Code de pratiques pour réduire les émissions de PM2,5 dans le secteur de l’aluminium : chapitre 3

Titre officiel : Code de pratiques pour réduire les émissions de particules fines (PM_2,5) dans le secteur de l'aluminium primaire

3. Pratiques recommandées en matière de contrôle des émissions de P2,5

• 3.1 Production d’aluminium (réduction électrolytique)
• 3.2 Production d’anodes précuites
• 3.3 Calcination du coke vert
• 3.4 Production d’alumine
• 3.5 Pratiques de gestion environnementale

Cette section présente les mesures recommandées permettant d’atténuer les émissions de particules dont les P_2,5 découlant des différents procédés associés au secteur de l’aluminium primaire. Les 44 recommandations ont été subdivisées selon quatre activités, soit :

• Production de l’aluminium (réduction électrolytique);
• Production d’anodes précuites;
• Calcination du coke vert;
• Production d’alumine.

Chaque recommandation suivie d’une brève discussion est associée à une ou plusieurs sources de particules répertoriées au tableau 3-1. La mise en œuvre des recommandations suivantes devrait se faire dans un contexte d’amélioration continue, là où requis, pertinent et applicable. Les émissions de P_2,5 n’ayant pas été quantifiées précisémment pour chacune de sources identifiées dans ce code, les recommandations sont énoncées dans un ordre subjectif. La liste des recommandations présentée ci-après n’est pas exhaustive et conséquemment, les installations du secteur de l’aluminium ne devraient pas s’y limiter. La mise en place d’autres mesures de réduction des P_2,5 devrait être envisagé lorsque pertinent et applicable. La fréquence appropriée de suivi, d’inspection ou d’autres pratiques décrites dans les recommandations suivantes est déterminée suite à un diagnostic de la situation initiale dans un contexte d’amélioration continue. Le choix de la fréquence appropriée devrait aussi considérer les spécificités de chaque installation telles que la nature et l’âge de l’équipement, les recommandations et spécifications du manufacturier, les exigences réglementaires, etc. L’établissement d’un calendrier d'inspection et de suivi est recommandé.

Note : Dans cette section, le terme « épurateur » indique une des technologies suivantes : CTG, CTF, CTFB, pyroépurateur, bouilloire suivi d’un filtre à manche et épurateur humide venturi.

3.1 Production d’aluminium (réduction électrolytique)

L’évolution constante des technologies de réduction électrolytique permet, à chaque nouvelle usine, d’améliorer la performance environnementale de l’industrie de l’aluminium primaire. L’efficacité d’extraction des gaz dans les cuves suit cette même tendance diminuant ainsi les émissions fugitives de particules dans la salle de cuves dont l’air ambiant n’est pas traité. Hormis l’installation de nouveaux épurateurs, l’optimisation des méthodes d’exploitation des cuves d’électrolyse et, dans une moindre mesure, de la qualité des matières premières (anodes précuites scellées, bain cryolithique, alumine) est la meilleure approche à suivre pour la réduction de la pollution atmosphérique d’une installation existante. Ceci est vrai autant pour les rejets gazeux que pour les particules fines qui agissent plutôt comme un gaz et restent en suspension dans l’air ambiant.

3.1.1 Ouverture des capots des cuves d’électrolyse

Recommandation R01 - Optimiser les méthodes de travail permettant d’ouvrir un nombre minimum de capots à la fois et les ouvrir seulement lorsque le travail débute. Fermer les capots dès que le travail est terminé.

Sources visées- S01, S02, S03, S05, S38

L’exploitation d’une usine de production d’aluminium nécessite des interventions périodiques dans les cuves d’électrolyse. Que ce soit pour le changement d’anodes,le soutirage du métal en fusion ou du bain cryolithique, ou pour le chargement du bain cryolithique, chacune de ces opérations requiert l’ouverture des capots ce qui occasionnent des fuites de particules fines dans la salle de cuves.

Il a été démontré que les émissions de HF liées à ces interventions représentent environ 60 % des émissions de HF de l’usine incluant les émissions du CTG.^{Note de bas de page6},^{Note de bas de page7} L’optimisation desméthodes de travail afin de minimiser le nombre de capots ouverts simultanément et leurs temps d’ouverture est la meilleure approche afin de contrôler ces émissions. Les émissions de HF (et donc de P_2,5) augmentent avec le nombre de capots d’ouverts simultanément.^{Note de bas de page8} Il ne faut donc pas laisser les capots ouverts sans raison.

3.1.2 Système d’extraction des gaz

Recommandation R02 - Procéder à un diagnostic régulier de la performance d’extraction des ventilateurs en fonction de la puissance appliquée, du débit et de la perte de charge. Ajuster au besoin afin de maximiser le débit d’extraction.

Sources visées - S01-S06, S16-S25, S28, S29, S31, S32, S34, S35, S38

Cette recommandation s’applique pour tous les épurateurs de gaz employant un ventilateur. Les gaz et particules libérés sous le capot des cuves sont continuellement aspirés et acheminés vers le CTG par un conduit principal. L’efficacité d’extraction des gaz dépend largement de la configuration et de l’état de la superstructure et des conduites de ventilations qui doivent contenir un minimum de brèches.

Ceci permet de maximiser la pression négative dans les cuves en fonction de la puissance d’aspiration du ventilateur en aval. Lorsqu’un ou des capots sont ouverts, la pression négative diminue localement, ce qui entraîne une augmentation des fuites dans le bâtiment. Les cuves situées aux extrémités des salles de cuves (les plus éloignés du ventilateur) peuvent être plus sujettes à une diminution de la capacité d’aspiration. La baisse d’efficacité du système en place est un autre aspect réduisant la capacité d’extraction des particules vers le CTG. À ce niveau, il est conseillé d’établir un programme de suivi et d’entretien des ventilateurs afin de maximiser en tout temps le débit d’extraction en fonction de la puissance applicable.

3.1.3 Changement des anodes précuites

Recommandation R03 - Optimiser les méthodes de travail afin de minimiser le temps requis pour le changement des anodes et leur recouvrement avec un produit de couverture des anodes.

