Thermodynamic Model for Coal Tar Pitch and Carbonaceous Mesophase Present during Primary Carbonization: Thermal Treatment of Carbon Pastes in the Aluminum Industry

Il est bien établi que le procédé de carbonisation des matériaux joue un rôle critique dans la production de matériaux à base de carbone. La carbonisation est définie par la transformation thermique d'une substance carbonée en charbon (« carbon material », CM). Les CMs ont plusieurs usages, par exemple : les électrodes en graphite pour les fours à arc électriques, les brosses de charbon pour moteurs électriques, les scellants, les roulements à bille en acier et carbone, les accumulateurs électriques, les anodes et cathodes des alumineries. Le brai provenant du goudron (« coal tar pitch », CTP) est par ailleurs très utilisé comme liant dans les procédés industriels mentionnés ci-dessus. Par exemple, le CTP est le principal matériau utilisé dans la fabrication du liant de la pâte de Söderberg, utilisée dans les anodes précuites du procédé Hall-Héroult des alumineries. Le CTP constitue entre 14 et 17% du poids total des blocs anodiques de coke vert. Les CTPs industriels ont une composition chimique extrêmement complexe, contenant des centaines, voire des milliers de composés, y compris des monomères, des oligomères et des polymères d'hydrocarbures aromatiques polycycliques (PAH) avec une large gamme de poids moléculaires. Une meilleure compréhension des propriétés thermodynamiques et du comportement des phases des constituants des CTPs lors de la carbonisation, et ce à plusieurs températures, améliore les procédés de production de CMs et, par conséquent, les propriétés des CMs résultants. L'acquisition de connaissances sur la description thermodynamique et la configuration d'équilibre de la mésophase, qui apparait lors de la cuisson des blocs anodiques verts et des pâtes à enfoncer entre les blocs cathodiques, se traduira par une amélioration de l'efficacité du processus de production d'aluminium Hall-Héroult.