Grant: Alliance Grants

This R&D project to produce greener aluminum and advanced aluminum alloys is a partnership between Polytechnique Montréal, Alcoa, Constellium, Elysis, Hydro Aluminium and Rio Tinto with CRITM and NSERC funding. It aims to provide these partners with thermodynamic phase equilibrium models and multi-scale physicochemical models based on the calibration of equations derived from physical relations by first principles simulations and by the critical analysis of experimental results in order to be integrated into advanced simulation tools for the production processes of aluminum and its alloys. The project is divided into 2 research axes: 1) « alumina reduction processes for greener aluminum », and 2) « metallic alloys, liquid metal treatment and recycling ». The models developed within the framework of the 1st axis aim to 1) better simulate the behavior of electrodes (carbon or inert), 2) better simulate the behavior of detrimental impurities (Fe, P, carbon dust) during electrolysis, all in order to improve the energy performance of electrolysis and reduce harmful emissions (CO2 & fluorine). The models of the 2nd axis aim to improve the casting and thermal transformation simulations of aluminum alloys in order to develop new alloys with better properties, more able to support multiple recycling cycles, while improving our fundamental understanding at the atomistic level of these alloys. The training of highly qualified personnel is essential to establish a new generation of engineers and researchers. The anticipated outcomes of the project are that, by using state-of-the-art models that this project will supply, our industrial partners will be able to 1) improve the development and solve key issues pertinent to implement new oxygen evolving aluminum reduction technologies for new smelters, 2) reduce the carbon consumption and CO2 emissions of current smelters, 3) map in a non trial-and-error approach the design of new high performance Al alloys and 4) design a next generation recycling technology for advanced Al alloys (with Li, Fe, Ti, Zr, Cr, etc.). As Canada is a top aluminum producer, and Al smelting emits a lot of CO2, this project can potentially improve the long term viability of this important industry. Ce projet R&D pour produire de l'aluminium plus vert et des alliages d'Al avancés est un partenariat entre Polytechnique Montréal, Alcoa, Constellium, Elysis, Hydro Aluminium et Rio Tinto avec financement CRITM et CRSNG. Il vise à fournir à ces partenaires des modèles thermodynamiques d'équilibre de phases et des modèles physico-chimiques multi-échelles basés sur la calibration d'équations dérivées de relations physiques par des simulations de premiers principes et par l'analyse critique de résultats d'expériences afin d'être intégrés dans des outils avancés de simulation des procédés de production de l'aluminium et de ses alliages. Le projet est divisé en 2 volets de recherche: 1) « procédés de réduction de l'alumine pour un aluminium plus vert », et 2) « alliages métalliques, traitement du métal liquide et recyclage ». Les modèles développés dans le cadre du 1er volet visent à 1) mieux simuler le comportement des électrodes (carbone ou inertes), 2) mieux simuler le comportement d'impuretés néfastes (Fe, P, charbonnaille) lors de l'électrolyse, le tout afin d'améliorer les performances énergétiques et de réduire les émissions néfastes (CO2, fluor). Les modèles du 2e volet visent à améliorer les simulations de coulée et de transformation thermique des alliages afin de développer de nouveaux alliages aux meilleures propriétés, plus aptes à soutenir de multiples cycles de recyclage, tout en améliorant notre compréhension fondamentale au niveau atomistique de ces alliages. La formation de personnel hautement qualifié est essentielle pour implanter une nouvelle génération d'ingénieurs-chercheurs. À l'aide de modèles en l'état-de-l'art, ce projet permettra à nos partenaires industriels de 1) améliorer le développement lié à l'implantation de nouvelles technologies de réduction de l'aluminium émettant de l'oxygène, 2) réduire la consommation de carbone et les émissions de CO2 des usines, 3) prévoir les chemins menant à de nouveaux alliages performants et 4) construire les nouvelles technologies de recyclage des alliages d'Al contenant du Li, Fe, Ti, Zr, Cr. Comme le Canada est un des principaux producteurs d'Al, et comme les émissions de CO2 de l'industrie sont élevées, ce projet permettra d'améliorer la viabilité à long terme de cette importante industrie.