Sources visées - S01, S38

Le changement des anodes est une des plus importantes sources d’émissions fugitives dans la salle de cuves. En général, cette activité consiste à ouvrir le capot de la cuve, à briser la croûte autour du mégot d’anode, à marquer la hauteur du mégot d’anode dans la cuve, à retirer le mégot d’anode, à nettoyer la cavité avec un extracteur adapté (p.ex., type Pacman) et à placer la nouvelle anode dans la cavité. Cette procédure prend typiquement plus de 10 minutes et doit être effectuée avec diligence afin de prévenir des problèmes opérationnels.^{Note de bas de page9} Il est donc conseillé de développer et d’appliquer une méthode de travail efficace permettant de minimiser le temps nécessaire pour le changement d’anodes (p.ex., nettoyer la cavité avec l’extracteur immédiatement après avoir retiré le mégot d’anode; placer le plateau recueillant le mégot d’anode et le résidu de bain près de la cuve).

3.1.4 Croûte recouvrant le bain cryolithique

Recommandation R04 - Instaurer un programme de surveillance des fissures dans la croûte, soit par inspection visuelle ou par système automatisé. S’assurer que le produit de couverture des anodes est approprié et efficace comme scellant.

Recommandation R05 - Recouvrir le trou de coulée avec un produit de couverture des anodes une fois le travail de soutirage ou d’échantillonnage terminé.

Sources visées - S01-S03, S05, S38

Un facteur important agissant sur le taux d’émissions de fluorures des cuves est l’intégralité de la croûte d’alumine et de cryolithe recouvrant le bain cryolithique qui agit comme barrière physique contre la migration des gaz.^{Note de bas de page10} Un mauvais recouvrement des nouvelles anodes est une autre cause. Il a été démontré maintes fois que l’intensité des émissions est proportionnelle à l’étendue des trous et fissures dans la croûte.^{Note de bas de page11} Ces brèches sont créées notamment lors de l’alimentation de l’alumine avec le piqueur doseur, du siphonnage du métal ou du bain par le trou de coulée, et du travail associé à la suppression de l’effet anodique.

Ainsi, un programme de surveillance (visuel ou automatisé) s’assurant que la croûte contienne et subisse un minimum de fissures réduirait les rejets de particules à la source. Lorsque c’est applicable et pertinent, car ceci peut causer un temps d’ouverture plus long des portes de soutirage, il est recommandé de recouvrir les trous de coulée avec un produit de couverture aussitôt que l’échantillonnage ou le soutirage du métal en fusion ou du bain cryolithique est terminé. Étant de nature hétérogène, la composition du produit de couverture d’anode peut varier et avoir un impact direct sur la qualité de la croûte.^{Note de bas de page12} En marge du programme de surveillance des fissures, il est également conseillé d’établir un contrôle assidu des propriétés du produit de couverture afin de prévenir, entre autres, l’apparition chronique de fissures dans la croûte.

3.1.5 Soutirage du bain cryolithique et du métal en fusion

Recommandation R06 - Lors d’activités de soutirage, rediriger les fumées évacuées par le creuset dans l’enceinte de la cuve à l’aide d’un tuyau flexible.

Sources visées - S02, S03

L’aluminium produit par électrolyse se dépose à la surface de la cathode au fond de la cuve et y est normalement extrait sur une base journalière afin de maintenir une hauteur optimale. Pour ce faire, un creuset calorifuge équipé d’un siphon est utilisé. Normalement, cette activité consiste à ouvrir le capot de la cuve, à préparer un trou de coulée dans la croûte, à brancher le tuyau de ventilation et l’air comprimé sur le creuset, à placer le siphon dans le trou de coulée, à soutirer le métal dans le creuset, à retirer le creuset lorsque le soutirage est terminé, à sceller le trou de coulée et à fermer le capot. Le soutirage du bain cryolithique suit la même procédure de base et est surtout appliqué pour le maintien de la hauteur de bain gouvernant l’équilibre thermique et la dissolution de l’alumine. La portée des émissions fugitives associées à ce travail est intimement liée au temps d’ouverture des capots (voir la recommandation R01), mais également au gaz expulsé par le tuyau d’échappement du creuset. Ce gaz est constitué d’air mélangé à des vapeurs de cryolithe. Il est donc conseillé de transférer ces gaz dans l’enceinte de la cuve afin qu’ils soient captés et traités au CTG au lieu d’être expulsés dans la salle des cuves.

3.1.6 Éclaboussures et déversements de bain cryolithique

Recommandation R07 - Minimiser et récupérer les déversements et éclaboussures de bain cryolithique sur le plancher.

Recommandation R08 - Verser le bain dans la goulotte (ou chenal) vers la cuve à une vitesse optimale afin de réduire le temps de coulée tout en évitant les éclaboussures. Éviter de verser trop lentement.

Recommandation R09 - Minimiser et récupérer le résidu de bain cryolithique dans la goulotte (ou chenal) lorsque le chargement est terminé.

Source visée-S02

Après avoir été soutiré d’une cuve, le bain cryolithique liquide peut être déchargé dans une autre cuve dont la hauteur de bain est basse. Cette activité consiste normalement à ouvrir le capot, à positionner la goulotte, à positionner le creuset près de la goulotte et ouvrir le bec verseur du creuset, à verser le bain dans la cuve par la goulotte et le trou de coulée, à retirer le creuset et la goulotte lorsque le chargement est terminé et à fermer le capot. Les rejets de particules associés au chargement du bain cryolithique sont intimement liés à l’ouverture des capots (voir la recommandation R01) et à l’exposition du bain cryolithique chaud dans la goulotte situé à l’extérieur de l’axe de la hotte. Un accroissement des rejets reste de plus inévitable si un déversement de bain survient lors de la coulée ou que le bain résiduel dans la goulotte n’est pas nettoyé immédiatement après la coulée. Les pertes de bain cryolithique sur le plancher peuvent également survenir lors du changement d’anodes. Une méthode de travail permettant de restreindre ces circonstances réduirait le taux d’émissions dans la salle de cuves.

3.1.7 Écumage de la charbonnaille

Recommandation R10 - Refroidir la charbonnaille (écume de carbone) chaude à l’intérieur de l’enceinte de la cuve ou dans un contenant muni d’un couvercle. Minimiser le temps de séjour de la charbonnaille dans la salle de cuves.

