«Chimie des bains pour l électrolyse de l'aluminium : étude RMN haute température et modélisation.» Doctorante: Kelly Machado Directrice de thèse: Catherine Bessada Benjamin Cantais Riad Benchekra Lea Neurdin Alexis Chailly
41 millions de tonnes chaque année Source: USGS minerals
Processus de conversion de l'énergie électrique en énergie chimique : réactions chimiques grâce à une activation électrique Permet la séparation d'éléments ou la synthèse de composés chimiques Générateur de courant continu + - e - e - ions - 2O 2- + C CO 2 + 4e - ions + ELECTROLYTE Al 3+ + 3e - Al metal L ANODE perd des électrons La CATHODE gagne des électrons
Procédé Hall-Héroult (1886) Al 2 O 3 CO 2 Seul procédé à ce jour pour la production industrielle d aluminium O 2- Al 3+ Al Bain électrolytique (% en masse): 80% Cryolite 11,5% Fluorure d Aluminium 5% Fluorure de calcium 2,5% Alumine 1% autres 2Al 2 O 3 (dissous) + 3C (anode) 4Al (liquide) + 3CO 2 (g) ~ 960 C
Consommation de 400kg 1,5 tonnes de CO 2 Environ 960 Anode Inerte Diminution température Espèces présentes dans le bain: Na + Al 3+ F - AlF x 3-x O 2- Al 2 O 2 F 4 2- Al 2 OF 6 2-
RMN Haute Température Chauffage: Espace «libre» à l'intérieur limité Bobine Radiofréquence: limitée à des températures ~150 C Conteneur compatible avec RMN (pas de métal) et avec mélanges corrosifs Laser CO 2 (250W) Chauffage jusqu'à 1400 C
Spectroscopie par Résonance Magnétique Nucléaire (RMN) Technique qui exploite les propriétés magnétiques de certains noyaux atomiques Aimant supraconducteur: champ magnétique intense, températures cryogéniques Environnement local autour d'un élément donné
Préparation des échantillons
Etalonnage : Température en fonction du Laser Temperature C 1025 1000 975 y = -3,4799x 2 + 96,758x + 363,1 950 925 900 875 850 825 5 6 7 8 9 10 11 Puissance Laser % T = 1020 C RMN Cryolithe fondu (Na 3 AlF 6 ) Fractions Espèces % AlF 3-6 AlF 2-5 AlF - 4 F - 10,4 42,8 1,3 45,5 27 Al 23 Na 19 F 40 30 20 10 0-10 (ppm) -20 40 30 20 10 0-10 -20 (ppm) -30-40 -50 Déplacement chimique (ppm) 170-180 -190-200 -210 (ppm) -220-230
Ajouts dans le bain pour baisser la température? La Suite Modélisation du bain? Espèces présente Corrosion Anode Sodium Fluor Aluminium
Benjamin Cantais Riad Benchekra Lea Neurdin Alexis Chailly
Plan : I/ Introduction II/ Le doctorant Ses activités et ses recherches III/ Expériences et activités Visite du labo, différents états de la matière... IV/ Conclusion
I/ Introduction CEMHTI Condition Extrême et Matériaux : Haute Température et Irradiation «The glass age»
II/ Le doctorant Activités du doctorant dans le labo : - effectuer des recherches - faire des synthèses - étudier des échantillons - analyser les résultats Le but de ses recherches : - connecter les propriétés macroscopiques d'aluminosilicates avec leur structure et créer de nouveau type de verre/céramique Alexey Novikov
III/ Expériences et activités La visite du labo : - les fours haute température - les boites à gants - les spectromètres
Les différents états de la matière
Amorphes et cristaux : Cristal : - structure ordonnée - anisotropie des propriétés Amorphe : - structure désordonnée - isotropie des propriétés
Masse volumique et densité : Calculs de la masse volumique pour connaître les masses min et max pour la fonte au laser Masse volumique : ᑭ = m/v Densité : d = ᑭcorps/ᑭeau Volume sphère : V = 4/3πR³
Différents types de lévitation : Lévitation aérodynamique Argon
Lévitation électromagnétique Lévitation ultrasonique
VI/ Conclusion À suivre... Des synthèses, étude de données, de spectrogrammes, étude détaillée de la structure du verre, travaux d imagination, plus d'exercices pratiques notamment sur des échantillons enrichis. Rappel sur les différents états de la matière Définitions cristaux / amorphes Prélèvement d'un échantillon Mesure du poids et du diamètre Calcul de la Masse volumique Passage au laser Observations et interprétations
Köszönöm a figyelmet tibi gratias ago pro studio vestro hvala na pažnji Merci de votre attention! Спасибо за внимание! vielen dank für ihre aufmerksamkeit σας ευχαριστώ για την προσοχή σας Thank you very much! grazie per l'attenzione شكرا لكم على اھتمامكم ご清聴ありがとうございました
Imagerie par Résonance Magnétique Nucléaire (IRM) Des biomatériaux solides
Atome d hydrogène Charge positive
Résonance Magnétique Nucléaire (RMN) Champ magnétique
Petit aimant SPIN
Milliards de noyaux 2 orientations possibles
Aimantation macroscopique dirigée vers le haut
Bobine Onde radiofréquence
Précession Détection du signal
Fréquence de la rotation du spin temps Forme sinusoïdale
Environnement chimique différent Vitesse différente Signal différent
Transformation de Fourier TF temps fréquence Spectre RMN
Hypothèse : présence de molécules de menthol dans les bonbons à la menthe
Choix de la RMN Identification de toute les molécules contenant de l'hydrogène
Vérification d hypothèse Détecter et identifier le menthol dans les bonbons
Le spectre obtenu du menthol 4.5 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 Chemical Shift (ppm)
Préparation des échantillons de bonbons
Superposition du spectre du menthol et du bonbon Lutti Menthol Bonbon Lutti 4.5 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 Chemical Shift (ppm)
Superposition du spectre du menthol et de la pastille de Vichy Pastille de Vichy Menthol 6.0 5.5 5.0 4.5 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 Chemical Shift (ppm)
Conclusion : Hypothèse validée
Merci de votre attention ICI votre logo