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

Résumé

Les travaux présentés dans ce mémoire ont pour objet l'étude expérimentale de la cinétique de dissolution de l'alumine. Depuis plus de cent ans, le procédé Hall-Héroult est utilisé pour produire de l’aluminium et est, à ce jour, le seul procédé utilisé à l’échelle industrielle. Le procédé consiste à faire l'électrolyse d’alumine granulaire dissoute dans un bain à base de cryolite fondue. Deux des étapes cruciales du procédé industriel sont l’injection et la dissolution de l’alumine dans le mélange électrolytique à base de cryolithe. L’étude des mécanismes de l’injection et de la dissolution de l’alumine est un sujet qui a été largement traité par les scientifiques depuis les cinquante dernières années. Les conditions d’opérations extrêmes d’une cuve de production d’aluminium ont obligé les scientifiques à développer des montages expérimentaux pour étudier le mécanisme de la dissolution de l’alumine. Cependant, les montages expérimentaux réalisés par les chercheurs n’offrent pas une représentativité du procédé industriel suffisante pour pouvoir accorder une confiance complète aux résultats obtenus. La compréhension du mécanisme de la dissolution de l’alumine dans une cuve industrielle est donc incomplète, malgré le fait qu’il s’agisse d’une des étapes critiques de la production de l’aluminium. Le projet RDCell est réalisé par le Groupe de recherche en ingénierie des procédés et systèmes (GRIPS) de l’Université du Québec à Chicoutimi en partenariat avec RioTintoAlcan et le Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada (CRSNG). Le projet a notamment comme objectif d’améliorer les connaissances fondamentales de la dissolution de l’alumine dans une cuve d’électrolyse Hall-Héroult en utilisant des méthodes expérimentales. Afin de se démarquer des autres recherches publiées sur le sujet et d’augmenter considérablement la représentativité des conditions d’opérations d’une cuve de production d’aluminium industrielle, le montage expérimental conçu et utilisé durant le projet possède des dimensions considérablement plus grandes que tout ce qui a déjà été fait auparavant dans le monde. En plus du montage expérimental unique, différentes méthodes d’analyse du mécanisme de dissolution de l’alumine ont été développées. Trois types de techniques ont été conçus et utilisés pour étudier le phénomène : l’échantillonnage du bain, les techniques électroanalytiques et les techniques de visualisation. Depuis le début du projet, de nombreuses campagnes de prises de mesures expérimentales ont été effectuées et les résultats obtenus ont permis d’améliorer les connaissances fondamentales de la dissolution de l’alumine dans une cuve d’électrolyse Hall-Héroult. L’introduction du sujet, la description de la problématique, la description de la méthodologie utilisée ainsi que la description, la présentation et l’analyse des résultats obtenus avec les trois types de techniques de mesure sont présentées dans ce mémoire de maîtrise.