Monsieur Perron devient ainsi le dix-septième récipiendaire de cette bourse qui est offerte annuellement à la clientèle des programmes d’études avancées à l’UQAC. Les critères de sélection sont toujours fondés sur la base de l’excellence du dossier scolaire et sur la qualité d’un projet d’étude favorisant l’avancement des connaissances dans les domaines scientifiques liés au développement régional.
Détenteur d’un baccalauréat en physique, Alexandre Perron étudie, dans le cadre de la maîtrise en ingénierie de l’UQAC (mécanique-chimique) est attaché au Centre Universitaire de Recherche sur l’Aluminium (CURAL). Son projet de recherche s’inscrit dans le volet du Groupe de recherche en ingénierie des procédés et systèmes.
Le projet — L’alumine utilisée dans la fabrication de l’aluminium est extraite de la bauxite par le procédé Bayer. Une des premières étapes de ce procédé est le broyage de la bauxite provenant des pays chauds. La deuxième étape est la mise en solution de la bauxite broyée dans de la liqueur Bayer usée à laquelle est ajoutée de l’hydroxyde de sodium, car l’alumine contenue dans la bauxite est très soluble dans du NaOH. Le produit de cette digestion est appelé pulpe d’extraction. Comme la bauxite est constituée de différents matériaux comme des composés organiques, des oxydes de fer, du sable, etc., il faut les éliminer de la constitution de la liqueur Bayer pour produire de l’alumine la plus pure possible. Une manière simple pour éliminer ces impuretés est la décantation par gravité qui se fait évidemment dans un décanteur. À la sur-verse du décanteur, de la liqueur Bayer qui contient de l’alumine en solution est récoltée tandis qu’à la sous-verse, les impuretés sont récoltées sous forme d’une « boue rouge » épaisse que l’on empile dans des lacs créés à ces fins. Plusieurs décanteurs placés en série sont nécessaires pour obtenir de la liqueur Bayer contenant le moins possible de particules solides et d’impuretés. De plus, entre chaque décanteur, la liqueur est filtrée par une série de filtres. Lorsque la série de décanteur est terminée, l’alumine dissoute dans la liqueur doit être précipitée. Après cette étape, l’alumine est accompagnée habituellement de une ou trois molécule(s) d’eau, dépendamment de la source de bauxite. Par la suite, le trihydrate d’alumine est calciné pour éliminer la ou les molécule(s) d’eau. Finalement, du trihydrate d’alumine est obtenu, , communément appelé alumine.
Une étape critique dans ce procédé est la séparation par décantation des résidus solides de la liqueur Bayer qui contient l’alumine en solution. La décantation s’effectue en utilisant des solutions polymèriques qui ont pour fonction d’agglomérer les particules solides pour former des flocons et ainsi, d’augmenter la vitesse de sédimentation. L’endroit où est injecté le floculant à la pulpe d’extraction est le puits d’alimentation, situé dans le haut des décanteurs. Plusieurs facteurs affectent la floculation, tels que la géométrie des équipements, le type de polymère, la source de bauxite et les conditions d’opération.
La principale problématique dans la conception d’équipements de floculation est la fragilité des flocons formés. Lorsque les contraintes de cisaillement présentent dans l’écoulement sont excessives, les flocons formés se brisent, diminuant l’efficacité de la décantation. La vitesse du fluide dans le puits d’alimentation est l’un des facteurs les plus importants qui contrôle le niveau de cisaillement dans les puits d’alimentation.
Dans le cadre de la maîtrise en ingénierie, le projet vise à développer un appareil de mesure de vitesses de la liqueur Bayer dans les puits d’alimentation par une méthode électrochimique. En effet, le transfert de masse à l’électrode est augmenté lorsque la vitesse de l’écoulement autour de l’électrode est augmentée. Alors, le courant produit par la cellule électrolytique augmente en fonction de la vitesse de l’écoulement. Par une simple lecture d’un courant, une vitesse d’écoulement pourra être obtenue. La difficulté majeure de cette méthode est que le courant produit par la pile électrochimique n’est pas seulement fonction de la vitesse, mais aussi de la température et de la composition de la liqueur Bayer. Donc, il faut connaître l’influence des paramètres de la liqueur Bayer en plus du paramètre qui fait l’objet de ce projet de recherche qui est la vitesse de l’écoulement.
L’appareil doit être portable, robuste, résistant à l’hydroxyde de sodium et jusqu’aux températures approchant les 100 °C. Une connaissance de ces vitesses est essentielle pour apporter des modifications aux équipements de floculation afin d’atteindre un rendement maximal du procédé de floculation.
Une floculation efficace dans les puits d’alimentation permet de réduire la consommation de floculants synthétiques coûteux, ce qui permet une économie de plusieurs milliers de dollars par année. Toute augmentation de la concentration de matières solides (% solides) à la sortie des décanteurs est aussi garant d’une saine disposition des résidus de boue rouge, aussi bien en terme de gestion routinière des sites d’empilement que de longévité accrue de ces sites (un empilement plus compact, donc un volume de disposition plus restreint). De plus, une compaction et un lavage efficace garantissent une minimisation des pertes de caustique aux lacs de boue.
Devant la diminution de la qualité de la bauxite (moins d’alumine à extraire et plus de boue à disposer) et l’augmentation de production des usines d’alumine (plus de bauxite de moindre qualité à traiter, donc plus de boue à disposer), ces deux éléments (contrôle des pertes d’hydroxyde de sodium et empilement plus efficace) deviennent des défis de taille que toute amélioration du procédé Bayer permet de relever.