ENCYCLOPÉDIE DE LA RECHERCHE SUR L’ALUMINIUM AU QUÉBEC 2013 | Page 15
PRODUCTION DE L’ALUMINIUM
ALUMINIUM PRODUCTION
13
DÉGRADATION DES INTERFACES CATHODIQUES D’UNE CELLULE DE PRODUCTION D’ALUMINIUM
DEGRADATION OF CATHODIC INTERFACES OF AN ALUMINIUM PRODUCTION CELL
Martin Brassard1, Marc-André Coulombe1,
Alireza Hekmat1, Loig Rivoaland2, Martin Désilets1, Gervais Soucy1
1
Département de génie chimique et biotechnologique, Université de Sherbrooke
2 Centre de recherche et développement d’Arvida, Rio Tinto Alcan
Méthodologie
Mise en contexte
Interfaces cathodique des cuves d’électrolyse
Analyses des dépôts solidifiés
(Carbone/Aluminium)
d’aluminium
CVD augmente au cours du temps
• Microscopie optique (MO)
• Microscopie électronique à balayage (MEB)
• Cartographie élémentaire par fluorescence X (EDS)
CVD / Voltage (V/V)
Hypothèse = formation de dépôts aux interfaces?
Phénomène étudié dans la
littérature, mais …
Mécanismes de
formation peu compris
Difficile de les relier aux
paramètres d’opération
0,14
0,13
0,12
0,11
0,1
0,09
0,08
0,07
0,06
• Diffraction des rayons X (DRX)
• Quantification de l’oxygène par
analyse élémentaire (LECO)
• Quantification de la phase
amorphe par Rietveld
Broyage
0
500
1000
1500
Temps (jours)
2000
2500
Analyses des dépôts solidifiés
(Carbone/Fonte)
Côté 1
Centre
Côté 2
• Microscopie optique (MO)
• Microscopie électronique à balayage (MEB)
• Cartographie élémentaire par fluorescence X (EDS)
Objectif: Comprendre les phénomènes qui se produisent
autour des interfaces cathodiques
Résultats et discussion
Interface Carbone/Aluminium
Interface Carbone/Fonte
Alumine sous forme de plaquettes hexagonales
MEB
Diamètre = 10 – 200 µm
Épaisseur = 1 – 15 µm
EDS
Formation d’un alliage Fe-Al et diffusion du bain
MO
EDS-MEB
O
Couche carbone-aluminium
Dépôts 28-66 µm
Aluminium
Dépôts
12-60 µm
EDS
Carbone
Fonte
200 µm
50 µm
5 mm
Dépôts
1-2 mm
250 µm
C
F
Mélange
bain/métal
Al
Composition chimique des dépôts (DRX)
Na3AlF6
(%)
78 ± 11
CaF2
(%)
5±1
AlF3
(%)
5 ±3
Al2O3
(%)
12 ± 8
Amorph.
(%)
26 ± 12
Couche
intermédiaire
Cryolite
Ratio
2.6 ± 0.3
100 µm
Fe
Si
Al
C
P
Na
Conclusions
• La caractérisation par EDS-MEB a permis d’identifier deux
phénomènes importants pouvant potentiellement affecter la CVD
(Formation de plaquettes d’alumine et couche C-Al).
• Les mesures de composition chimique par DRX pourraient
permettre de quantifier la résistivité des dépôts.
• La diffusion d’aluminium et de bain à la surface de la fonte
transforme sa structure et ses propriétés.
• Les effets de cette transformation (positives ou négatives) sur la
CVD est en cours d’investigation.
Martin Brassard
Marc-André Coulombe
Alireza Hekmat
Martin Désilets
Gervais Soucy
Département de génie
chimique et biotechnologie,
Université de Sherbrooke
Loig Rivoaland
Centre de recherche et
développement Arvida,
Rio Tinto Alcan
Références
• Geay, P. Y., Welch, B. J. et Homsi, P. Sludge in Operating Aluminium Smelting Cells, TMS Annual Meeting (2001), p. 541-547.
• Stagg, J. A., Reduction Cell Collector Bars – Interraction with Operating Environment and Influence on Cell Operation, TMS Annual Meeting (1981), p. 397-406.
• M. Sørlie and H. A. Øye, Cathodes in Aluminium Electrolysis, 3rd edition (2010), Aluminium-Verlag, Düsseldorf, 662 p.
Journée des étudiants – REGAL
Cathode voltage drop (CVD) increase in aluminum production cell is a known
L’augmentation de la chute de voltage cathodique (CVD) dans les cuves de
Palais des congrès connu. Le principal 22 octobre phenomenon. The main suspect to explain this increase is the aluminum/carbon
production d’aluminium est un phénomène bien de Montréal, QC, Canada,suspect 2013
and the carbon/cast iron contact degradation. The chemical mechanisms around
pour expliquer cette hausse est la dégradation des contacts aux interfaces
this deterioration are not well known. The main focus of this p ɽ