Encyclopedie de la recherche sur l'aluminium au Quebec - Edition 2014 | Page 11

CONFÉRENCES // LECTURES

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Caractérisation chimique des matériaux de recouvrement anodique utilisés dans les cellules
d’électrolyse d’aluminium
Les matériaux de recouvrement anodique sont nécessaires pour contrôler les pertes de chaleur par le haut des
cellules d’électrolyse d’aluminium, pour diminuer les vapeurs de fluor et pour prévenir la dégradation des anodes
au contact de l’air. Dans l’objectif de comprendre le comportement des matériaux de recouvrement et de la croûte
d’anode dans des conditions d’opération, des échantillons ont été prélevés dans des cellules d’électrolyse industrielles.
Les échantillons proviennent du centre de la cellule, du côté de l’anode et entre l’anode et la paroi latérale de la
cellule. Les compositions chimiques ont été déterminées avec la méthode Rietveld appliquée sur les patrons de
diffraction des rayons X. Les réactions chimiques se déroulant dans les matériaux ont été déterminées à l’aide
d’analyse thermodynamique. Des gradients de concentration de chiolite (Na5Al3F14) et de cryolite (Na3AlF6) ont été
observés dans les échantillons de croûte d’anode, impliquant une variation du ratio de cryolite et de la température
de fonte de la croûte. Selon la température locale et la composition, l’étude thermodynamique démontre que des
phases liquides se retrouvent dans la croûte durant l’opération.
Chemical characterization of anode cover material used in aluminum electrolysis cells
The anode cover material (ACM) is necessary to control the top heat losses of aluminum electrolysis cell, to decrease
the fluoride fumes emissions, and to prevent the air burn of carbon anodes. In order to understand the behavior of
the ACM and anode crust at operating conditions, samples of these materials were taken from industrial electrolysis
cells. The samples came from the center of the cell, the side of the anode and between the anode and the sidewall.
Their chemical composition was determined by the Rietveld method with the X-Ray diffraction patterns. The
chemical reactions occurring in the ACM and anode crust were then determined by thermodynamic equilibrium
calculations. Concentration gradients of chiolite (Na5Al3F14) and cryolite (Na3AlF6) are observed in the anode crust,
implying a variation of the cryolite ratio and melting temperature of the crust. Depending on the local temperature
and composition, the thermodynamic analysis finally demonstrated the presence of liquid phases inside the crust.

François Allard
Université Sherbrooke
Martin Désilets
Marc LeBreux
Alexandre Blais
Université Sherbrooke

Modélisation multiphase de la cryolite avec solidification
Le procédé Hall-Héroult utilise un bain de cryolite très corrosif à une température d’environ 960 
°C. Lors du
changement d’anode, une couche solide se forme sur l’anode froide. De plus, une couche solide est maintenue sur
les parois de la cuve pour la protéger. L’épaisseur de ces couches solides modifie considérablement l’efficacité de la
réaction. Prédire ces phénomènes à partir d’un modèle numérique est donc un élément clé afin de réduire les coûts
d’exploitation de l’usine. Par contre, les discontinuités physiques associées au changement de phase posent des
défis pour la simulation numérique. La méthode par éléments finis étendus (XFEM) a été exploitée pour surmonter
ces difficultés.

PRIX CONFÉRENCE // LECTURE AWARD

Multiphase modeling of the cryolite bath with solidification
The Hall-Héroult process uses a very corrosive electrolytic bath at about 960°C. During anode changeout, a solid
layer forms on the cool anode. Furthermore, a solid