Développement d'un modèle prédictif pour l'étude du comportement des cellules d'électrolyse en phase de démarrage et en service

1. Résumé du projet

Au Québec, près de 2500 cellules d’électrolyse sont actuellement en opération et chaque jour, plusieurs subiront une fin de vie prématurée, et ce, sans en connaître les véritables causes. Il s’agit là d’une grande préoccupation pour l’industrie Aluminerie Alouette Inc. (AAI) qui a vécu une vague d’arrêt sans précédent au cours des dernières années.

Objectifs

Le projet proposé a comme principal objectif de développer un outil numérique représentatif du comportement des cellules d’électrolyse en phase de démarrage et en service. L’outil développé devra notamment prendre en compte le comportement des différents matériaux en fonction de la température et pour certains, du niveau de cuisson ou de contamination, l’interaction des différents composants de la cellule ainsi que de son mode de préchauffage et de démarrage.

Résultats attendus et retombées escomptées

Les travaux réalisés mèneront au développement d’un modèle ¼ de cellule validé et calibré sur d’observations in situ. Certains matériaux jugés critiques feront l’objet d’une expérimentation afin de préciser leur comportement : la pâte NeO2, en fonction de son niveau de cuisson, les briques réfractaires ordinaires (BRO), en fonction de leur niveau de contamination au sodium et l’acier A1006, en regard du fluage à haute température. L’espace d’air à l’interface fonte/carbone de l’assemblage cathodique sera également caractérisé. L’exploitation du modèle obtenu permettra d’identifier les causes possibles de défaillance prématurées et ainsi, de proposer certaines solutions alternatives.

L’exploitation des résultats attendus permettra d’accroître la durée de vie des cellules d’électrolyse et de réduire, de façon significative, le nombre de défaillances en bas âge; ce qui aura un impact direct sur le coût de production ainsi que sur l’empreinte environnementale du procédé via une réduction significative du tonnage de brasque usée. Les résultats attendus permettront également de mieux comprendre l’impact de certains matériaux sur le comportement des cellules d’électrolyse et ainsi, d’en effectuer un choix plus éclairé lors de l’étape de design des cellules de prochaines générations. Pour les universités impliquées, les fruits de ce projet permettront d’accroître l’expertise au niveau du comportement des cellules d’électrolyse et des matériaux ainsi que la consolidation de notre reconnaissance et de nos collaborations à l’échelle internationale. Pour le Québec, les connaissances acquises par l’ensemble des partenaires à ce projet permettront de consolider leur collaboration ainsi que leur positionnement en tant que leader dans ce domaine pointu à l’échelle internationale. Ce projet mettra également à la disposition de l’industrie de l’aluminium du personnel hautement qualifié qui aura été formé en lien avec une problématique de premier plan.

Organismes participants
Ce projet de recherche est réalisé en étroite collaboration avec deux partenaires industriels. AAI, la plus importante aluminerie des Amériques en regard de son tonnage annuel et de son efficacité énergétique et Laboratoire CIR Inc., un laboratoire spécialisé dans le développement et l’analyse des matériaux réfractaires. Au niveau universitaire, le projet implique la participation de trois spécialistes chevronnés et reconnus en provenance de l’Université du Québec à Chicoutimi et de l’Université de Sherbrooke auquel s’ajoute une importante collaboration de l’Université de technologie de Compiègne (France).

2. Équipe de recherche

Équipe de recherche

3. Appel de propositions

Le projet est d’une durée de 3 ans et le montant total octroyé est de 300 000 $.