| La production d'aluminium est une industrie importante au Quebec. Les proprietes de ce metal le vouent a de multiples usages presents et futurs dans le cadre d'une economie moderne durable. Toutefois, le procede Hall-Heroult est tres energivore et des progres demeurent donc necessaires pour en diminuer les couts financiers et environnementaux.;Parmi les ameliorations envisageables de la cellule d'electrolyse se trouve le contact entre la cathode et la barre collectrice, qui doit offrir une faible resistivite au passage du courant electrique. En cours d'operation de la cellule, ce contact a tendance a se degrader, generant des pertes energetiques significatives. Les causes de cette degradation, pouvant provenir de phenomenes chimiques, thermiques, mecaniques et/ou electriques, demeurent mal comprises. Le but du present projet etait donc d'etudier les phenomenes chimiques se produisant au contact bloc-barre de la cellule d'electrolyse Hall-Heroult.;En premier lieu, un aspect crucial a considerer est la penetration du bain electrolytique dans la cathode, car des composes de bain atteignent eventuellement la barre collectrice et peuvent y reagir. A cet effet, une methode novatrice a ete developpee afin d'etudier les cathodes et la penetration du bain dans celles-ci a l'aide de la microtomographie a rayons X. Cette methode rapide et efficace s'est averee fort utile dans le projet et a un potentiel important pour l'etude future des cathodes et des phenomenes qui s'y produisent.;Ensuite, une cellule d'electrolyse rectangulaire a petite echelle a ete developpee. Plusieurs phenomenes observes 'en industrie sur des autopsies de cellules post-operation et rapportes dans la litterature ont ete reproduis avec succes a l'aide de cette cellule experimentale. Puis, des tests sans electrolyse, ciblant l'effet du bain electrolytique sur l'acier, ont aussi ete concus et completes afin de segreger l'influence des differents parametres en jeu.;L'analyse des resultats de l'ensemble de ces tests a permis de constater differents phenomenes au contact bloc-barre, dont la presence systematique de NaF et, surtout, de beta-Al 2O3. Outre la carburation inevitable de la barre collectrice, la formation d'une couche Fe-Al a aussi ete observee, favorisee par une penetration rapide du bain electrolytique dans la cathode ainsi que par une composition de bain acide en surface de la barre. Cette couche comportait par ailleurs des cristaux de beta-Al 2O3 pouvant nuire a sa conductivite electrique. Ensuite, a des ratios de bain entre 2.5 et 4.9, une mince couche contenant les elements Al et N peut se former en surface de la barre. Pour un bain tres basique (> 6.0), c'est plutot une couche Na 2O qui a ete observee. En conditions d'electrolyse mais sans une penetration rapide du bain dans la cathode, du Na a pu carrement penetrer dans la barre collectrice, preferentiellement avec le carbone. De plus, de la corrosion ainsi que des couches de fer et d'oxyde de fer peuvent se former sur la barre et potentiellement degrader la qualite du contact electrique.;Pour la suite des travaux, des mesures de resistivite ainsi que l'analyse des echantillons industriels permettraient d'evaluer l'impact de ces phenomenes sur la qualite du contact.;Mots-cles : Electrolyse, aluminium, Hall-Heroult, interface barre-cathode, bain electrolytique. |
