varier de io m *

Dans une affinerie américaine employant 3oo bains en série, à 2o m< i de surface d'électrodes chacun, la résistance du liquide est de o ohm ,i2. Il faut ajouter : la résistance des conducteurs, environ o obm ,oi ; la résistance intérieure de la machine, o ohm ,oo2; des résistances accessoires aux contacts qui, dans une installation bien entretenue, sont à peu près négligeables.

La résistance étant connue permettra de calculer le voltage, d'après la production qu'on veut obtenir ou la densité de courant qu'on choisit. Dans l'exemple précédent, si l'on veut marcher à 20 ampères par mètre carré, le courant total devra être de 4°° ampères et le voltage de4ooXo, ï3 ou 52 volts. Le poids de cuivre déposé par ampère-heure est théoriquement de i gr ,i8, soit 3o* r par ampère et par jour. On obtiendrait donc i2 k * par bain ou 36oo kg dans la série de 3oo. Le rendement réel sera inférieur de 5 à 10 pour 100. Si Ton marche à 80 ampères par mètre carré, soit 1600 en tout, la production sera quatre fois plus forte, et le voltage total atteindra 208 volts. Le travail consommé, qui est mesuré par le produit des volts par les ampères, deviendra seize fois plus fort. Ainsi la dépense d'énergie par kilogramme de cuivre sera d'environ 1 cheval-heure, tandis qu'elle eût été de \ de cheval à marche lente. L'installation, en tenant compte du rendement, exigera un moteur de 600 chevaux pour une production journalière de i5 tonnes, et, dans le premier cas, il n'aurait fallu que 5o chevaux pour faire 3*, 5.

Il semble au premier abord que la marche lente serait préférable. Mais les frais d'installation et le poids de cuivre immobilisé seront les mêmes dans les deux cas. Le poids des électrodes représente environ 600 tonnes ayant une valeur de

6ooooo fr , dont on comptera l'intérêt à 5 pour ïoo. L'installation peut coûter 4ooooo fr , qu'il faut amortir à 10 pour ïoo. Le prix de revient sera grevé d'une somme annuelle de 7oooo fr à répartir sur 5ooo tonnes dans le cas de la marche rapide, soit i4 fr . Le coût de la force motrice, à i fr par cheval et par jour, sera de 4<> fr par tonne.

Avec la marche lente, une partie des frais d'installation resteront les mêmes : on n'économisera que sur les moteurs et les dynamos. L'ensemble pourra être réduit à 25oooo fr . Les amortissements et intérêts seront de 55ooo fr par an à répartir sur i ïoo tonnes, soit 5o fr par tonne, le coût de la force motrice tombera à i-2 fr . On aura, pour ces deux articles, 62 fr au lieu de 54 fr .

Il y a donc avantage à forcer la production, d'autant plus que les autres dépenses, dont nous n'avons pas tenu compte, ne sont pas toutes proportionnelles au poids de cuivre déposé. Les frais généraux, notamment, seront plus lourds pour une usine peu productive.

Cet avantage serait encore plus marqué si l'on utilisait des forces hydrauliques, avec lesquelles le coût du travail moteur serait quatre ou cinq fois moindre. Jusqu'à présent la plupart des affineries marchent à la vapeur : elles ont été établies comme annexes à des usines déjà existantes et ont, en Europe, des productions assez faibles. En Amérique, on a construit de grandes affineries, produisant beaucoup plus, et on a réalisé un abaissement notable du prix de revient. Il serait rationnel d'installer les grandes usines de ce genre auprès de forces naturelles, et il est probable qu'on réduirait alors le prix de revient de telle manière qu'il ne serait plus très supérieur à celui de l'affinage ordinaire.

Choix des machines, — Au début on a employé des machines à basse tension et, par suite, un nombre de bain relativement faible. Aujourd'hui on multiplie le nombre des bains, et l'on emploie des machines à potentiel plus élevé. En dehors des rendements plus favorables, ce système offre l'avantage de diminuer l'importance relative des courts circuits qui peuvent paralyser momentanément un bain ,

APPLICATIONS DE L ELECTROLYSE A LA METALLURGIE. 27

Dans les affineries d'Europe citées par M. Fontaine, le nombre de bains ne dépasse pas en général 120, et la différence de potentiel totale est de i5 à 3o volts, avec des intensités de 3oo à 1000 ampères, suivant la surface des bains et la densité admise pour le courant.

En Amérique on emploie des potentiels plus élevés et des densités plus fortes. M. Maurice Barnett indique comme type des machines de 120 volts et i5oo ampères, actionnant 3oo bains. On voit que le potentiel par bain est plus élevé, 0,4 au lieu de o, 2 ; la densité du courant sera donc double à surface égale; aussi la dépense de force est plus grande, mais la production bien plus considérable pour le même nombre de bains. Ces machines coûtent environ i25 fr par kilowatt et peuvent donner un rendement de 90 pour 100.

Les dynamos construites en vue de l'électrolyse doivent être combinées pour marcher à vitesse modérée, 200 à 3oo tours, caril estimportant d'éviter les dérangements. Toutes les pièces essentielles doivent être faciles à remplacer. Les commutateurs doivent être divisés en segments qu'on peut remplacer isolément.

Pour calculer le moteur nécessaire, il faut tenir compte du rendement électrique et du rendement mécanique. Le poids de cuivre réellement déposé n'est pas égal au poids théorique calculé d'après le nombre d'ampères; le rapport atteint au maximum 96 pour 100 et peut être inférieur à 90; il baissera à mesure qu'on emploiera du cuivre impur. Le rapport entre la puissance effective El et le travail dépensé dépasse rarement 90 (quoiqu'il atteigne parfois 95) : il peut descendre à 80 et même au-dessous si la machine n'est pas bien adaptée aux conditions d'installation des bains, si elle n'est pas parfaitement entretenue. On devra donc compter un rendement total d'au plus 80 pour 100. En d'autres termes, si l'on a calculé El, d'après la quantité de cuivre à déposer, au moyen des formules

au lieu de prendre pour la force en chevaux du moteur le

ET El FT

nombre théorique — ^> H faudra prendre •* — ou même -=?— • 74b 000 5oo