Source visée- S01

La propagation de la charbonnaille dans le bain électrolytique est un phénomène dont la portée est liée à la qualité des anodes et aux conditions d’opération. L’oxydation sélective du brai de goudron relâchant les grains de coke, l’usure de la cathode, et l’ajout de carbone par le produit de couverture et l’alumine enrichie sont les mécanismes principaux d’accumulation de carbone.^{Note de bas de page13} Cette matière peut causer une augmentation de la résistance électrique dans le bain provoquant une augmentation de la température et une baisse du rendement du courant sans compter une augmentation du taux de consommation anodique. Il est donc essentiel de retirer la charbonnaille régulièrement tout en minimisant le temps nécessaire à cette opération. La charbonnaille chaude fraîchement recueillie est imprégnée de cryolithes amplifiant la diffusion de particules fluorées à l’air ambiant. Certaines technologies de cuve possèdent une plaque de métal à l’intérieur de la cuve près la porte de soutirage au niveau du plancher où il est possible de laisser la charbonnaille refroidir. Il est donc recommandé, si applicable, de laisser refroidir la charbonnaille à l’intérieur de l’enceinte de la cuve afin de capter un maximum des émissions de P_2,5 y découlant qui seront alors ventilées et traitées au CTG. Il est aussi possible de laisser refroidir la charbonnaille à l’extérieur de la cuve, dans un contenant muni d’un couvercle.

3.1.8 Contrôle des paramètres opératoires

Recommandation R11 - Contrôler et maintenir la hauteur du bain dans la cuve à un niveau optimal afin de prévenir un accroissement involontaire de la température du bain et un contact direct avec de l’air humide. Ces deux phénomènes accentuent la formation de particules fluorées.

Sources visées - S01, S03, S05

Du point de vue environnemental, il est recommandé que le bain liquide ne soit pas ou peu en contact avec de l’air sous la croûte afin de limiter la formation de HF et de particules fluorées selon des mécanismes impliquant l’humidité.^{Note de bas de page14} De plus, en contrôlant la hauteur du bain et l’épaisseur de la croûte, l’équilibre thermique peut être maintenu plus facilement prévenant ainsi un accroissement involontaire de la température et donc, des émissions de HF et microparticules fluorées.

Recommandation R12 - Prévenir, contrôler et minimiser la fréquence et la durée des effets d’anode. Après la suppression manuelle de l’effet anodique, recouvrir les fissures de la croûte avec un produit de couverture des anodes.

Source visée-S39

L’effet d’anode est un phénomène qui nuit à la réduction électrolytique par une augmentation soudaine du voltage et une diminution de l’ampérage. Ceci est dû à la présence d’un film de gaz à la surface de l’anode qui doit être dégagé soit automatiquement par le système de contrôle de la cuve ou manuellement par un opérateur (avec une longue tige ou perche en bois). Éteindre l’effet d’anode automatiquement permet de ne pas ouvrir les capots de la cuve. Les gaz sont donc dirigés vers le CTG. Dans les deux cas, ces opérations causent un bris de la croûte ce qui augmente le taux d’émissions. L’opérateur doit donc s’assurer de minimiser l’effet anodique et de sceller les fissures avec un produit de couverture dès qu’elles surviennent (voir la recommandation R04). De façon générale, les alumineries modernes préviennent les effets anodiques en injectant automatiquement de l’alumine dès que le voltage augmente dans la cuve.

3.1.9 Coulée de l’aluminium en fusion

Recommandation R13 - Limiter les rejets de particules du centre de coulée.

Source visée - S04

L’aluminium liquide dans le creuset est transporté vers le centre de coulée où il est transféré dans un four de maintien et possiblement allié avec d’autres métaux. Le métal fondu est graduellement déplacé vers une machine de coulée pour former des lingots de différentes formes selon les spécifications du client. La coulée de l’aluminium est une source très faible d’émissions de particules métalliques.^{Note de bas de page15} Ainsi, du point de vue environnemental, l’optimisation de la consommation de combustible du centre de coulée permet de réduire la génération de polluants atmosphériques incluant les particules.

3.1.10 Activités de maintenance et d’entretien

Recommandation R14 - Faire une inspection régulière selon un horaire planifié des installations de l’usine de production de l’aluminium (réduction électrolytique) incluant l’état des capots, les conduits d’évacuation des gaz de chaque cuve, le système d’alimentation de l’alumine et la superstructure des cuves. Lorsqu’un bris ou une défectuosité est constaté, faire les réparations ou remplacements appropriés dès que possible.

Sources visées - S06, S16, S17, S24-S26, S39

À priori, les cuves de production de l’aluminium avec technologie à anodes précuites ne sont pas totalement hermétiques ce qui occasionne des émissions fugitives continues par les ouvertures.

Ces émissions fugitives de particules et d’autres contaminants proviennent non seulement des activités reliées à l’opération, mais aussi des ouvertures causées par l’usure prématurée (ou normale) de la structure et des équipements en contact avec les gaz de procédé. Avec l’âge, la superstructure peut également perdre de son étanchéité, ce qui amplifie le problème. Ces ouvertures peuvent être réduites à un minimum pourvu que les équipements soient conçus, opérés, et maintenus adéquatement. À noter que la majorité des émissions fugitives sont évacuées par les évents de toit de la salle de cuves et ne subissent pas de traitement particulier.

Ainsi, les joints de dilatation, les joints d’étanchéité en caoutchouc, les joints statiques, etc., doivent être inspectés périodiquement et aussitôt réparés si défectueux. D’autres points névralgiques incluent la jonction entre la superstructure et le conduit principal des gaz, les fissures dans le conduit d’alimentation de l’alumine et les dommages sur la superstructure.^{Note de bas de page16}

Recommandation R15 - Mettre en œuvre un plan de formation des employés sur l’approche à suivre afin de prévenir l’usure prématurée et les bris intempestifs dus à une mauvaise exploitation des installations.

Sources visées -S1-S39

Plusieurs défectuosités (pas toutes) peuvent être causées par une mauvaise installation ou exploitation. Ainsi, il serait conseillé d’établir, en plus d’un programme d’inspection et de réparation des infrastructures, un plan de formation des employés sur l’approche à suivre afin de prévenir ces situations.

