ENCYCLOPÉDIE DE LA RECHERCHE SUR L’ALUMINIUM AU QUÉBEC 2013 | Page 18

16 PRODUCTION D’ALUMINIUM ALUMINIUM PRODUCTION ÉTUDE DE LA FORMATION ET DE L’ÉVOLUTION D’AGRÉGATS D’ALUMINE DANS LE PROCÉDÉ HALL-HÉROULT STUDY OF THE FORMATION AND THE EVOLUTION OF ALUMINA AGGLOMERATES IN THE HALL-HEROULT PROCESS Véronique Dassylva-Raymond1, László I. Kiss1, Sándor Poncsák1, Patrice Chartrand2, Jean-François Bilodeau3, Sébastien Guérard3 3 1 Université du Québec à Chicoutimi, Saguenay 2 École Polytechnique de Montréal, Montréal Centre de recherche et développement Arvida, Rio Tinto Alcan, Saguenay PROBLÉMATIQUE MODÈLE MATHÉMATIQUE La dispersion et la dissolution de l’alumine dans le bain électrolytique sont des étapes critiques au bon fonctionnement du procédé Hall-Héroult. La présence d’agrégats d’alumine nuit à la fois au taux de dissolution de l’alumine et à la stabilité de la cuve. Le modèle mathématique est divisé en plusieurs modules décrivant les différents mécanismes de transfert de chaleur et de masse. 1. 2. 3. 4. 5. Modèle d’évolution de l’humidité Modèle de solidification avec transfert de masse Infiltration sous forme liquide et gazeuse Transformation γ→α et évolution de la porosité Modèle de dissolution et de désintégration Le modèle utilise les équations de conservation d’énergie et de masse en une dimension. Coordonnées cartésiennes Coordonnées sphériques Conservation d’énergie Conservation de masse Rapide solidification (non-équilibre thermodynamique) Schéma du procédé Hall-Héroult Coefficient de partition (partiellement redessiné)1 La formation d’agrégats d’alumine est causée par la combinaison de l’apparition d’une couche de bain solidifié (gelée) et de la transformation γ → α de l’alumine. Cette couche de bain solidifié piège les grains d’alumine, les maintenant physiquement ensemble, permettant la formation d’un réseau d’interconnections entre les grains d’alumine par frittage. Infiltration Flux massique (gaz et liquide) Contribution des flux massiques au transfert de chaleur Phénomènes considérés Évolution de la porosité Dilatation thermique Infiltration liquide Frittage RÉSULTATS où Pi=v iδi/Dij es . Exemple de résultats : Comparaisons avec les études expérimentales de Walker [3] Étapes de formation et impacts des agrégats sur le procédé Hall-Héroult OBJECTIFS Développer un modèle mathématique globale décrivant la formation et l’évolution d’un agrégat d’alumine Véronique Dassylva-Raymond László I. Kiss Sándor Poncsák Université du Québec à Chicoutimi Patrice Chartrand École Polytechnique de Montréal Jean-François Bilodeau Sébastien Guérard Centre de re