Plusieurs campagnes de mesures ont été réalisées au niveau industriel pour optimiser les différentes étapes du procédé de fabrication des anodes. L’évaluation de l’effet des paramètres de la chaine de production a permis d’améliorer davantage la qualité des anodes.
2.6.1 Expériences de VALCO
Plusieurs facteurs entrent en compte dans la modification de la qualité d’anode, à savoir, le changement de source de coke, le mode de préparation de l’anode, le pourcentage de brai, la température de formation, le nettoyage des mégots. Tous ces facteurs ont une influence sur la formation des fissures dans les anodes en carbone pour l’industrie d’aluminium [60].
Densité de l’anode et fissuration
Ce test a pour but de prédire la localisation des fissures dans l’anode afin de déterminer l’existence de faiblesses dans ces anodes. Pour avoir des mesures représentatives, on divise la surface de l’anode en 12 zones selon la figure 2.6.
Les résultats trouvés par l’usine d’aluminium de « VALCO » lors de l’investigation sur la fissuration sont illustrés dans la figure 2.7 [61].
Figure 2.7 : Localisations 2 et 3 dans l’anode où se trouve la fissure (attribuée à la faible densité) [61].
D’après cette investigation les résultats montrent que le problème de la fissuration est lié à plusieurs raisons :
-la distribution non uniforme de la pâte dans le moule qui est considérée comme la principale cause de la fissuration.
-la fissuration a été causée par la force d’expansion de la partie métallique insérée dans les bouchons de l’anode.
-d’autres causes peuvent provoquer le problème de la fissuration, il s’agit des conditions d’électrolyse et le niveau de l’humidité dans l’agrégat de l’anode.
2.6.2 Expériences d’Alouette
La meilleure manière de former les rainures des anodes en carbones est dans l’étape de compaction de la pâte dans le moule. Aluminerie Alouette a travaillé dans ce contexte
pour optimiser le niveau des rainures en raison de la fissuration et de la ségrégation dans les anodes. Les positions des rainures sont représentées dans la figure 2.8 [62].
Figure 2.8 : Positions des rainures dans les anodes en carbones [62].
La méthode adoptée pour optimiser la hauteur des rainures est basée sur plusieurs étapes : 1- collecter les données;
2- caractérisation des anodes crues; 3- conception d’un modèle approprié;
4- meilleure définition de la conception des rainures.
La décision finale de l’étude a été pour augmenter le niveau jusqu’à 400 mm [62].
2.6.3 Expériences d’ALCOA
Une collaboration entre ALCOA et R&D carbone a été faite, dans le but de résoudre les problèmes de fonctionnement et aussi pour atteindre certains niveaux de performance. La qualité des anodes et la performance des cuves ont été améliorées:
-une réduction pour la consommation de la pâte d’anode : de 540 à 485 kg/t Al -une amélioration dans la consommation d’énergie : de 18,0 à 16,8 kWh/t Al
On a pu constater que la production de l’aluminium a été améliorée de 10 % avec une diminution significative du coût [63].
2.6.4 Expériencesde DUBAL
En 2006, Dubai Aluminum Company (DUBAL) était l’une des alumineries les plus grandes au monde, avec une capacité de production de 370000 anodes/année, avec différentes tailles et diverses configurations. Un travail d’optimisation dans la partie des processus dynamiques a été réalisé. Ils ont basé leur recherche sur l’optimisation des paramètres de procédés comme la quantité du brai, le débit de la pâte et l’augmentation de la densité des anodes. Un système pilote mobile a été utilisé pour la préparation des échantillons afin d’effectuer des évaluations pendant l’optimisation des procédés [64].
Lors d’une autre expérience de DUBAL en 2008, le travail a été effectué avec des fours horizontaux de cuisson d’anodes. L’augmentation du courant électrique dans l’électrolyse requiert l’utilisation de plusieurs configurations des anodes, rendant l’opération du four plus compliquée. Le défi pour DUBAL était dans l’optimisation au niveau de l’opération du four pour améliorer la qualité des anodes et augmenter la productivité [65]. En 2014, des études statistiques sur l’influence de différents paramètres (poids d’anode, mégots, niveau de la cuve et voltage, etc.) sur la consommation du carbone et les problèmes développés dans l’anode ont été réalisées par l’Aluminerie DUBAL avec un objectif d’améliorer les conditions pour prendre rapidement les meilleures décisions. Globalement, les résultats suivants ont été obtenus à travers le processus d'optimisation :
- la consommation brute en carbone a été réduite de 5 %; - la consommation nette en carbone a été améliorée; - la teneur en Na dans l'anode était d'environ 165 ppm; - le nombre d'anodes achetées a été réduit [66].
2.6.5 Expériences de EMAL
Emirates Aluminium Company (EMAL) est un partenariat entre DUBAL et MUBDALA. Il s’agit d’une nouvelle aluminerie (2010) avec des fours horizontaux pour la cuisson des anodes. Un travail d’optimisation y a été effectué concernant la qualité des anodes et la performance des fours en se basant sur des propriétés clés des anodes, ainsi que sur la productivité et la consommation d’énergie du four. En particulier, les défis suivants sont confrontés :
-répartition homogène de la température dans le four dans toutes les étapes de cuisson pour obtenir une qualité d'anode uniforme;
-contrôle permettant une combustion complète de tous les volatiles du brai pour minimiser la consommation d'énergie et les émissions;
-contrôle des processus de refroidissement pour maximiser l'efficacité de refroidissement et minimiser la consommation de coke de garnissage [67].