3.1.11 Activités de nettoyage (réduction électrolytique)

Recommandation R16 - Utiliser un aspirateur de type HEPA pour le nettoyage du plancher de la salle de cuves et autres bâtiments.

Sources visées - S01-S05, S27, S38, S39

Recommandation R17 - Nettoyer régulièrement l’entrée du système d’aspiration située dans la superstructure des cuves (rainures, paillettes, section des hottes, etc.).

Sources visées - S01, S02, S16, S38

Recommandation R18 - Dégager régulièrement les résidus solides fixés sur le piqueur doseur afin de réduire la taille du trou dans la croûte après injection et donc, les émissions (corollaire à la recommandation R05).

Sources visées - S01-S03, S38

Le nettoyage du plancher de la salle de cuves est un aspect à inclure dans un programme d’entretien. Dans ce sens, il faut éviter d’utiliser un système qui disperserait les poussières du sol dans l’air ambiant. L’utilisation d’un aspirateur est donc conseillée contrairement au nettoyage à l’air comprimé ou avec une balayeuse mécanique. Un nettoyage régulier du plafond des cuves où des résidus du bain cryolithique s’accumulent avec le temps est également conseillé afin de contrôler leurs diffusions dans la salle des cuves lors de l’ouverture des capots.

3.1.12 Suivi des opérations aux épurateurs

Les gaz et particules libérés sous le capot des cuves sont continuellement aspirés et acheminés vers le CTG. Typiquement, un CTG collecte les gaz des cuves par un conduit principal puis les distribue dans des réacteurs verticaux dans lesquels de l’alumine fraîche et de l’alumine fluorée y sont injectées à la base. L’objectif premier est d’intercepter les composés fluorés, nuisibles pour l’environnement. Que ce soit par injection d’alumine ou par lit fluidisé, le gaz épuré doit être dépoussiéré afin de récupérer l’alumine fluorée qui est utilisée comme matière première dans les cuves d’électrolyse. Le dépoussiéreur est composé d’une surface filtrante qui, selon sa configuration et ses paramètres d’opération, capte la majorité des particules de procédé (> 99%).^{Note de bas de page17} Ce procédé est considéré comme la meilleure pratique pour le traitement des gaz provenant des cuves d’électrolyse. Il demeure que le CTG et tout autre système de traitement des gaz doivent être configurés et exploités convenablement afin de maximiser son rendement.

Recommandation R19 - Faire le suivi régulier et périodique du débit de gaz pour chaque compartiment du dépoussiéreur tout en s’assurant qu’il est homogène. Faire le suivi de la perte de charge afin d’identifier les anomalies qui devront être corrigées.

Sources visées - S16-S20, S23-S25, S28, S29, S31, S32, S34, S35

Un centre de traitement des gaz est constitué de plusieurs compartiments en parallèle (typiquement 12 à 14) incluant des réacteurs d’injection et des unités de filtration. Le flux gazeux quittant chaque compartiment est ensuite combiné et envoyé à la cheminée alors que l’adsorbant (alumine) est dirigé vers un silo d’entreposage. La capacité de filtration du dépoussiéreur est établie en fonction d’un rapport de débit sur la surface de filtration (air-to-cloth ratio) nécessitant ainsi un débit de gaz constant et une vitesse maximale à ne pas dépasser afin d’obtenir un rendement optimal. Un débit variable (à l’intérieur d’une plage donnée) parmi les compartiments dû à une perte de charge variable réduit la performance du filtre.

Il est donc important de faire un suivi régulier de la perte de charge et du débit dans les compartiments afin d’éviter notamment une usure prématurée des sacs. La mesure et le suivi de la concentration de fluorure de l’alumine peuvent aussi être envisagés.

Recommandation R20 - Ajuster la fréquence et la durée de nettoyage des dépoussiéreurs ou des surfaces filtrantes à l’épurateur permettant de balancer le débit de gaz pour chaque compartiment et maximiser le rendement de collecte.

Sources visées - S16, S18, S19, S24, S28, S29, S31, S34

L’augmentation de la perte de charge est causée notamment par la résistance d’écoulement dans les conduits de gaz, dans le réacteur d’injection et dans le dépoussiéreur. Le nettoyage des sacs permet de contrôler cette perte de charge et de maintenir le débit en fonction des paramètres de conception du dépoussiéreur. Il est donc important d’ajuster la fréquence et durée des nettoyages afin de maintenir un débit équilibré dans chaque compartiment. Idéalement ajuster le débit de chaque compartiment à l’aide d’un ventilateur dédié ou dans le cas de ventilateur centralisé, ajuster le débit à l’aide de la valve de chaque compartiment.

Recommandation R21 - Dans la mesure du possible, limiter le recyclage de l’alumine enrichie ou fluorée dans les réacteurs d’injection du CTG ou du CTF sans influencer le captage du HF. Faire le suivi régulier et périodique du taux de recyclage pour s’assurer qu’il est au point optimal.

Sources visées - S16, S18

Au CTG et CTF, une grande part de l’alumine enrichie est recyclée dans les réacteurs avec objectif de contrôler son niveau de production en fonction de la taille des silos et des besoins à l’usine de réduction électrolytique. Toutefois, l’alumine subit une attrition continue lors du processus augmentant ainsi la proportion de particules fines dans l’alimentation au CTG et CTF et donc, les émissions de P_2,5 à la cheminée.^{Note de bas de page18} Une optimisation fréquente est donc requise afin de maximiser le captage du HF et minimiser le taux de recyclage de l’alumine enrichie. Le recyclage optimal devrait être déterminé en fonction de la mesure de la concentration de HF à la sortie du CTG et CTF. Le taux de recyclage doit généralement être plus élevé en période chaude (été) qu’en hiver. À noter que cette recommandation ne s’applique pas au CTFB étant donné que le coke enrichi n’est normalement pas recyclé. Ce coke est plutôt retourné à l’atelier de pâte crue.

3.1.13 Entretien des épurateurs, des dépoussiéreurs et des systèmes connexes

Recommandation R22 - Faire une inspection régulière selon un horaire planifié de l’épurateur incluant le système de captation, les joints d’étanchéité, le ventilateur (corollaire à la Recommandation R02), le système d’alimentation de l’alumine ou coke calciné selon le secteur de production et le système de filtration. Réparer dès qu’un bris ou une défectuosité est constaté.

