BE418452A

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Description

Procède pour la fabrication du magnésium.

A l'heure actuelle le magnésium est produit surtout par électrolyse en fusion ignée du chlorure de magnésium ou de sels doubles contenant du chlorure de magnésium. L'exécution des procédés électrolytiques pour la fabrioation du magnésium offre d'assez grandes difficultés, en particulier à cause du chlore qui se dégage à l'anode et qui doit être réintroduit dans le cycle de fabrication. Il n'est d'autre part pas facile de déshydrater le chlorure de magnésium. L'élimination des dernières traces de chlorure restant dans le métal pré-

sente également des difficultés. Il s'ensuit que les frais de production du magnésium d'après le procédé électrolytique sont relativement élevés.

Depuis quelques années, de gros efforts sont faits pour produire le magnésium par voie thermique.

Suivant un des procédés thermiques, on chauffe à très haute température un mélange d'oxyde de magnésium et de charbon ; le magnésium est réduit à ltétat métallique; du. mélange en réaction s'échappent des vapeurs de magnésium et du monoxyde de carbone suivant l'équation
MgO + 0 = Mg + 00.

Si l'on refroidit les vapeurs de magnésium pour obtenir le métal à l'état liquide ou solide, on ne peut empêcher une réoxydation des vapeurs de magnésium suivant l'équation
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Mg + 00 ::: 1fg0 + 0, même si les vapeurs sont refroidies aussi brusquement que possible.

Pour obtenir des vapeurs de magnésium non mélangées à des gaz gênants, on a proposé de réduire l'oxyde de magnésium au moyen de carbure de calcium, d'aluminium, de sili-
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cium ou de ferro-silioium. La réduction au moyen du carbure de calcium, qui a lieu suivant l'équation
MgO + CaC2 = Mg + CaO + 20, est très lente et ne peut être réalisée qu'à des températures très élevées. L'emploi de l'aluminium est exclu à cause du prix trop élevé de ce réducteur. On n'a également pas pu introduire jusqu'à présent sur une grande échelle l'emploi de silicium ou de ferro-silicium comme agent de réduction.

La présente invention se rapporte à un procédé thermique pour la fabrication du magnésium ou d'alliages de

magnésium, qui permet d'éviter une grande partie des difficultés que présentent les autres procédés. Suivant le nouveau procédé, on réduit le sulfure de magnésium au moyen d'un carbure aloalino-terreux, de préférence au moyen de carbure de calcium, la réduction ayant lieu de préférence dans une atmosphère réductrice ou neutre (hydrogène, argon, et .).

Dans cette réaction il ne se forme pas de sous-produits gazeux qui pourraient causer une réoxydation ou autre reoombi- naison du magnésium. Il s'agit d'autre part d'une réaction de caractère assez fortement exothermique, ainsi qu'il ressort de l'équation suivante
MgS + CaC2 = Mg + CaS + 2C + 17,7 koal (grandes calories).

De ce fait la réaction est considérablement facilitée par rapport aux réactions connues et peut être exécutée à des températures inférieures. Elle peut être exécutée aussi bien sous pression réduite que sous pression atmosphérique. Il faut avoir soin que la ohambre de réaction ainsi que les canaux d'échappement et les installations de condensation soient embarrassés au mieux de toutes traces d'humidité, d'azote, de combinaisons de l'azote, d'oxygène et de gaz contenant de l'oxygène. On peut tolérer de petites quantités de ces gaz, mais celles-ci diminuent le rendement en magnésium par suite de la formation de nitrure de magnésium ou d'oxyde de magnésium.

Si l'on utilise comme atmosphère réductrice ou heutre de l'hydrogène, il faut tenir compte du fait que l'hydrogène produit par électrolyse contient en général de petites quantités de vapeur d'eau et d'oxygène.

Pour obtenir un bon rendement en magnésium, il est importaht d'utiliser le sulfure de magnésium et le carbure à l'état finement divisé. Il va de soi que ces matières premières

doivent être aussi sèches que possible.

La réaction est accélérée et le rendement en magnésium amélioré si l'on ajoute au mélange de sulfure de magnésium et de carbure un fondant approprié (par exemple un chlorure ou un fluorure), dont le point d'ébullition est plus élevé que la température de distillation du magnésium.

De bons résultats sont obtenus tout particulièrement avec du chlorure de calcium anhydre ou un mélange de chlorure de calcium anhydre avec du fluorure de calcium ou d'aluminium,
Le mélange de sulfure de magnésium et de carbure, avec ou. sans fondant, est introduit dans une chambre de réaction chauffée, dans laquelle le sulfure de magnésium est décom- posé selon l'équation indiquée plus haut. La question de sqvoir si une réaction intermédiaire a lieu en présence d'un fondant peut rester en suspens. On peut par exemple admettre que le sulfure de magnésium est transformé partiellement en chlorure de magnésium, en réagissant avec le fondant, le chlorure de magnésium étant alors réduit par le carbure de calcium.

