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Improvement of anode properties by coke modification with additives

Öztürk Sena. (2017). Improvement of anode properties by coke modification with additives. Mémoire de maîtrise, Université du Québec à Chicoutimi.

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Résumé

In aluminum production, carbon anodes that are made of petroleum coke, coal tar pitch and recycled carbon materials are used to provide carbon required for the electrolysis process. The anode quality directly affects not only the energy consumption and the production cost but also the emission of greenhouse gases. The raw materials quality has a significant effect on anode quality. The good quality anodes should have high density, low electrical resistivity, low air/CO2 reactivity as well as good mechanical properties. Pitch binds the solid particles together. The quality of raw materials can change depending on its source and the processes parameters used in the refineries. However, industry still has to produce good quality anodes. In general, good coke/pitch interaction results in better quality anodes. This study was undertaken to enhance the wettability of coke by pitch, with the objective of improving the anode properties, based on coke modification by adding additives and surfactants and to determine the effect of additives on anode quality. The results showed that the wettability of coke by pitch is dependent on the heteroatom containing functional groups present on the coke surface. The interaction between coke and pitch increases with increasing amount of heteroatom-containing functional groups. Thus, it is possible to improve the anode quality by modifying coke with additives. The study indicated that different cokes have different amounts of functional groups. Therefore, each coke has a different wetting behavior. It was found that, before modifying a coke, its surface chemistry should be taken into account for the determination of suitable additive type and amount. The surface functional groups of pitch are as important as those of the coke, however, this is outside the scope of this project. In this study, the effect of the contact time between the additive and the coke on the anode quality was also investigated, and a coke modification method was developed. Based on the experimental results, the anode quality improved more when the coke was pre-treated before it was mixed with pitch.

Dans la production de l’aluminium, les anodes de carbone qui consistent en coke de pétrole, brai de goudron de houille et matériaux carbonés recycles fournissent le carbone requis pour le procédé d’électrolyse. La qualité des anodes affecte directement non seulement la consommation énergétique et le coût de production, mais aussi l’émission des gaz à effet de serre. La qualité des matières premières a un impact considérable sur la qualité des anodes. Les anodes de bonne qualité doivent avoir de haute densité, de basse résistivité électrique, de basse réactivité à l’air et au CO2 et de bonnes propriétés mécaniques. Le brai lie les particules solides ensemble. La qualité des matières premières peut varier dépendant de sa source et des paramètres des procédés utilisés dans les raffineries. Néanmoins, l’industrie doit produire des anodes de bonne qualité. En général, des fortes interactions entre le coke et le brai résultent en des anodes de meilleure qualité. Cette étude a été entreprise pour accroître la mouillabilité du coke par le brai, pour but d’améliorer les propriétés d’anodes, en modifiant le coke par l’ajout d’un additif ou un tensioactif et aussi pour déterminer les effets de l’ajout des additifs sur la qualité des anodes. Les résultats ont démontré que la mouillabilité du coke par le brai dépende des groupes fonctionnels, présents sur la surface du coke, qui contiennent des hétéroatomes L’interaction entre le coke et le brai augmente avec la quantité des groupes fonctionnels contenant des hétéroatomes. Donc, il est possible d’améliorer la qualité des anodes en modifiant le coke par des additifs. Cette étude a indiqué que les différents cokes ont des quantités différentes des groupes fonctionnels. Donc, chaque coke a un comportement de mouillabilité différent. On a trouvé que, avant de modifier un coke, sa chimie surfacique doit être considérer pour la détermination du type et de la qualité appropriés de l’additif. Les groupes fonctionnels du brai sont aussi importants que ceux du coke, mais cela n’est pas inclus dans la portée de ce projet. Dans cette étude, l’effet du temps de contact entre l’additif et le coke sur la qualité d’anodes est aussi examiné, et une méthode pour la modification de coke a été développée. Basé sur les résultats expérimentaux, la qualité de l’anode a amélioré plus lorsque le coke a été prétraité avant de le mélanger avec le brai.

Type de document:Thèse ou mémoire de l'UQAC (Mémoire de maîtrise)
Date:Août 2017
Lieu de publication:Chicoutimi
Programme d'étude:Maîtrise en ingénierie
Nombre de pages:110
ISBN:Non spécifié
Sujets:Sciences naturelles et génie > Génie > Génie chimique
Département, module, service et unité de recherche:Départements et modules > Département des sciences appliquées > Programmes d'études de cycles supérieurs en ingénierie
Directeur(s), Co-directeur(s) et responsable(s):kocaefe, Duygu
Bhattacharyay, Dipankar
Mots-clés:aluminum production, anode properties, coke-pitch interaction, modification of coke, petroleum coke, aluminum
Déposé le:10 nov. 2017 08:42
Dernière modification:14 nov. 2017 00:38
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