Sources visées - S16-S25, S28, S29, S31, S34, S35, S39

Recommandation R23 - Pour les systèmes de filtration, remplacer les sacs ou autres surfaces filtrantes à la fin de leur durée de vie utile. Ne pas attendre qu’un bris survienne.

Sources visées - S07-S09, S16, S18, S19, S21, S22, S24, S28, S31, S34, S39

Pour un rendement constant, le maintien des épurateurs est primordial. Une inspection périodique permet de relever les bris dans la structure qui pourrait mener à des fuites de particules (p.ex., bris d’une conduite d’alumine, bris dans un conduit de gaz). L’usure du ventilateur (p.ex., roue de soufflante) et des différents joints d’étanchéité de la superstructure doit également être prise en compte dans le suivi (corollaire à la recommandation R02). Les sacs ou autres surfaces filtrantes s’usent également avec le temps et doivent être changés périodiquement avant l’apparition de fissures qui amplifieraient les émissions à la cheminée.

Recommandation R24 - Pour le CTG, inspecter régulièrement les conduites pouvant être à risque d’accumulation d’écaille grise ou « scale ». Nettoyer si l’accumulation est trop importante.

Source visée - S16

La formation d’un produit amorphe d’alumine, de bain et d’eau (écaille grise : hard gray scale) s’accumulant sur les parois des conduites en acier est un problème qui peut affecter la performance du CTG et la durée de vie de la surface filtrante.^{Note de bas de page19} L’écaille grise peut survenir dans les réacteurs d’injection, les dépoussiéreurs, les réacteurs à lits fluidisés et les conduites d’alumine enrichie. L’accumulation cause entre autres une augmentation de la perte de charge, une réduction de la qualité du mélange entre le gaz et l’alumine, et un déséquilibre du débit de gaz entre les compartiments. Afin de prévenir ces situations, il est grandement conseillé de faire le suivi des secteurs à risque et de nettoyer les conduites si une accumulation nuisible d’écaille grise est constatée.

3.1.14 Suivi des installations et de leurs rendements

Recommandation R25 - Faire le suivi des émissions de particules à la sortie des dépoussiéreurs. Enquêter sur les causes expliquant une augmentation soudaine des émissions de particules et faire les correctifs nécessaires.

Sources visées - S07-S09, S16, S18, S19, S24, S26, S28, S30, S31, S33, S34, S36, S39

Recommandation R26 - Faire le suivi visuel des systèmes d’injection pneumatique et de manutention mécanique selon un horaire planifié afin de repérer les fuites. Effectuer les réparations dès que possible.

Sources visées - S07-S09, S16-S20, S24-S26, S28-S36

Les émissions de particules ne sont pas que générées par le procédé, mais également lors de la manutention et le transport des matières solides entrant ou quittant le procédé. Par exemple, l’alumine métallurgique généralement dense et poudreuse doit être entreposée et transportée vers les trémies d’alimentation des cuves d’électrolyse à l’abri des intempéries qui causeraient des pertes de matières et des émissions fugitives. Un système de manutention par convoyeur fermé et équipé de dépoussiéreurs est normalement utilisé.

Parmi les matières premières, produits, et sous-produits, les suivantes transitent typiquement par convoyeurs à vis (ou pneumatique ou équivalent) entre les différents points de transfert (p.ex., silo d’entreposage, trémie) : alumine fraîche, alumine enrichie, coke calciné frais, coke calciné enrichi, coke sous-calciné, bain figé broyé et bauxite. La majorité des émissions de particules provenant de ces matières ont une taille supérieure à 2,5 microns, mais avec l’installation de dépoussiéreurs, la fraction de P_2,5 à la cheminée peut augmenter.^{Note de bas de page20} L’optimisation des dépoussiéreurs est une solution pour minimiser les émissions de P_2,5 liées à la manutention et l’entreposage des différentes matières poudreuses.

Les convoyeurs à vis et pneumatiques sont des systèmes fermés équipés de hottes et de dépoussiéreurs à sac aux différents points de transfert (p.ex., chargement du coke dans les balances à l’atelier de pâte crue). Afin de s’assurer que la capture des particules reste efficace, il est conseillé d’exploiter un système de suivi des émissions de particules à la sortie du dépoussiéreur (p.ex., visuel, mécanique, électroniques équipées d’alarme). En cas d’émissions élevées soudaines, l’opérateur pourra enquêter sur la cause, faire les ajustements nécessaires et ainsi limiter les émissions de particules. De plus, un suivi visuel des systèmes de manutention afin de repérer les bris et/ou les fuites devrait être établi selon un horaire planifié régulier.

Recommandation R27 - Effectuer un suivi et entretien périodique des dépoussiéreurs et remplacer la surface filtrante lorsqu’elle atteint la fin de sa durée de vie utile (corollaire aux recommandations R22 et R23).

Sources visées - S07-S09, S16, S18, S19, S24, S26, S28, S30, S31, S33, S34, S36, S39

Se référer à la section 3.1.13.

3.1.15 Transport des mégots d’anodes

Recommandation R28 - Minimiser le temps d’exposition (et de transport) des mégots à l’air libre dans la salle de cuves ou à l’extérieur. Par exemple, utiliser efficacement des plateaux couverts (ou équivalent) pour le refroidissement et le transport des mégots d’anode (ou croûte et bain cryolithique chaud) à la salle d’entreposage.

Source visée - S27

Lorsque les mégots d’anodes sont retirés des cuves, leur température s’approche de 960°C. Il est reconnu qu’à cette température (> 700°C) une partie du bain s’évapore pour former entre autres du NaAlF₄ qui s’hydrolyse ensuite en présence d’humidité pour former du HF.^{Note de bas de page21} La condensation de certaines espèces fluorées dans l’air génère également des P_2,5. Le recouvrement des mégots à l’aide d’un plateau fermé, d’un matériel granulaire, ou d’un équivalent peut être appliqué pour couper l’air nécessaire à la combustion du mégot ou du bain et pour contenir les émissions, plus intenses lors du refroidissement initial.^{Note de bas de page22} Lorsque les mégots sont totalement refroidis, ceux-ci peuvent être retirés du plateau et traités en conséquence. Par contre, les gaz et P_2,5 présents dans le plateau seront relâchés. Il est donc conseillé d’exploiter un système de ventilation à la salle d’entreposage des mégots et si possible, d’intégrer le flux gazeux au CTG.

