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

Résumé

Un réacteur expérimental est construit qui permet de fondre, solidifier et purifier de l'aluminium par cristallisation fractionnée. La température du métal liquide, l'agitation et le refroidissement peuvent être variés pour permettre d'étudier différents paramètres du procédé de cristallisation.

L'opération du réacteur ainsi que les essais faits à partir d'aluminium de pureté commerciale (99.7- 99.85%) sont décrits dans ce mémoire. Le réacteur possède une capacité de 200 kg d'aluminium. Le réacteur permet de purifier un mélange de 99.7 à plus de 99.9% du pureté.

Un modèle mathématique pour simuler la solidification de l'aluminium dans le réacteur expérimental est aussi construit. Le modèle permet de simuler les transferts de chaleur et de masse présents dans le réacteur durant le procédé de cristallisation en fonction de la vitesse d'agitation de l'aluminium liquide et du débit du fluide refroidissant dans le réacteur.

La modélisation du transfert de chaleur se fait par une méthode explicite en différences finies. Le transfert de masse est solutionné par un bilan autour de l'interface solide-liquide à la frontière de la solidification en y incorporant les coefficients de distribution des impuretés dans les phases liquide et solide.

Le modèle permet de prédire les températures du fluide refroidissant et des parois du réacteur durant la solidification. Par le transfert de masse, le modèle prédit la concentration des impuretés telles que le fer et le silicium dans le solide cristallisé à partir des concentrations de ces mêmes impuretés dans le mélange liquide de départ.

Finalement, une validation du modèle est obtenue par comparaison avec des données expérimentales.