Elaboration de nouvelles céramiques pour dalles de cuve d’électrolyse de l’alumine et étude de leur comportement en oxydation et en corrosionCo-encadrée par Sylvie Foucaud

par Guillaume Di Vita

Thèse de doctorat en Matériaux céramiques et traitements de surface

Sous la direction de Alexandre Maître et de Sylvie Foucaud.

Soutenue en 2011

à Limoges .


  • Résumé

    Ce travail s’inscrit dans le cadre d’une amélioration de la tenue à la corrosion des dalles de bordure et donc de la durée de vie des cuves d’électrolyse de l’alumine. Constituées traditionnellement d’une matrice de grains de SiC liés par une phase Si3N4, les matériaux de dalles sont soumis à des phénomènes couplés d’oxydation et de corrosion par les sels fondus (cryolithe). L’analyse du comportement intrinsèque de chaque phase constitutive du composite industriel SiCSi3N4 confirme la bonne résistance de SiC et la forte réactivité de Si3N4 tant en milieu oxydant qu’en milieu cryolithique. De plus, la réactivité de la phase Si3N4 semble plus dépendre de paramètres microstructuraux (porosité) que de la nature des phases cristallines présentes. Pour limiter la dégradation du réfractaire SiCSi3N4, une première solution a consisté à revêtir sa surface d’un dépôt de TiO2 obtenu par projection plasma APS. En colmatant la porosité superficielle du matériau de dalle, ce dépôt joue le rôle de barrière de diffusion de l’oxygène vers l’intrados. Une autre alternative consiste à élaborer un réfractaire à base de SiC, à l’aide d’un ajout de frittage de meilleure tenue que Si3N4 en conditions intrados. L’étude comparative du comportement de monolithes permet une discrimination des nuances retenues. Les borures B4C et TiB2 présentent un régime d’oxydation actif, dommageable pour le matériau de dalle. Les nitrures AlN et TiN sont des candidats intéressants en raison de leur résistance respective en oxydation et en corrosion cryolithique. Cependant, un composite SiCAlN apparaît plus prometteur puisqu’il combine ces deux propriétés recherchées et AlN favorise la densification de SiC.

  • Titre traduit

    Elaboration of new ceramics for alumina electrolysis cells sidelining and study of their oxidation and corrosion behaviour


  • Résumé

    The present work is focused on the improvement of corrosion resistance of sidelining materials and consequently of alumina electrolysis cells lifetime. These refractories made traditionally of a SiC grains matrix bonded by a Si3N4 nitride phase undergo combined oxidation and molten salts (cryolite) corrosion. The intrinsic behaviour study of each phase of the industrial SiCSi3N4 composite confirms good resistance of SiC and Si3N4 high reactivity in oxidizing as well as cryolitic environment. Moreover, the Si3N4 reactivity appears more dependent on microstructural parameters (porosity) rather than on the nature of present cristalline phases. In order to limit the damages of SiCSi3N4 refractories, one solution is based on covering its surface with a TiO2 coating by atmospheric plasma spraying (APS). Filling in the superficial porosity of sidelining materials this coating acts as a diffusion barrier to oxygen to the internal side. The second solution consists in the elaboration of SiC based refractories employing another sintering aid than Si3N4 in order to improve inner performances. Comparative study of monoliths allows discrimination of selected phases. B4C and TiB2 borides show active oxidation kinetics that is harmful to sidelining materials. AlN and TiN nitrides are interesting candidates owing to oxidation and cryolitic resistance, respectively. However, SiCAlN occurs more promising as it combines both intended properties and as AlN promotes SiC sintering.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (253 p.)
  • Annexes : Bibliographie, 18 p.

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  • Bibliothèque : Université de Limoges (Section Sciences et Techniques). Service Commun de la documentation.
  • Disponible pour le PEB
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