3.2 Production d’anodes précuites

La production d’anodes précuites utilise comme matière première le brai de goudron de houille (ou un équivalent) et le coke calciné (et possiblement le coke sous-calciné) qui est à l’origine des particules tout au long du procédé de fabrication. De plus, le nettoyage mécanique des mégots d’anodes et le concassage du bain figé génèrent des particules mixtes d’alumine, de cryolithe et de carbone. La plupart des étapes de fabrication des anodes génèrent des particules qui peuvent être difficilement évitées ou réduites à la source sans en affecter le procédé et la qualité des anodes. C’est le cas pour les stations de nettoyage mécanique des mégots d’anodes, de concassage du bain figé et de concassage, broyage et tamisage du coke calciné sur lesquelles il faut installer des systèmes d’aspiration et d’épuration des particules afin d’assurer un environnement de travail sécuritaire et pour protéger l’environnement. Le four de cuisson des anodes est également une source d’émissions fixes et fugitives de particules.

3.2.1 Four de cuisson

Recommandation R29 - Exploiter un système efficace de remplissage des fosses du four de cuisson avec du coke de garnissage permettant de limiter les pertes de coke dans le bâtiment. Former les opérateurs afin de standardiser les méthodes de travail entourant la manipulation du coke de garnissage.

Sources visées - S10, S29

Un four de cuisson conventionnel est composé de plusieurs sections, chacune comportant plusieurs fosses dans lesquelles les anodes crues sont placées et recouvertes de coke de garnissage, ce qui permet un bon échange thermique en plus de protéger les anodes contre l’oxydation de l’air. Lorsque le cycle de cuisson est terminé pour une section, un pont roulant spécialisé aspire le coke de garnissage et l’entrepose dans une trémie et retire les anodes cuites. Le pont roulant charge de nouvelles anodes crues et injecte dans la fosse le coke de garnissage provenant de la trémie. Afin de limiter les émissions de particules durant ces opérations, le pont roulant doit être muni d’un système efficace de contrôle des poussières de coke.^{Note de bas de page23}

Recommandation R30 - Faire le suivi de la pression négative à l’entrée du CTF ou à la sortie du four de cuisson.

Sources visées - S10, S18

La cuisson des anodes s’effectue en milieu fermé sans être complètement étanche étant donné que les sections du four doivent être régulièrement libérées pour charger et décharger les anodes. Le suivi de la pression négative à la sortie des fours est primordial pour des raisons de sécurité, mais aussi pour éviter les fuites de particules dans le bâtiment du four. Afin d’opérer en pression négative de façon optimale, une étanchéité efficace est nécessaire. Par exemple, une attention particulière devrait être portée à l’état des barrières flexibles (port plates) qui empêchent l’entrée d’air froid dans la section chauffée et qui peuvent causer la condensation de composés volatils, la formation de produits chimiques corrosifs (p.ex., HF, H₂SO₃) dans les conduites de gaz et une combustion incomplète.^{Note de bas de page24}

3.2.2 Nettoyage des mégots d’anodes

Recommandation R31 - Exploiter efficacement les systèmes de captage, d’extraction et de filtration des poussières provenant du procédé de nettoyage des mégots d’anodes.

Sources visées -S07, S08, S29

Les mégots d’anodes issus du procédé de réduction électrolytique sont refroidis et placés dans un entrepôt. Ils sont ensuite placés à tour de rôle sur un convoyeur aérien qui les transfère vers l’atelier de scellement des anodes où le bain figé est extrait suivant des étapes successives de prénettoyage (fragmentation du bain figé à l’aide d’outils mécaniques), nettoyage (brossage rotatif des blocs de carbone) et grenaillage. Ces étapes produisent en moyenne 4 à 5 kg de bain fragmenté par anode ce qui cause un environnement poussiéreux.^{Note de bas de page25}

À chacune de ces stations, le mégot est placé à l’intérieur d’une enceinte scellée permettant de réduire l’impact environnemental, mais également de protéger les systèmes mécaniques et hydrauliques contre la poussière. Il est donc recommandé d’exploiter des systèmes efficaces d’extraction d’air (cloisonnés ou pas) et de dépoussiérage. Le suivi continu ou semi-continu des émissions de particules à la sortie des dépoussiéreurs permettrait de garantir leur efficacité. Dès qu’une augmentation soudaine des émissions est observée, il serait une bonne pratique d’enquêter rapidement sur la cause et d’apporter les correctifs nécessaires dans les plus brefs délais (se référer à la recommandation R25).

3.2.3 Concassage du bain figé

Recommandation R32 - Filtrer les émissions de particules fines issues du concasseur de bain figé à l’aide de dépoussiéreurs.

Sources visées - S08, S29

Les résidus de bain extraits des mégots lors des différentes étapes de nettoyage sont récupérés sous les instruments puis transférés vers un concasseur afin d’obtenir une matière suffisamment granuleuse pour être recyclés dans les cuves d’électrolyse comme produit de couverture d’anodes. Les exploitants doivent alors traiter l’air issu du concasseur à l’aide de dépoussiéreurs.

3.2.4 Activités de maintenance

Recommandation R33 - Faire une inspection régulière selon un horaire planifié des installations de production d’anodes précuites incluant les systèmes de nettoyage des mégots d’anodes, de concassage du bain figé, de broyage et tamisage du coke calciné ainsi que le four de cuisson. Lorsqu’un bris ou une défectuosité est constaté, faire les réparations ou remplacements appropriés dès que possible.

Sources visées - S07-S11, S18-S20, S28-S30

Voir aussi les recommandations R15, R22, R23, R24 et R27

3.2.5 Suivi des opérations (CTF et CTFB)

Les installations de production d’anodes précuites utilisent le CTF pour le traitement des fumées de cuisson des anodes crues contenant des particules en plus des composés fluorés provenant des résidus de mégots d’anodes. Pour le traitement des fumées de brai, ces installations exploitent un épurateur à sec avec injection de coke calciné qui est spécialement adapté pour la capture des composés organiques. Les fumées de brai sont ainsi canalisées vers le CTFB et traitées. Une grande partie des particules émises à la cheminée du CTFB, dont une faible proportion de P_2,5, provient du coke injecté.

