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