Étude de l'inhibition de l'entartrage de l'acier doux 1018 par la gibbsite dans le procédé Bayer

• Main Author: Vachon, Annick
• Other Authors: Ménard, Hugues
• Language: French
• Published: Université de Sherbrooke 2009
• Online Access: http://savoirs.usherbrooke.ca/handle/11143/4810

L'aluminium est produit par électrolyse de l'alumine extraite de la bauxite. Tout d'abord, l'alumine (Al[indice inférieur 2]O[indice inférieur 3]) est extraite de la bauxite par le procédé Bayer. Par ce procédé, la gibbsite (Al(OH)[indice inférieur 3]) présente dans la bauxite est dissoute dans une solution concentrée d'hydroxyde de sodium (NaOH) à une température de 143 [degrés Celsius] pour une usine dite à basse température. La solution obtenue, appelée liqueur Bayer, est saturée en gibbsite. Celle-ci va être précipitée en abaissant la température de la liqueur à 65[degrés Celsius] grâce à des échangeurs de chaleurs. La gibbsite recueillie est ensuite calcinée en alumine (Al[indice inférieur 2]O[indice inférieur 3]) pour l'électrolyse.L'importante variation de température dans le procédé entraîne une sursaturation de la solution en gibbsite. Cette sursaturation provoque l'entartrage qui est une problématique importante au sein du procédé Bayer. Dans le procédé Bayer, l'entartrage est défini comme l'adhérence de composés solides à la paroi métallique de l'équipement : réservoirs, conduites, échangeurs de chaleur, etc. La composition chimique du tartre varie selon la composition de la solution ainsi que la température. Les composés les plus fréquents qui forment le tartre dans le procédé Bayer sont : la gibbsite, la sodalite Bayer, l'oxalate de sodium et le titanate de sodium ou de calcium.L'étude de l'entartrage de l'acier doux par la gibbsite dans le procédé Bayer nécessite la compréhension des paramètres qui influencent la cristallisation de la gibbsite afin de pouvoir l'inhiber.L'un des moyens pour empêcher la formation de tartre est la modification des surfaces métalliques des conduites et échangeurs de chaleur. Les trois volets examinés lors de ce travail sont la modification des surfaces métalliques par des traitements appliqués directement sur l'acier ou leur recouvrement par des revêtements polymériques formés par voie électrochimique, la caractérisation des surfaces métalliques et des polymères, et l'évaluation de l'influence des modifications apportées à l'acier doux par des tests d'entartrage dans la liqueur Bayer. La combinaison des tests d'entartrage avec les différentes techniques de caractérisation physico-chimiques des échantillons, telles que la microscopie électronique à balayage, la microscopie à force atomique, la spectrométrie X par dispersion en énergie, la spectroscopie de photoélectrons, la diffraction des rayons X et la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier, a permis de cibler les paramètres qui influencent l'entartrage de l'acier doux par la gibbsite. La présence de défauts, d'une grande rugosité et d'oxydes à la surface de l'acier doux favorise l'entartrage. De plus, des revêtements polymériques épais, non uniformes, poreux et contenant des groupements hydroxydes favorisent aussi l'entartrage. Par ailleurs, l'entartrage va se produire plus facilement sur l'acier que sur les polymères. Une bonne corrélation a été démontrée entre les résultats des tests d'entartrage obtenus en laboratoire et en usine. En effet, tous les traitements appliqués directement sur l'acier ont permis d'augmenter les temps de nucléation de la gibbsite. De plus, les revêtements polymériques épais, non uniformes et poreux ont des temps de nucléation plus courts alors que revêtements polymériques plus uniformes ont permis d'augmenter les temps de nucléation. Une partie des résultats présentés dans ce mémoire concernant les tests d'entartrage a été incluse dans un compte-rendu de conférence et dans la présentation orale associée:"Dynamic adsorption isotherm measurements applied to known organic precipitation inhibitors and scale control studies.", A. BRISACH-WITTMEYER, I. FONTAINE, É. ST-JEAN, A. VACHON, H. MÉNARD, N.A. BOUCHARD et R. BREAULT, Proceedings of the 8th International Alumina Quality Workshop, Darwin, Australie 2008.