Recommandation R34 - Pour le CTF seulement, exploiter la tour de refroidissement de façon à condenser la majeure partie des goudrons contenus dans les gaz de cuisson. Ajouter si nécessaire un préfiltre (p.ex., garnissage en céramique) permettant de capter une majorité des particules et matières condensables, dont les goudrons.

Source visée - S18

Le CTF pour le traitement des fumées de cuisson des anodes exploite un procédé très similaire au CTG hormis l’ajout d’une tour de refroidissement en amont des réacteurs et dépoussiéreurs. Cette étape implique l’injection d’une quantité non saturante d’eau qui a pour but de réduire la température des gaz. Ce faisant, les goudrons se condensent pour être ensuite adsorbés par l’alumine injectée dans le réacteur. Une quantité minime de résidus de goudron, incluant une petite fraction des matières solides entrantes, sont collectées au bas de la tour. L’élimination du goudron est également primordiale pour le bon fonctionnement du réacteur d’injection d’alumine et du dépoussiéreur où des agglomérats pourraient se former en présence de ce goudron. Dans ce cas, le rendement du dépoussiéreur où la majorité des particules sont captées s’en retrouverait affecté.

Voir également les recommandations R02, R19, R20, R21, R25 et R26

3.2.6 Type de combustible

Recommandation R35 - Du point de vue des émissions de particules, favoriser l’utilisation de l’hydroélectricité au lieu de combustibles fossiles si le système en place le permet. Sinon, favoriser l’utilisation du gaz naturel au lieu du mazout (ou d’un autre combustible lourd). Pour les installations n’ayant pas accès à l’hydroélectricité, le choix d’une source d’énergie électrique alternative doit être considéré soigneusement avant de prendre la décision de changer de combustible.

Sources visées - S10, S11, S13, S14, S18

Les combustibles fossiles sont normalement requis comme source de chaleur pour un procédé. Par leur combustion, ils sont responsables d’émissions de particules dont la majorité sont desP_2,5. Le type de combustible et le taux de consommation ont donc un effet direct sur les émissions de P_2,5. Pour le secteur de l’aluminium primaire, ce type d’émission s’applique aux fours de maintien et d’homogénéisation, aux fours de cuisson des anodes, aux fours à induction, aux chaudières, et aux fours de calcination de coke et d’alumine.

La combustion du mazout ou d’autres combustibles lourds génèrent des taux d’émissions de particules élevés. L’utilisation du gaz naturel au lieu d’une huile légère permettrait de réduire les émissions de microparticules, et ce même si la totalité des particules issues de la combustion du gaz naturel sont des P_2,5.^{Note de bas de page26} Ainsi, strictement du point de vue des P_2,5 et toutes autres conditions étant égales, il est préférable d’utiliser l’hydroélectricité suivie du gaz naturel au lieu de combustibles fossiles liquides ou solides.

3.3 Calcination du coke vert

Dans les installations canadiennes de calcination du coke, les gaz chauds de calcination comprenant des gaz de combustion, des composés organiques imbrûlés et des particules de coke sont épurés par un pyroépurateur ou une bouilloire suivie d’un dépoussiéreur. Le gaz de refroidissement étant essentiellement un flux de vapeur il est traité avec un épurateur humide de type venturi qui est adapté aux conditions humides.

3.3.1 Activités de maintenance

Recommandation R36 - Faire une inspection régulière selon un horaire planifié des installations liées à la calcination du coke vert et son refroidissement incluant les joints d’étanchéité et autres dispositifs pouvant conduire potentiellement à une fuite de gaz et de P_2,5. Lorsqu’un bris ou une défectuosité est constaté, faire les réparations ou remplacements appropriés dès que possible.

Sources visées - S12, S21-S23, S31-S33

Voir également les recommandations R15, R22, R23, et R27.

3.3.2 Suivi des opérations (pyroépurateur)

Recommandation R37 - Optimiser les paramètres d’exploitation du pyroépurateur afin de maximiser l’incinération des particules de coke en plus des COV. Au besoin, faire le suivi avec un système de détection des particules à la sortie du pyroépurateur et ajuster en conséquence.

Source visée - S21

Le pyroépurateur comprend une chambre de combustion fermée, avec un revêtement intérieur de briques réfractaires, maintenue à plus de 1 000 °C dans laquelle de l’air est injecté à plusieurs endroits afin d’optimiser la combustion.^{Note de bas de page27} Il est dimensionné selon le débit de gaz à traiter, le temps de séjour nécessaire pour une combustion complète (10-12 s) et la configuration de l’équipement. La température et la concentration d’oxygène dans le pyroépurateur doivent également être contrôlées afin d’atteindre un rendement maximal. D’ailleurs, un suivi rigoureux des paramètres d’opération du pyroépurateur est conseillé afin d’atténuer l’effet des variations au four de calcination sur son rendement. Une fraction des particules dont la majorité sont des P_2,5 ne sont pas incinérées.^{Note de bas de page28} Il va de soi qu’une optimisation et un suivi des paramètres d’exploitation sont les meilleurs moyens de réduire ces émissions hormis l’installation d’un nouvel épurateur plus performant.

3.3.3 Suivi des opérations (bouilloire suivie d’un dépoussiéreur)

Recommandation R38 - Optimiser le rendement des cyclones et du dépoussiéreur en fonction de la charge de particules totales. Au besoin, changer les sacs pour des plus performants.

Sources visées - S21, S31, S33

L’intérêt de la bouilloire est de produire de la vapeur en réduisant la température des gaz de calcination à un niveau acceptable pour le dépoussiéreur en aval (typiquement < 200 °C). Ce dernier capte les particules de coke dont la concentration est peu influencée par la bouilloire. Le contrôle des P_2,5 passe donc par le dépoussiéreur malgré qu’on doive s’attendre à ce qu’ils représentent plus de 90 % des particules résiduelles à la cheminée.^{Note de bas de page29} Peu d’options existent pour réduire les P_2,5 résiduelles sauf si le potentiel du dépoussiéreur n’est pas exploité pleinement. Ainsi, un suivi rigoureux des paramètres opératoires permettrait de minimiser les émissions de P_2,5 en fonction du système en place.

