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Étude expérimentale du
sodium dans les anodes de
carbone
Experimental study of the
sodium in carbon anodes
Xavier Baril-Boudreault1, Duygu Kocaefe1,2, Dipankar Bhattacharyay1, Brigitte Morais1
1Université

du Québec à Chicoutimi, Département des sciences appliquées, 555, boul. de l’Université, Chicoutimi, Québec, Canada G7H 2B1
2Aluminerie

Alouette Inc., 400, Chemin de la Pointe-Noire, C.P. 1650, Sept-Îles, Québec, Canada, G4R 5M9

Chaire de recherche UQAC/AAI sur le carbone

1. Introduction et problématique
- Tour à pâte
- Vibrocompaction
- Entreposage
- Cuisson

Entrée de
contaminants
chimiques dans
la chaîne de
production.

*

Coke de pétrole calciné

Brai de houille

Exemples :
Sodium,
vanadium, fer,
fluor, etc.

Mégots d’anodes recyclés

Réduction de la durée de vie de l’anode

2. Objectifs de l’étude

Objectifs généraux :
Innovation pour quantification
Compréhension de l’impact
Amélioration du rendement

Développer une méthode de mesure du
sodium anodique en contexte industriel.

Améliorer la qualité générale des anodes
précuites en contrôlant et en diminuant
l’importance de la contamination.

Assurer une meilleure compréhension de
l'impact de la présence de sodium sur le
comportement chimique de l'anode.

Caractériser les espèces sodiques
présentes dans l’anode.

3. Méthodologie et résultats préliminaires
Développement d’une méthode de mesure du sodium anodique
Plusieurs études avancent que le sodium catalyse les réactions de l’anode
avec l’air et le CO2 [1-4].

L’exploitation de l’erreur alcaline sur l’électrode à pH s’est avérée imprécise. Les électrodes
d’aujourd’hui minimisent l’erreur alcaline, la rendant très difficile à quantifier. Les travaux
suggérant qu’une telle approche était possible datent des années 1990 et antérieures, appuyant
ainsi notre conclusion. Un modèle mathématique a été créé afin de confirmer.

Des anodes contaminées furent fabriquées directement au laboratoire avec
des quantités de sodium mesurées (de l’acétate de sodium a été ajouté à la
recette anodique). La réactivité de ces anodes a par la suite été quantifiée
dans une chambre d’exposition contrôlée.
Réactivité en fonction de la teneur en sodium
(anodes contaminées par acétate de sodium)
0,2
0,19

Concentration de sodium mesurée dans le
mégot après lavage

0,18

1400

C) (3 h)
Air (525°

0,17

Réactivité (g/cm^2)

Concentration de Sodium (ppm)

Par conséquent, une méthode de quantification adaptée à la réalité industrielle à l’aide d’une
électrode spécifique a été développée (Figure de gauche). Cette méthode assure un déplacement
des ions par imposition d’une différence de potentiel. L’anode (gauche) est par la suite remplacée
par l’électrode spécifique pour le sodium. L’utilisation d’une barrière physique (papier filtre)
protège l’électrode spécifique des particules de carbone.

1200
1000
800
600
400

0,16
0,15
0,14
0,13

0,11

200

0,1

0

0,09
0

1

2

3

4

5

CO2 (960°C) (7 h)

0,12

6
0,08

Nombre de jours d'immersion

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

Concentration théorique en sodium (ppm)

Contrôle des contaminants
Cette technique nouvellement développée a ensuite été utilisée afin de quantifier l’impact sur la
concentration de sodium dans le mégot d’une immersion prolongée dans l’eau distillée. Les
résultats se retrouvent dans la figure de droite. Ceux-ci suggèrent qu’une telle immersion du
mégot pendant quelques jours diminue considérablement la quantité de sodium dans ce dernier.
Des anodes ont aussi été fabriquées en laboratoire, l’une avec la recette de base et l’autre avec un
mégot traité 6 jours. Suite au traitement, une chute de 30% de la réactivité a été observée pour le
dioxyde de carbone, mais aucune différence notable n’a été dénotée pour l’air.

Ces résultats démontrent une faible corrélation pour l’air, mais suggèrent une
grande corrélation pour le dioxyde de carbone, jusqu’à une certaine
saturation. Ces résultats soutiennent que le sodium serait présent sous forme
de carbonates et que les hautes températures les liquéfient, augmentant
grandement leur surface de contact et, par conséquent, leur potentiel
catalytique.

Remerciements

Références

[1] Batista, J.d.S. & B.I.d. Silveira, 2008. "Influence of the Sodium Content on the
Reactivity of Carbon Anodes," Materials Research, vol. 11, p. 387.
[2] Smith, M., 1991. "An Evaluation of the Binder Matrix in Prebaked Carbon Anodes Used for Aluminium Production,"
University of Auckland, New Zealand, Ph.D. Thesis.
[3] Engvoll, M.A., M. Sorlie & H. Oye, 2001. "Influence of Bath Contaminations on Anode Reactivity," Light Metals, p. 661.
[4] Chollier, M.-J., A. Gagnon, C. Boulanger, G. Savard & G. Bouchard, 2008. "Effect of Additives to the Anode Paste on Carbon
Anode Reaction and Anode Consumption in the Hall-Héroult Process," The Electrochemical Society, p. 2668.

Nous remercions l’Aluminerie Alouette Inc. pour leurs contributions financières et techniques
ainsi que le Conseil de Recherches en Sciences Naturelles et en Génie du Canada (CRSNG),
Développement Économique Sept-îles, l’Université du Québec à Chicoutimi et la Fondation de
l’Université du Québec à Chicoutimi pour leurs contributions financières.

Journée des étudiants – REGAL
3 octobre 2016