La fabrication de l’aluminium est un procédé de métallurgie nécessitant l’électrolyse de l’alumine par de très forts courants. Les anodes, appelées aussi “steel spiders”, sont particulièrement exposées à cette étape. Elles peuvent se détériorer lors de leur démoulage ce qui contribue à élever les coûts de production.
Découvrez comment les industriels de l’aluminium allongent la durée de vie des anodes grâce à la poudre de graphite.
L’aluminium primaire qui sert à la fabrication de millions de produits industriels et du quotidien nécessite l’électrolyse de l’alumine selon un procédé utilisé dans les fonderies d’aluminium du monde entier.
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Comment fonctionne l’électrolyse de l’aluminium ?
Au départ de ce procédé : l’alumine, une poudre blanche obtenue par concassage, broyage et traitements chimiques de la bauxite, un minerai dont la croûte terrestre regorge. L’alumine obtenue, de formule chimique AL2O3 doit donc être réduite par électrolyse pour séparer les atomes d’aluminium des atomes d’oxygène.
Pour ce faire, la poudre d’alumine est dissoute dans une cuve d’électrolyte (la cryolithe) et fondue à environ +950°C. Cette cuve est alors traversée par un courant électrique de plusieurs milliers d’ampères qui permet aux ions aluminium et aux ions oxygène de se séparer.
L’ion aluminium de charge positive est attiré par la cathode située au fond de cuve et s’y dépose sous forme liquide tandis que l’ion oxygène de charge positive est attiré par l’anode en graphite située sur la partie haute.
L’ion oxygène se combine alors avec les atomes de carbone de l’anode pour former du CO2 et c’est justement cette étape qui vient endommager les anodes. En effet, le carbone dont elles sont faites est petit à petit rongé par la réaction d’électrolyse.
La détérioration des anodes dans l’électrolyse de l’aluminium
En plus de cela, les impuretés et autres ions présents dans l’alumine et dans la cryolithe viennent former un bloc solide qui s’accroche à l’anode et qui nécessite d’être démoulé. Lors de l’entretien des anodes et du démoulage, le bloc formé à leur surface avec des morceaux d’anode peuvent se casser et se détacher, l’anode est donc inutilisable.
Ces 2 phénomènes sont donc critiques puisqu’ils corrodent l’anode, peuvent l’endommager et réduisent le rendement de la réaction globale.
Protéger les anodes par un lubrifiant sec à base de Graphite
Afin de prévenir ces problèmes, de plus en plus d’industriels en fonderie d’aluminium utilisent désormais des agents de démoulage à base de graphite aussi appelés lubrifiants secs ou lubrifiants en poudre comme l’AQUAGRAPH ou le GRAPHITE A40.
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La poudre de graphite dont ils sont composés a pour particularité d’avoir du point de vue cristallographique une structure lamellaire par couche qui permet aux différentes couches de coulisser l’une par rapport à l’autre. Par conséquent, elle réduit les frictions et l’adhérence.
Il existe d’autres lubrifiants de ce type comme le disulfure de molybdène (MoS2) et le Nitrure de Bore (BN) mais ces derniers n’étant pas conducteurs d’électricité à l’inverse du graphite, ils ne peuvent pas être utilisés dans le cas de l’électrolyse de l’aluminium.
La poudre de graphite est donc une solution parfaitement adaptée pour protéger les anodes. Elle permet de réduire l’accroche d’autres composés sur les anodes qui peuvent alors être démoulés plus facilement et sans risque de casse.
➡️ Lisez notre comparatif « Comment choisir sa poudre lubrifiante ? Graphite, disulfure de molybdène, nitrure de bore et PTFE »
Comment mettre en œuvre la poudre de graphite pour protéger les anodes ?
Bien qu’il soit question de poudre anti-adhérente, la poudre n’est pas utilisée telle quelle. En effet, pour l’AQUAGRAPH comme pour le GRAPHITE A40, la poudre est dispersée dans un liquide afin de faciliter son application sur les anodes. La base de dissolution peut être soit de l’eau (base aqueuse) pour l’AQUAGRAPH soit de l’alcool (base solvant) pour le GRAPHITE A40.
Ces deux types de produits sont utilisés dans les fonderies d’aluminium et sont appliqués sur les anodes par trempage. Chaque rondin est baigné dans un fût de produit anti-adhérence sur plusieurs dizaines de centimètres créant un film de quelques dixièmes de millimètres à leur surface.
Ensuite, la poudre de graphite dissoute reste liée à l’anode tandis que la base s’évapore. Dans le cas d’une base solvant, celle-ci s’évapore à température ambiante.
Dans le cas d’une base aqueuse, il est nécessaire de chauffer les anodes avec des brûleurs pour assurer l’évaporation totale de l’eau. En effet, la présence d’eau dans une fonderie d’aluminium est absolument proscrite puisque que l’eau peut générer très facilement des incendies dans les cuves d’électrolyse.
Des agents de démoulage sur-mesure pour l’industrie de l’aluminium
L’intérêt de ces produits conçus spécialement pour l’industrie de l’aluminium par Afer est que leur composition est parfaitement adaptée à l’usage qui en est fait.
En effet, la lubrification sèche est un domaine pointu de la chimie industrielle. Les produits utilisés doivent être suffisamment liquides pour faciliter l’application mais ne pas avoir un écoulement trop important pour ne pas couler du support, être suffisamment visqueux pour déposer la bonne épaisseur de produit mais être thixotrope pour laisser une couche uniforme sur toute la surface…
Tout n’est alors que compromis dans la formulation pour proposer un produit parfaitement adapté à l’utilisation en condition réelle.
De nombreux paramètres entrent en compte dans la composition d’un lubrifiant sec. Si les produits du marché peuvent convenir à votre application, il peut aussi parfois être nécessaire de formuler un produit sur-mesure répondant à un cahier des charges précis. Ce dernier peut nécessiter l’emploi d’agents liants, de pigments, d’agents de conservation, d’épaississants, d’additifs pour évacuer la chaleur…
➡️ Découvrez dans notre article « Les 6 étapes d’un développement sur-mesure d’un lubrifiant sec avec AFER »
Conclusion
Afer Industrie est déjà partenaire de nombreuses fonderies en France et en Europe qui utilisent ses produits pour la protection des anodes et pour faciliter leur démoulage. Le coût de maintenance et d’entretien des anodes a été réduit et leur durée de vie a été significativement allongée sur ces sites.
Si vous souhaitez réaliser un essai en conditions réelles et tester la performance de nos produits, notre équipe peut soit vous accompagner dans cette démarche soit vous faire parvenir un échantillon afin de réaliser les essais par vous mêmes.
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