On choisit de préférence pour la chambre de réaction une température permettant au magnésium métallique qui se forme de se dégager facilement du mélange en réaction par distillation. Comme le magnésium distille à une température d'environ 1120 C à la pression atmosphérique, il est avantageux d'opérer à une température un peu supérieure, par exemple à 1200- ou 1250 C. Il est naturellement poasible, si on le désire, d'appliquer une température encore plus élevée.

Si l'on travaille sous pression réduite, on peut choisir une température inférieure. Si la réduction est réalisée sans fondant, il est recommandable de choisir une température bien supérieure à 1300 0. On obtient par exemple sans fondant

de bons résultats à une température d'environ 1600 C. Il est toutefois plus aisé sous bien des rapports de travailler à 1250 0 aveo utilisation d'un fondant. Les vapeurs de magnésium qui s'échappent de la chambre de réaction sont conden- sées et obtenues soit à l'état liquide, soit à l'état solide.

Le magnésium peut aussi être combiné immédiatement après la condensation avec d'autres métaux, par exemple aveo de l'aluminium ou du glucinium, en vue de la formation d'alliages de magnésium.

Le procédé peut âtre exécuté d'une façon continue.

Lors de l'exécution dunnouveau procédé, il est reoommandable d'avoir soin que les résidus de la réaction soient obtenus sous forme d'une masse sèche qu'on peut sortir du four d'une façon continue, par exemple au moyen d'une vis d'Archimède. Il est plus difficile d'éliminer du four des résidus pâteux.

On peut disposer à un endroit approprié un filtre ou un tamis au travers desquels on fait passer les vapeurs de ma- gnésium. On peut par exemple utiliser comme tamis une plaque en graphite percée de trous.

Le sulfure de magnésium utilisé pour l'exécution du nouveau procédé peut @re obtenu par chauffage d'une combinaison du magnésium, par exemple du carbonate de magnésium ou mieux encore de son oxyde, avec des vapeur@ de soufre en présence de carbone. A la place du soufre, on peut utiliser des combinaisons appropriées de cet élément, par exemple de l'hydrogène sulfuré. La réaction est relativement facile si l'on utilise du sulfure de carbone et de l'oxyde de magnésiup; elle a lieu suivant l'équation
MgO + CS2 = MgS + CO + S.

Si l'on utilise du carbonate de magnésium au lieu de l'oxyde de magnésium, il se forpe du 002 en plus du 00; sous l'influence du réducteur, le 002 est transformé en grande partie en 00. Lorsqu'on travaille avec du sulfure de carbone, la présence de carbone n'est pas nécessaire.

La formation du sulfure de magnésium a lieu à des températures de 700 à 1000 C par exemple. On prend soin que l'atmosphère dans laquelle a lieu la réaction est libre d'humidité, d'oxygène ou d'air dans la limite du possible. Lorsqu'on utilise du sulfure de carbone, la formation du sulfure de magnésium a lieu à une température d'environ 800 :. Si l'on utilise de la magnésie caustique (obtenue par oaloination de la magnésite à environ 600-800 0), du soufre et du charbon de bois (ou de la tourbe, du lignite et analogues), on choisit de préférence une température d'environ 950 C.

Si l'on utilise du coke ordinaire comme matière carbonacée, il peut être nécessaire d'élever la température jusqu'à 1200 environ.

Le sulfure de magnésium se décompose facilement à l'air et plus facilement encore en présence d'humidité. Si on ne l'utilise pas immédiatement après sa formation, on doit le conserver à l'abri de l'humidité dans des récipients bien fermés.

Il ve de soi Que l'invention ne se rapporte pas seulement à. la réduction du sulfure de magnésium seul; on peut utiliser d'une façon analogue pour la fabrication du magnésium métallique par réduction au moyen de carbure des matières premières apparentées au sulfure de magnésium, par exemple de l'oxysulfure de magnésium ou du chlorosulfure de magnésium ou des mélanges de ces substances.

On peut récupérer le soufre des résidus selon les procèdes connus.

Exemple: On chauffe à environ 1250 C dans uaa atmosphère d'hydrogène ou d'argon, à la pression atmosphérique, un mélange de 25 parties de carbure de calcium pulvérisé avec 16,7 parties de sulfure de magnésium et 8,3 parties de ohlorure de calcium anhydre. Il se forme des vapeurs de magnésium, qu'on condense dans une chambre appropriée.

REVENDICATIONS.

1 Procédé pour la fabrication du magnésium selon lequel on réduit du sulfure de magnésium en le chauffant avec un barbure aloalino-terreux, de préférence avec du carbure de calcium.

Claims

2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'on travaille à une température supérieure à la tempé- rature d'ébullition du magnésium à la pression donnée.

3 Procédé selon les revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que la réduction est réalisée en présence d'un fondant, par exemple de chlorure de calcium anhydre ou un mélange de chlorure de calcium anhydre et de fluorure de calé EMI7.1 o ium ou d'aluplnium.

4 Procédé selon les revendications 1, 2 ou 3, oaraotérisé par le fait que la réduction a lieu dans une atmosphère réductrice ou neutre, par exemple dans de l'argon ou de l'hydrogène.