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

Résumé

Pre-baked anode production for the primary aluminum industry uses only the density data of the green anode block (weight and height of the anode) for quality control of the manufactured anodes. A delay of 25 to 30 days is required after forming of green anodes to obtain the characteristics of the baked anodes, thus to have a feedback on anode quality problems. The characterization of anode paste to predict the properties of baked anodes is highly useful to avoid the baking of an anode which will be rejected once baked. Its production requires doubling of the energy used for the accepted anodes since it has to be recycled. A control method prior to of the baking process will reduce the greenhouse gas (GHG) emissions. The project highlights the links between the structure of green and baked anodes with the physical and reactivity properties of industrial anodes. An image analysis program was developed which introduces a concept of matrix localization inside and outside of coke particles. It has been found that electrical resistivity is not always related to the density or the bending strength directly, but rather to the homogenization of the pitch during baking, and it required a little more pitch than it did for the two other properties. The density is more related to the arrangement of coke particles within the matrix, the ability to fill the pores of the coke which is related to its pores’ sizes. The bending strength depends on how much the transformation of the matrix within the structure of the green anode is successful during the baking and on the distribution of coke particle sizes within the matrix. The reactivity of the anodes depends on the crystalline length of the anode, the microporosity of the cokes, and the network of macropores of the coke and that of the matrix of the anodes. The design of a kneader, a mold, and a rheology test of the anode paste helped highlight the optimization criteria for the anode paste. The raw materials and all particle sizes used in dry aggregate recipes of the anode in the anode plant were used in the laboratory to form pastes and cores from ten different paste recipes. Indicators for pitch level, density, and electrical resistivity of laboratory baked cores were determined. An agreement is found between the characteristics of the pastes, and the densities and electrical resistivities of cores in the baked state.

La production d’anode précuite pour l’industrie primaire de l’aluminium utilise que la donnée de la densité du bloc d’anode à l’état cru (la masse et la hauteur de l’anode) comme contrôle de la qualité de la fabrication des anodes. Un retard de 25 à 30 jours est nécessaire après la mise en forme des anodes crues pour obtenir les caractéristiques des anodes cuites en rétroaction de problème de qualité. La caractérisation de la pâte d’anode pour en prédire les propriétés des anodes cuites devient un champ de recherche utile pour éviter la cuisson d’une anode rejetée une fois cuite. Sa production demande le double d’énergie contrairement aux anodes de qualité produite du premier coup puisqu’elle a besoin d’être recyclée. Une méthode de contrôle plus en avant du processus de la cuisson permet d’éliminer des gaz à effets de serre. Le projet fait la lumière entre les liens de la structure des anodes crues et des anodes cuites avec les propriétés physiques et réactives des anodes industrielles. Un programme d’analyse d’image a été développé avec l’introduction de la localisation de la matrice à l’intérieur et à l’extérieur des particules de coke. Il a été constaté que la résistivité électrique n'est pas toujours liée à la densité ou à la résistance à la flexion, mais plutôt à l'homogénéisation du brai durant la cuisson et nécessite un peu plus de brai que les deux autres propriétés. La densité dépend de l'arrangement des particules de coke au sein de la matrice, la capacité à remplir les pores du coke qui est liée à la taille de ses pores. La résistance à la flexion dépend de la réussite de la transformation de la matrice à la cuisson et de la répartition des tailles de particules de coke au sein de la matrice. Les réactivités des anodes sont quant à elles tributaires de la longueur cristalline de l’anode, la microporosité des cokes et le réseau de macropores dans le coke et la matrice des anodes. La conception d’un malaxeur, d'un moule et des tests de rhéologie de la pâte d’anode a permis de mettre en lumière les critères d’optimisation des pâtes d’anode. Les matières premières et toutes les tailles de particules utilisées dans les recettes d’agrégats secs des anodes à l’usine d’anode ont été utilisées en laboratoire pour former des pâtes et des carottes de dix différentes recettes de pâte. Les indicateurs pour le niveau de brai, la densité et la résistivité électrique de carottes cuite de laboratoire ont été déterminés. Un lien a été trouvé entre les caractéristiques de la pâte et la densité et la résistivité des carottes à l’état cuit.