Le changement des filtres par de plus performants par rapport aux particules micrométriques et submicroniques (p.ex., filtres synthétiques avec un revêtement membranaire en PTFE)^{Note de bas de page30} pourrait également être considéré. Ceci étant dit, il faudrait que ces filtres soient adaptés au système en place. Les recommandations R19 et R20 sont également applicables pour cette technologie.

Voir également les recommandations R02, R25 et R26.

3.3.4 Suivi des opérations (épurateur humide venturi)

Recommandation R39 - Faire le suivi régulier et périodique du débit de gaz dans l’épurateur en fonction du débit d’eau alimentée dans le venturi dont le ratio agit directement sur la perte de charge et sur l’efficacité de capture des particules incluant les P_2,5. Optimiser le rendement en fonction du système en place.

Source visée - S22

La fonction d’un épurateur humide est de nettoyer un flux gazeux avec un liquide. Dans ce cas- ci, le gaz est introduit dans un col étroit (type venturi) où il accélère et atomise l’eau injectée. Le brouillard gaz/liquide est ensuite conduit vers une colonne d’entraînement cyclonique où l’eau de lavage est récupérée puis recyclée partiellement dans le col venturi. L’efficacité de cet épurateur humide dépend fortement de la taille des particules à récupérer et de la perte de charge appliquée au col venturi. L’efficacité de collecte est normalement très élevée pour les particules fines (p.ex., +99 % pour les P₁₀), mais diminue exponentiellement pour les particules ultrafines (p.ex., 40 - 99% pour les P₁) alors qu’une augmentation de la perte de charge permet généralement d’améliorer le rendement.^{Note de bas de page31} Le suivi et l’optimisation de l’exploitation de l’épurateur humide venturi est donc conseillé.

3.3.5 Entreposage du coke vert

Recommandation R40 - À l’usine de calcination du coke, décharger le coke vert dans un bâtiment fermé. Acheminer le coke vert entre les différents points de transfert à l’aide de convoyeurs fermés ou dispositifs similaires ou de toute autre mesure permettant de contrôler l’émission de poussières.

Source visée - S33

Le coke vert parvenant par camion du port ou de la gare est déchargé dans une station centrale à partir de laquelle il est acheminé par convoyeur vers les silos d’entreposage alimentant le four de calcination en coke. Par sa texture plutôt granulaire et hydratée (p.ex., taille moyenne de 6 mm), le coke vert n’est pas sujet à générer des particules lorsque placé à l’air libre. Des émissions de fines poussières de coke peuvent toutefois survenir lors du déplacement et du déchargement des camions et aux points de chute du coke par le convoyeur. Afin de contrer ces émissions, il est conseillé d’équiper les camions de couvercles étanches et d’exploiter la station de déchargement dans un bâtiment fermé tout comme le convoyeur d’ailleurs. Contrairement au coke calciné, la proportion de microparticules dans le coke vert est infime.

3.4 Production d’alumine

3.4.1 Activités d’entretien

Recommandation R41 - Faire une inspection régulière selon un horaire planifié des installations liées à la calcination de l’alumine ainsi que des chaudières à l’usine de production d’alumine. Lorsqu’un bris ou une défectuosité est constaté, faire les réparations ou remplacements appropriés dès que possible.

Sources visées - S13-S15, S34-S36

Voir aussi les recommandations R15 et R27.

3.4.2 Disposition des boues rouges

Recommandation R42 - Déployer des barrières physiques et/ou chimiques aux lacs de boues rouges afin de limiter l’érosion éolienne lorsque les conditions météorologiques sont favorables à la dispersion de poussières.

Source visée - S37

La décharge des boues rouges dans des haldes adjacentes à l’usine de production d’alumine peut occasionner un problème de particules, surtout si elles sont placées pendant des conditions météorologiques défavorables (temps chauds, secs et venteux par exemple). L’industrie tente d’améliorer les conditions d’entreposage des boues en les déshydratant, ce qui diminue les risques d’infiltration dansle sol tout en augmentant la capacité du site. Par contre, l’assèchement des boues est plus rapide dans ces conditions ce qui peut faciliter l’érosion éolienne (taille des particules de boue rouge inférieure à 1 mm alors que 70% sont des P₁₀).^{Note de bas de page32} Dans l’optique d’enrayer les émissions de particules, il est conseillé d’ériger des« barrières » physiques ou chimiques contre l’érosion éolienne incluant, par exemple, l’aménagement de talus (ou autre méthode obstruant la propagation du vent), l’aménagement antiérosif des sols, et l’épandage d’un liant chimique sur le sol.

3.4.3 Taux de consommation

Recommandation R43 - Pour les chaudières et calcinateurs d’alumine, minimiser la consommation de gaz naturel ou de mazout par tonne d’alumine produite à l’aide de systèmes efficaces de récupération de chaleur.

Sources visées - S13, S14

Les fours de calcination d’alumine et les chaudières à l’usine de production d’alumine requièrent une grande quantité de combustible pour leurs exploitations. Contrairement à la calcination du coke qui utilise l’énergie des COV contenus dans le coke vert, la calcination de l’alumine est un procédé plutôt énergivore (3 à 5 GJ/t d’alumine).^{Note de bas de page33} La chaleur contenue dans l’alumine calcinée et le gaz de calcination est récupérée majoritairement dans la vapeur et permet de minimiser le besoin en énergie de l’usine.

Pour les chaudières, une réduction significative du besoin en vapeur de l’usine (p.ex., par récupération de la chaleur d’échappement) préviendrait également les émissions de particules tout comme l’entretien régulier des chaudières. Une chaudière bien entretenue maintiendra son rendement de conception en tout temps (et donc minimisera sa consommation de combustible) tout en rallongeant sa durée de vie.

Voir aussi les recommandations R25, R26 et R35.

3.5 Pratiques de gestion environnementale

Recommandation R44 - La mise en place des recommandations retenues et décrites dans ce code devrait s’inscrire dans le plan de gestion environnemental de l’installation. Un plan de gestion environnementale pourrait inclure par exemple un diagnostic de la situation initiale, un plan de formation, des procédures d’audit ainsi que la détermination et la mise en place de mesures correctives dans un cadre d’amélioration continue.

Sources visées - S1-S39