Technologie des anodes sciées: optimisation de la rainure pour le dégazage et comportement mécanique de l'anode

 

Chercheur responsable

Seyed Mohammad Taghavi, Université Laval

 

Domaine : Énergie

Programme projet de recherche orientée en partenariat sur la production et la transformation de l'aluminium (2e concours)

Concours 2017-2018

Durée du projet : 3 ans

Budget total accordé au projet (incluant les FIR) : 297 180 $

Partenaire financier

  • Ministère de l'Économie, de la Science et de l'Innovation

Partenaire du projet

  • SAWNODE

Équipe de recherche

  • Mario Fafard, Université Laval
  • Houshang Darvishi Alamda, Université Laval

Le projet de recherche proposé vise en sa globalité à améliorer l'efficacité énergétique des cuves d'électrolyse utilisées dans la production de l'aluminium de première fusion. L'objectif principal des études qui vont être menés dans ce projet de recherche, vise à faire des investigations multidisciplinaires sur la technologie des anodes en carbone sciées par le biais de modélisation mathématiques et de simulations numérique des phénomènes multi-physiques qui ont lieu dans le procédé Hall-Héroult. Les anodes en carbone sont rainurées afin de faciliter le dégagement des gaz issus des réactions électrochimiques. La manière la plus répandue pour réaliser ces rainures se fait lors de l'étape de moulage des anodes par vibrocompacteur ou par presse. Certaines pertes sur la qualité des anodes sont obtenues : la densité des anodes, leur homogénéité et le contrôle de la taille des rainures. Le rainurage par le sciage s'offre alors comme une solution qui consiste en le rainurage des anodes post-cuisson. Cette technique est apparue comme une alternative, mais qui n'a pas été investigué profondément dans la littérature.

Objectifs

De cet objectifs principal, deux principaux objectifs secondaires en résultent et qui vont constituer le départ de projets originaux sur le plan académique et pratique. Le sciage des anodes post cuisson offre des possibilités qui ne pouvaient pas être réalisées par la méthode conventionnelle. Le contrôle de la taille des rainures permet de maitriser avec plus de précision le volume de carbone enlevé des anodes, ainsi que la forme qui pourrait favoriser d'avantage le dégagement des gaz sur période plus longue de la vie des anodes. Principalement deux axes de recherche seront traités. Le premier axe vise à étudier les phénomènes hydrodynamique, électrochimique et thermique de la cuve d'électrolyse. Cet axe vise principalement à investiguer l'efficacité des rainures à obtenir un rendement chimique élevé des réactions et les limites de leurs dimensions dans l'évacuation des gaz. Cette étude va être réalisée à l'aide de la modélisation multi-physique de la cuve d'électrolyse en trois dimensions supportée par des expériences en laboratoire et la collecte de données industrielles pour des fins de validation des modèles mathématiques. Le deuxième axe de recherche vise à l'étude du comportement mécanique des nouvelles anodes soumises aux conditions de leur utilisation dans les cuves d'électrolyse.

Résultats attendus et retombées escomptées

À l'issus de ces travaux de recherche, les résultats recherchés visent à définir l'applicabilité et l'utilité de concevoir des anodes en carbone sciées au lieux qu'elles soient formées dans les anodes durant le moulage. Hormis les gains en termes de qualité des anodes et l'augmentation de leur densité qui sont très importants, les résultats visés pouvoir démontrer que les anodes sciées permettent d'avoir des rainures plus hautes qui vont améliorer le dégagement des gaz et améliorer le rendement de la cuve d'électrolyse. Des résultats prometteurs ont déjà été trouvé sur l'impact positif obtenu en termes d'efficacité énergétique des cuves lorsque les rainures sont de forme particulières. Des essais mécaniques et des vérifications sur le comportement des bulles semblent très important à réaliser.

Appel de propositions

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