Analyse et modélisation du comportement des agrégats d’alumine dans le procédé Hall-Héroult

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 dans le bain ou dans la couche de métal nuit à la fois au taux de dissolution de l’alumine et à la stabilité de la cuve. L’objectif de ce projet est de développer un modèle mathématique décrivant le comportement des agrégats d’alumine dans une cuve d’électrolyse. Les mécanismes de transfert de chaleur et de masse rencontrés durant la durée de vie d’un agrégat, tels que la solidification/fusion de la gelée, l’évacuation de l’humidité, l’infiltration par le bain, la transition γ-α, la dissolution interne et externe, ont été modélisés en utilisant la méthode des différences finies. La programmation du modèle mathématique a été effectuée dans le logiciel MatLab® et le logiciel FactSage® est utilisé pour les calculs d’équilibre thermodynamique. Des séries de simulations ont été effectuées pour des agrégats de 2, 5 et 10 mm de rayon afin de déterminer les paramètres ayant le plus d’impact sur leur durée de vie. Ces modélisations ont permis d’obtenir des corrélations reliant les principaux paramètres (concentration d’alumine dans le bain, surchauffe, composition du bain, vitesse d’écoulement) au taux de dissolution de l’agrégat. Dissolution and distribution of alumina in the electrolyte bath are critical steps for the proper functioning of the Hall-Heroult process. The presence of alumina agglomerates in the bath or in the metal pad affects both the alumina dissolution rate and the stability of the cell. The objective of this project is to develop a mathematical model describing the behavior of alumina agglomerate in an electrolysis cell. The mechanisms of heat and mass transfer encountered during the lifetime of an agglomerate such as the solidification/melting of the freeze, moisture evolution, infiltration by the bath, γ-α transition, internal and external dissolution, were modelled using the finite difference method. The programming of the mathematical model was performed in MatLab® and the software FactSage® is used for thermodynamic equilibrium calculations. A series of simulations were performed for agglomerates of 2, 5 and 10 mm radius to determine the parameters that have the greatest impact on their lifetime. These simulations have yielded correlations between the main parameters (alumina concentration in the bath, superheat, chemical bath composition, velocity) and the agglomerate dissolution rate

Prédiction de l'efficacité de courant du procédé Hall-Héroult

Le procédé Hall-Héroult, permettant la production de l'aluminium par electrolyse, est très énergivore et polluant. Le rendement de production de ce procédé se nomme efficacité de courant et est défini comme étant le rapport entre la production de métal réelle et théorique, obtenue par la loi de Faraday. La compagnie Process Performance Technologies a développé un projet dans le but d'augmenter l'efficacité de courant du procédé Hall-Héroult. Ce projet est divisé en deux volets distincts, soit la mise au point d'un système de contrôle ainsi que le développement d'un système d'analyse statistique incluant un modèle mathématique de prédiction d'efficacité de courant. Le travail de recherche de cette maîtrise, mené en collaboration avec la compagnie P.P.T., porte essentiellement sur le modèle mathématique de prédiction d'efficacité de courant. L'objectif principal était de valider et d'améliorer le modèle utilisée par P.P.T.. Pour ce faire, une large recherche bibliographique a été effectuée afin de comparer les équations du modèle P.P.T. à celles présentes dans la littérature. D'autre part, une banque de relations empiriques concernant les propriétés de l'électrolyte, tirées de la littérature, a été remise à la compagnie afin de permettre à l'utilisateur du système de choisir les équations les plus appropriées au type de bain qu'il utilise. Une étude approfondie, portant sur un des paramètres importants du modèle, l'épaisseur de la gelée, a aussi été effectuée. L'analyse de plusieurs modèles globaux à résistances thermiques a permis de mieux comprendre l'influence du coefficient de transfert de chaleur bain-gelée sur l'épaisseur de la couche de gelée. De plus, diverses modélisations numériques, réalisées à l'aide d'un logiciel commercial d'éléments finis, ont été effectuées afin d'étudier le comportement de la gelée et aussi dans le but d'obtenir une équation généralisée reliant les pertes de chaleur et l'épaisseur de la gelée

Thermoelectric properties of composites made of Ni0.05Mo3Sb5.4Te1.6 and fullerene

About 18 g of Ni0.05Mo3Sb5.4Te1.6 were prepared by heating the elements in the stoichiometric ratio at 1000 K. The product was divided into four parts, and then C60 was added to three of these four parts at 1, 2, and 3 mass%, respectively. Each part was hot-pressed at 150 MPa and 923 K. The sample with 1% C60 was characterized via a Rietveld refinement and TEM analyses. Measurements of the three thermoelectric key properties revealed that the Seebeck coefficient barely depends on the carbon amount added, while both the electrical and the thermal conductivity decrease with increasing amount of carbon. Depending on the amount of C60 used and on the temperature, the thermoelectric performance was either enhanced or decreased, depending on whether the electrical conductivity decreased less or more than the thermal conductivity. At the highest temperature measured, all carbon-containing samples performed better than the unmodified bulk sample, namely up to 14%. These improvements are within the error margin, however