La production de l'aluminium primaire est réalisée par le procédé Hall-Héroult dans des cuves d'électrolyse. La cuve d'électrolyse se compose principalement de matériaux carbonés, tels que les cathodes en carbone et les anodes en coke de pétrole qui jouent le rôle d'électrodes. Les cathodes représentent le fond de la cuve d'électrolyse et elles sont disposées de manière à laisser un espace entre elles pour permettre leur expansion à haute température. Ces espaces sont remplis par un matériau carboné nommé la pâte à brasquer. Cette pâte est constituée d'agrégats d'anthracite/graphite et une matrice liante. Il existe différents types de pâte à brasquer sur le marché où, la différence principale est située dans la composition de la matrice liante. Une pâte à brasquer à base de brai de houille comme matrice liante est utilisée depuis longtemps et son comportement dans les cuves d'électrolyse est bien connu. De nouvelles pâtes ont été développées afin d'éliminer la pâte à base de brai de houille qui contient des hydrocarbures aromatiques polycycliques et qui ont un impact néfaste sur l'environnement et sur la santé. Les pâtes à brasquer de la nouvelle génération sont appelées des pâtes propres. Ces pâtes sont récentes, il y a très peu de travaux de recherche sur leurs propriétés physiques et sur l'impact de leur utilisation sur la durée de fonctionnement des cuves. Dans ce travail, nous allons étudier l'une des pâtes de nouvelle génération actuellement utilisée dans l'industrie. Les propriétés de la pâte à brasquer utilisée dans la cuve sont très importantes en termes de résistance mécanique, de conductivité électrique et de durabilité. Les caractéristiques opérationnelles de la pâte à brasquer sont liées à ses propriétés, au processus de sa mise en place et aux sollicitations qu'elle subit entre les blocs cathodiques. La densité après compaction est l'un des paramètres qui peuvent influencer considérablement le comportement thermomécanique de la pâte à brasquer. Pour révéler la relation entre la densité crue et les propriétés physiques après cuisson, une investigation expérimentale est menée à l'échelle industrielle afin d'analyser la distribution de la densité dans le joint périphérique de la cuve. Des échantillons à l'échelle laboratoire ont été fabriqués à différents niveaux de compaction, pour reproduire les densités observées dans le joint, puis cuits à 1000 °C. Les échantillons sont caractérisés pendant et après la cuisson par des tests thermogravimétriques et mécaniques. Ce mémoire présente l'objectif du projet de recherche, la méthodologie utilisée et les résultats obtenus sur la pâte à brasquer étudiée. / The production of primary aluminium is carried out by the Hall-Héroult process in electrolysis cells. The electrolytic cell consists mainly of carbonaceous materials, such as carbon cathodes and petroleum coke anodes which act as electrodes. The graphite cathodes represent the bottom of the electrolytic cell and they are arranged so as to leave a space between them to allow their expansion at high temperature. These spaces are filled with a carbonaceous material called the ramming paste. This paste consists of anthracite/graphite aggregates and a binder matrix. There are different types of ramming paste in the market where the main difference is in the composition of the binder matrix. A paste based on coal tar pitch as a binding matrix has been used for a long time and its behavior in electrolytic cells is well known. New pastes have been developed to eliminate coal tar pitch-based paste which contains polycyclic aromatic hydrocarbons and which have a negative impact on the environment and on health. The new generation of the ramming pastes are called clean pastes. These pastes are recent, there is a little research on their physical properties and the impact of their use on the life of the cell. In this work, we will study one of the new generation pastes currently used in the industry. The properties of the ramming paste used in the electrolysis cell are very important in terms of mechanical strength, electrical conductivity and durability. The operational characteristics of the ramming paste are linked to its properties, the process of its installation and to the stresses, it undergoes between the cathode blocks. The density after compaction is one of the parameters which can considerably influence the thermomechanical behavior of the paste. To reveal the relationship between green density and physical properties after baking, an experimental investigation is carried out at an industrial scale, to analyze the density distribution in the peripheral seal of the cell. Laboratory-level samples were fabricated at different compaction levels, to reproduce the densities observed in the joint, then baked at 1000 °C. The samples are characterized during and after baking by thermogravimetric and mechanical tests. This thesis presents the objective of the project, the methodology used and the results obtained on the paste to be studied.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LAVAL/oai:corpus.ulaval.ca:20.500.11794/71433 |
| Date | 27 January 2024 |
| Creators | Baiteche, Anwar |
| Contributors | Darvishi Alamdari, Houshang |
| Source Sets | Université Laval |
| Language | French |
| Detected Language | French |
| Type | mémoire de maîtrise, COAR1_1::Texte::Thèse::Mémoire de maîtrise |
| Format | 1 ressource en ligne (x, 86 pages), application/pdf |
| Rights | http://purl.org/coar/access_right/c_abf2 |
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