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Nouveaux matériaux d'anodes inertes élaborés par mécanosynthèse pour la production d'aluminium.

Ouvarov-Bancalero, Valéry (2013). Nouveaux matériaux d'anodes inertes élaborés par mécanosynthèse pour la production d'aluminium. Mémoire. Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en sciences de l'énergie et des matériaux, 130 p.

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Résumé

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L'objectif de ce mémoire était de concevoir de nouveaux matériaux d'anodes inertes pour l'électrolyse de l'aluminium. Sur la base de travaux prometteurs effectués au sein de notre unité de recherche, nous nous sommes focalisé sur l'anode métallique CU65Ni20Fe15, ayant pour objectif d'en améliorer la résistance à la corrosion par l'addition d'un 4ème élément (AI, Co ou Y). Leur synthèse a été réalisée par broyage mécanique à haute énergie. Cette méthode d'élaboration hors-équilibre permet de former des alliages sans les contraintes thermodynamiques associées aux méthodes métallurgiques conventionnelles, permettant ainsi d'obtenir des alliages monophasés et nanostructurés. L'évolution structurale et morphologique des composés a été systématiquement étudiée en fonction de leur composition et après différentes étapes de traitement (mécanosynthèse, consolidation, oxydation sèche à haute température et enfin électrolyse). Leur comportement électrochimique a été étudié dans un électrolyte basse température (700°C) à base de KF-AIF3. Dans un premier temps, c'est le système Cu-Ni-Fe-AI qui a été étudié. L'insertion d'aluminium dans l'alliage avait pour but de favoriser la formation durant l'électrolyse d'une spinelle CuAI2O4 afin d'abaisser la dissolution du cuivre dans l'électrolyte. Les composés (Cu65Ni20Fe15)100-xAlx (avec x = 0, 2, 5 et 10) ont ainsi été étudiés. L'anode (Cu65Ni20Fe15)95Al5 s'est révélée être la plus performante, ayant démontrée une bonne stabilité électrochimique et permettant de produire un aluminium pur à 99.6%. Par la suite, nous avons étudié le système Cu-Ni-Fe-Co sachant que le cobalt est susceptible de participer à la formation d'une spinelle quaternaire (Ni,Co)xFe3-xO4, ayant des caractéristiques supérieures à la ferrite de nickel habituellement formée. Des composés (Cu65Ni20Fe15)1Qo-xCOx (avec x = 2, 5 et 10) ont donc été synthétisés. Au terme de l'étude, les résultats se sont montrés décevants. En effet, l'addition de cobalt favorise l'oxydation interne de l'anode, menant à sa dégradation rapide. Finalement, nous avons étudié le système Cu-Ni-Fe-Y. L'objectif visé était de faire ségréger l'yttrium aux joints de grains de l'alliage afin d'entraver la diffusion des cations métalliques vers la surface de l'anode et des anions oxygène vers l'intérieur de l'anode. Au terme de cette étude, des résultats très prometteurs ont été obtenus avec l'anode contenant 1 % pds. d'yttrium, permettant de produire un aluminium pur à 99,7%. Les diverses caractérisations post-électrolyses menées sur cette anode ont mis en évidence la présence d'une couche interne riche en NiFe2O4 plus dense du fait d'une diffusion externe du cuivre plus lente, limitant ainsi l'infiltration de l'électrolyte..

Type de document: Mémoire
Directeur de mémoire/thèse: Roué, Lionel
Informations complémentaires: Résumé avec symboles
Mots-clés libres: anode inerte; électrolyse; aluminium; anode métallique; corrosion; broyage mécanique
Centre: Centre Énergie Matériaux Télécommunications
Date de dépôt: 09 juill. 2014 21:00
Dernière modification: 15 mars 2016 20:06
URI: http://espace.inrs.ca/id/eprint/2159

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