Constellation, le dépôt institutionnel de l'Université du Québec à Chicoutimi

Résumé

La dispersion et la dissolution de l’alumine dans le bain électrolytique sont des étapes critiques au bon fonctionnement du procédé Hall-Héroult. La présence d’agrégats d’alumine dans le bain ou dans la couche de métal nuit à la fois au taux de dissolution de l’alumine et à la stabilité de la cuve. L’objectif de ce projet est de développer un modèle mathématique décrivant le comportement des agrégats d’alumine dans une cuve d’électrolyse. Les mécanismes de transfert de chaleur et de masse rencontrés durant la durée de vie d’un agrégat, tels que la solidification/fusion de la gelée, l’évacuation de l’humidité, l’infiltration par le bain, la transition γ-α, la dissolution interne et externe, ont été modélisés en utilisant la méthode des différences finies. La programmation du modèle mathématique a été effectuée dans le logiciel MatLab® et le logiciel FactSage® est utilisé pour les calculs d’équilibre thermodynamique. Des séries de simulations ont été effectuées pour des agrégats de 2, 5 et 10 mm de rayon afin de déterminer les paramètres ayant le plus d’impact sur leur durée de vie. Ces modélisations ont permis d’obtenir des corrélations reliant les principaux paramètres (concentration d’alumine dans le bain, surchauffe, composition du bain, vitesse d’écoulement) au taux de dissolution de l’agrégat.

Dissolution and distribution of alumina in the electrolyte bath are critical steps for the proper functioning of the Hall-Heroult process. The presence of alumina agglomerates in the bath or in the metal pad affects both the alumina dissolution rate and the stability of the cell. The objective of this project is to develop a mathematical model describing the behavior of alumina agglomerate in an electrolysis cell. The mechanisms of heat and mass transfer encountered during the lifetime of an agglomerate such as the solidification/melting of the freeze, moisture evolution, infiltration by the bath, γ-α transition, internal and external dissolution, were modelled using the finite difference method. The programming of the mathematical model was performed in MatLab® and the software FactSage® is used for thermodynamic equilibrium calculations. A series of simulations were performed for agglomerates of 2, 5 and 10 mm radius to determine the parameters that have the greatest impact on their lifetime. These simulations have yielded correlations between the main parameters (alumina concentration in the bath, superheat, chemical bath composition, velocity) and the agglomerate dissolution rate.