Reduction of environmental emissions and energy consumption of the primary aluminium production with improvements to the chemical, electrical and thermal synergy.

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Aluminum is produced from alumina dissolved in molten cryolite, by electrolysis at a temperature of about 940-970°C. As in any chemical reactor, in the aluminum electrolysis cell the optimal operational conditions require the homogeneous distribution of the intensive parameters like temperature, alumina concentration, current density, etc. Introducing, dissolving, and dispersing of the alumina powder uniformly in this shallow molten electrolyte layer represents a very important and difficult challenge. The alumina concentration gradients in the cell are strongly correlated with the cell chemical, thermal and electrical heterogeneities.The collaborative work described builds upon a previous partnership with Rio Tinto Aluminium that looked precisely at the alumina dissolution kinetics. The scope of the research program was extended in order to improve the understanding of the root causes of the chemical, thermal and electrical heterogeneities in an electrolysis cell. The work will directly lead to potential improvements and solutions to increase the homogeneity in an electrolysis cell. By doing so, the electrolysis cell will consume a lower amount of electrical energy as well as significantly reducing the frequency of process perturbations generating important amounts of greenhouse gases (GHG), specifically the perfluorocarbon gases (PFC). The different projects within the scope of this research will be based on mathematical modeling, simulations, experimental low-temperature analog systems, experimental high-temperature molten salt setups, data analytics of industrial data and in situ industrial measurements.The primary aluminum industry represents a very important sector in the Canadian economy. The Canadian smelters excel worldwide in their energy efficiency and low environmental impact. RTA, the third biggest producer of primary metal is also a technology leader. The expected results will help the Canadian aluminum industry to keep its leading position in the increasingly stronger international competition.#(cr)#(lf)L'aluminium est le produit résultant de l'électrolyse de l'alumine dissoute dans la cryolite fondue à une température d'environ 940-970°C. L'atteinte des conditions optimales d'une cuve d'électrolyse d'aluminium requiert une distribution homogène des paramètres intensifs comme la température, la concentration d'alumine, la densité du courant, etc. L'introduction, la dissolution et la dispersion de l'alumine de façon uniforme au sein de la mince couche de bain électrolytique représentent un défi difficile. La présence de gradients de concentration d'alumine corrèle fortement avec les hétérogénéités chimiques, thermiques et électriques de la cuve. Ce travail collaboratif est basé sur une collaboration précédente avec Rio Tinto Aluminium qui s'intéressait précisément à la cinétique de dissolution d'alumine. Le contenu du programme de recherche a été étendu pour améliorer la compréhension des causes fondamentales et ainsi réduire les hétérogénéités chimiques, thermiques et électriques dans les cuves d'électrolyses. Il y aura donc une réduction de la consommation spécifique d'énergie nécessaire au procédé. De plus, une meilleure homogénéité permettra de minimiser la fréquence des perturbations chimiques qui entraine la génération de perfluorocarbures, ce qui réduira le bilan d'émissions de gaz à effet de serre. Les différents projets considérés par ce programme de recherche seront basés sur des modèles mathématiques, des simulations, des systèmes expérimentaux à basse et haute température, de l'analyse de données industrielles et des mesures in situ dans les salles d'électrolyses de Rio Tinto Aluminium.L'industrie de production d'aluminium primaire représente un secteur important de l'économie canadienne. En effet, les alumineries du Canada excellent à travers le monde pour leur consommation d'énergie propre et leur faible impact environnemental. Rio Tinto Aluminium est le troisième plus grand producteur de métal pri