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

Résumé

L'aluminium est produit via Pélectrolyse et les anodes utilisées dans ce procédé sont fabriquées du carbone. La basse consommation du carbone (anode) est importante pour l'industrie de l'aluminium parce qu'elle affecte directement le coût de production aussi bien que les émissions environnementales. La consommation des anodes est fortement influencée par ses propriétés. Dans l'électrolyse d'aluminium, l'étude de la fabrication des anodes et l'amélioration de la technique de sa production permettront l'économie en énergie et la réduction des émissions gazeuses pour l'industrie d'aluminium.

Les réactivités à CO2 et à l'air et la perméabilité à l'air sont des indices importants pour l'évaluation des anodes en carbone parce que non seulement elles sont liées à la densité de ces dernières mais aussi à leur consommation, et cela permettra la détermination des potentiels pour l'économie en énergie et la réduction des émissions de CO2 et de gaz nocifs durant la production des anodes en carbone.

L'objectif global du projet est d'améliorer la qualité des anodes présentement utilisées. Premièrement, une enquête du procédé à l'usine à été effectuée pour identifier les parties problématiques. Des petits échantillons des anodes ont été préparés à partir des matières premières disponibles à la province de Guizhou de la Chine. Des différentes formulations des anodes ont été essayées. Parmi toutes les formulations, la meilleure a été choisie en comparant leurs propriétés (la perméabilité à l'air, les réactivités à l'air et à CO2). Les microstructures des cokes et des anodes et le comportement de la pénétration du brai ont été analysés avec MEB. Les échantillons, préparés suivant des formulations pré11 déterminées, ont été cuits dans un analyseur thermogravimétrique (TGA). L'analyse des volatiles a aussi été effectuée en utilisant un cromotographe à gaz (GC) couplé avec le TGA. A partir de ces données, les paramètres du model cinétique de la dévolatilisation, développé antérieurement à l'UQAC, ont été déterminés. Les propriétés des anodes (les réactivités à CO2 et à l'air et la perméabilité à l'air) cuites dans TGA aussi bien que celles cuites à l'usine ont été mesurées. La qualité des anodes a été corrélée avec les propriétés des matières premières et les conditions de la préparation de la pâte et de la cuisson des anodes.

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Aluminum is produced by electrolysis, and the anodes used for this process are made of carbon. Low carbon (anode) consumption is important for the aluminum industry because it directly affects the cost of production as well as environmental emissions. The anode consumption is strongly influenced by the properties of anode. In aluminum electrolysis, the study of carbon anode manufacturing and the improvement of its production techniques lead to savings in energy and reduction in gaseous emissions for the aluminum company.

The CO2 and air reactivities and air permeability are important indices to evaluate carbon anodes because they relate not only to anode density but also to anode consumption, which will help assess the potential for saving energy and reducing CO2 and hazardous gas emissions of the carbon anode production process.

The global objective of the project is to improve the quality of the presently used carbon anodes. First a plant process review was conducted to identify the problem areas. Small anode samples were prepared from the raw materials available in the Guizhou province of China. Different anode formulations were tried. The best one among them was chosen based on the anode properties (air permeability, air and CO2 reactivities) obtained. The microstructures of cokes and anodes and the pitch penetration behavior were analyzed using SEM. The anode samples prepared with pre-determined formulation were baked in a thermogravimetric analyzer (TGA). The volatile analysis was carried out using a gas chromatograph (GC) coupled with the TGA. From these data, the parameters of the kinetic model of the devolatilization developed previously at UQAC were determined. The properties of anodes (CO2 reactivity, air reactivity, and air permeability) baked in the TGA were also measured. Anode quality (properties) was correlated with the properties of raw materials as well as paste preparation and anode baking conditions.