Le merveilleux monde de l él. électrolyse. Martin DésiletsD Avril 2007

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René Gignac
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1 Le merveilleux monde de l él électrolyse Martin DésiletsD Avril 2007

3 Production Al au Canada

4 Production Al au Canada Producteurs Production d'aluminium de première fusion au Canada Capacité de production en 2002 Localités Capacité (tonnes métriques) ALCAN INC. Au Québec : Alma Beauharnois Grande-Baie Jonquière Laterrière re Shawinigan En Colombie-Britannique : Kitimat Total Alcan (tm) ALCOA Aluminerie de Bécancour Inc. Aluminerie de Baie-Comeau Aluminerie des Deschambault S.E.N.C. Bécancour Baie-Comeau Deschambault Total Alcoa (tm) ALUMINERIE ALOUETTE Inc. permission de l Association de l Aluminium du Canada Sept-Iles Grand total (tm)

5 Procédé Hall-Héroult Électrolyse de Al 2 O 3 dissoute dans un bain de sels fluorés, dans un réacteur r à 950 C C < T < 990 C Procédé breveté de façon indépendante en 1886 en France par Paul Louis Toussaint HéroultH aux États-Unis par Charles Martin Hall De 1900 à 1999, production mondiale de l aluminium passe de 8000 t à 24 Mt D autres procédés s existent; la plupart ne sont pas encore matures du point de vue industriel (réduction carbothermique,, cellule bipolaire, etc.).

6 Procédé Hall-Héroult Procédé utilisant 3 matières premières: res: énergie électrique, carbone et alumine (Al ) Consommation d éd énergie électrique entre à kwh/t Al. Consommation théorique de carbone de 333 kg/t Al en supposant la réaction r globale: 2Al C 4Al + 3CO 2 Consommation réelle r de C entre 400 et 420 kg/t d Al, d en prenant en compte le rendement Faraday.

7 Aspects environnementaux Consommation importante d éd énergie électrique Émission de gaz à effet de serre (CO 2, CF 4, C 2 F 4 ) Chaque t d Al d génère g environ 25 kg de brasques usées Al produit léger l et résistantr Alléger la masse de véhicules v routiers et des avions: diminution de la consommation d éd énergie et réduction r émission de GES Fabrication de produits de consommation recyclables

8 Aspects environnementaux Solution: réduction r des émissions à la source Cathode drainée Anode inerte: matériaux céramiques, c cermet, métalm Améliorer conception des cuves 1 Efficacité énergétique Prolongée dur e durée e de vie des cuves: augmenter la durée e de vie de 1000 jours réduirait r de 40% le tonnage de brasques usées Besoin de comprendre les phénom nomènes nes multi- physiques de la cuve et mettre au point des outils de conception (optimiser le procédé et préparer parer la venue de nouvelles technologies et matériaux) 1 1 Carte routière technologique de l industrie canadienne de l aluminium

9 Cuve de Hall-Héroult Figure tirée de la thèse de doctorat de D. Richard (2004), ULaval ASPECTS THERMOMÉCANIQUES DE LA MODÉLISATION PAR ÉLÉMENTS FINIS DU PRÉCHAUFFAGE ÉLECTRIQUE D'UNE CUVE DE HALL-HÉROULT : LOIS CONSTITUTIVES, CONCEPTION ORIENTÉE-OBJET ET VALIDATION.

10 Introduction: Hall-Héroult Cell Composantes électriques principales Partie anodique: barres omnibus en Al connectées es aux anodes de C, elles-mêmes immergées es dans le bain électrolytique (AlF3 NaF) Liquides: électrolyte flotte sur nappe d Al d fondu Partie cathodique : courant électrique qui passe au travers des blocs de carbone précuits et qui quitte la cellule d électrolyse par les barres d aciers, d elles-mêmes reliées es au réseau de barres omnibus reliant les cuves entre elles. La structure d acier d (caisson et berceaux) est remplie de matériaux réfractaires r dans une configuration multicouche

11 Cuve de Hall-Héroult Cell Alumine est alimentée e de façon semi-continue à l aide de casseurs-alimenteurs alimenteurs Aluminium liquide produit par électrolyse s accumule s dans la cavité formée e par les blocs cathodiques et les réfractaires. r Le métal m produit est périodiquement p siphonné et transféré au centre de coulée e pour les opérations de purification et de première transformation. Les gaz de procédé sont traités s (épuration( à sec) avant d être d rejetés à l atm

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