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

Résumé

Dans le procédé Hall-Héroult de production de l’aluminium, une quantité substantielle d’anodes de carbone est nécessaire. La durée de vie de ces anodes de carbone est intimement liée à leur qualité, ce qui en fait un des paramètres important quant à l’efficacité du procédé de production de l’aluminium primaire. La composition de ces anodes de carbone et la présence d’impuretés sont par conséquent des sujets d’étude d’importance dans le domaine. Lors du procédé d’électrolyse, les anodes entrent en contact avec le bain électrolytique, ce qui permet à une certaine quantité de sodium de contaminer le carbone anodique. Ce sodium provient des différents composés ioniques présents dans le bain, principalement du NaF et de la cryolite, Na3AlF6. Celui-ci est ultimement retourné dans le cycle de production lorsque les mégots sont broyés et recyclés comme matière première pour la fabrication de nouvelles anodes. Le niveau de contamination du carbone anodique par le sodium est un facteur influençant la réactivité. Les objectifs globaux de ce projet de maitrise sont donc de faciliter l’étude du sodium dans les anodes de carbone, de tenter de mieux comprendre son impact sur la réactivité de l’anode et d’explorer des techniques de retrait de cette impureté chimique. Dans ce travail de recherche, nous avons d’abord tenté de développer une méthode de quantification du sodium dans les anodes de carbone en utilisant une électrode de verre indicatrice de pH. En effet, lors de la mesure du pH d’une solution contenant des ions monovalents, un phénomène appelé «erreur alcaline» apparait lorsque son pH est supérieur à 9. Par conséquent, des mesures de différence de potentiel à l’aide de cette électrode permettraient d’établir la relation entre l’erreur alcaline (en volts) et la concentration en sodium (en moles) à un pH fixe. Cette avenue s’est révélée difficilement adaptable à la réalisation pratique des travaux, le niveau de précision requis étant trop élevé. Une méthode de quantification à l’aide d’une électrode spécifique au sodium a par conséquent été utilisée. La réactivité avec l’air ainsi qu’avec le dioxyde de carbone pour des anodes ayant différentes concentration en sodium connues a été testé à l’aide de standards ASTM-D6559. L’influence du sodium sur la réactivité à l’air s’est montrée non-conclusive selon nos tests. Toutefois, la concentration en sodium présente dans les anodes de carbone semble être en corrélation positive avec la réactivité au dioxyde de carbone jusqu’à un certain degré. Une méthode de lavage des mégots à l’aide d’eau distillée a été explorée avec divers temps de lavage allant de 1 à 6 jours. La concentration des anodes confectionnées à l’aide de ce mégot lavé a été quantifiée et les résultats suggèrent qu’un tel traitement réduit considérablement la contamination au sodium des anodes résultantes. De façon conséquente, la réactivité au dioxyde de carbone de ces anodes était réduite comparativement à l’anode standard.