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

Résumé

Dans les usines produisant de l'aluminium, la cathode servant à l'électrolyse est constituée en grande partie d'anthracite. Ce matériau fait partie de la famille des charbons, car il est constitué de 96 % à 98 % d'atomes de carbone. Ce qu'il reste de la concentration sont des impuretés. Ces dernières causent le désordre de la structure cristalline du matériau, causant une résistivité électrique élevée. Le problème c'est que les cathodes d'anthracite doivent être conductrices. Le matériau carboné doit alors être calciné. La calcination permet aux matières volatiles, que sont les impuretés, de se dégager et à l'anthracite d'organiser sa structure cristalline. Ce procédé est appelé graphitisation, et il permet de faire chuter considérablement la résistivité électrique de l'anthracite.

L'objectif de ce projet consistait à déterminer les propriétés électriques de l'anthracite sous calcination. Pour ce faire, un montage expérimental a été utilisé et deux analyses complémentaires ont été réalisées. Le montage expérimental consistait en un four de calcination Pyradia. C'est avec lui que les données sur la résistivité électrique de l'anthracite en cours de calcination ont été recueillies. Le four Pyradia a aussi permis d'étudier les paramètres pouvant influencer la résistivité électrique du matériau. Ces paramètres sont : la température maximale atteinte, les paliers de température, les taux de calcination en °C/min, la pression et la granulométrie. La première analyse complémentaire était l'analyse granulométrique, qui permettait d'étudier les dimensions des particules d'anthracite. La deuxième analyse complémentaire était l'analyse par diffractométrie où la qualité de la graphitisation obtenue à l'UQAC a été vérifiée.

Dans ce travail, différentes courbes d'hystérésis de la résistivité électrique de l'anthracite en fonction de la température ont été présentées. Ces courbes ont permis de faire une analyse des paramètres influençant la résistivité électrique. La température maximale atteinte s'est avérée le paramètre dominant dans la chute de la résistivité électrique, par rapport à la pression et la granulométrie. De plus, les résultats ont démontré que la résistivité électrique chutait lors d'un palier de température. Ensuite, le compactage du matériau a été traité : le dégagement des matières volatiles varie linéairement avec le taux de chauffe. Finalement, une étude sur la qualité de la graphitisation obtenue lors des essais a été réalisée. Elle a démontré que la qualité de la graphitisation n'était pas très bonne, comparativement à celle de l'usine Alcan, et ce malgré la chute considérable de la résistivité électrique lors des tests effectués.