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Procédé et dispositif pour la production d'oxydes métalli- ques à l'état finement divisé par la décomposition de chlorures métalliques volatils.
La présente invention eoncerne un procédé et un dispositif pour la production d'oxydes métalliques à l'état finement divisé par la décomposition de chlorures métalli- ques volatils par des gaz renfermant de l'oxygène à hautes températures et avec formation de flammes.
Suivant la présente invention, l'oxygène pur est également considéré comme un "gaz renfermant de l'oxygène".
Parmi les chlorures métalliques volatils, il faut comprendre suivant la présente description, les chlorures métalliques distillables et sublimables, y compris le/ /chlorure de silicium
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qui se volatilisent au dessous de 500 C.
On sait que ces chlorures métalliques vo- latils, tels que le chlorure de titane, de zirco- nium, de fer etc., de même que le chlorure de silicium, peuvent être transformés en oxydes mé- talliques correspondants à des températures su- périeures à 5000C sous l'action de l'oxygène, de l'air, ou d'autres gaz renfermant de l'oxygène.
Pour obtenir des produits qui soient très com- plètement oxydés, d'est-à-dire qui ne contiennent plus de chlorures non décomposés ni d'oxychlorures, il est absolument nécessaire que les particules d'oxyde, métallique., surtout à l'état naissant, parcourent une zone à une température d'au moins 800 C, et de préférence 950 à 1100 C. La réaction des chlorures métalliques volatils avec l'oxygène est en général exothermique. On a pu cependant con- stater que, dans l'application pratique de la ré- action, la chaleur de cette réaction exothermique ne suffit pas pour atteindre réellement ces hautes températures nécessaires lorsqu'on part d'éléments constitutifs froids ou seulement modérément chauf- fés au préalable dans la zone de réaction, et qu'elle ne suffit même pas pour les maintenir.
En particulier, la très forte radiation des particules d'oxyde métallique formées occasionne une grosse perte de chaleur à l'intérieur de la zone de ré- action. Il en résulte la nécessité d'un apport de
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chaleur supplémentaire.
Par ailleurs, il est particulièrement difficile d'obtenir des oxydes métalliques de grande finesse qui répondent aux exigences de l'industrie des pigments co- lorants, laquelle réprésente le champ d'application principal de la plupart des oxydes pouvant être obtenus en partant des chlorures volatils.
La façon la plus sim- ple/d'amener la chaleur supplémentaire consisterait dans le chauffage de la chambre de réaction de l'extérieur, qui serait à considérer en particulier pour la décompo- sition des chlorures métalliques sans formation de flamme et sous forme d'une réaction diffuse. nais l'empli de cette méthode de chauffage ne donne pas de bon résultats dans les procédés connus jusqu'ici faisant application d'une adduction séparée des éléments de la réaction, même pour la décomposition des chlorures métalliques avec formation de flamme, par suite des réactions inévitables des parois et épaississement des particules d'oxydes mé- talliques d'abord à l'état lâche.
On a par suite essayé d'amener entièrement ou en partie la chaleur supplémentaire nécessaire au processus de décomposition en chauffant au préalable les gaz devant entrer en réaction, chlorures métalliques d'un côté, et oxygène ou gaz renfermant de l'oxygène de l'autre, séparé- ment à des températures de 800 à 1000 C, pour ne les faire réagir qu'ensuite.
Mais le chauffage préalable présente précisément de grosses difficultés dans la réalisation technique de ces procédés. Les chlorures métalliques, de même que les
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gaz renfermant de l'oxygène, sont extrêmement aggressifs à ces températures et attaquent si fort les métaux et les alliages connus que seules des matières céramiques peuvent être envisagées pour la construction du réchauffeur, des conduits d'adduction, des tuyères, etc. Une autre diffi- çulté réside dans le danger d'obstruction des conduits d'adduction, étant donné que les éléments de la réaction, aux températures nécessaires de préchauffage, réagissent presque immédiatement au moment de leur mise en contact et entraînent en peu de temps l'occlusion des orifices des canalisations d'adduction de gaz.
Un autre procédé connu consiste à mlanger la va- peur de chlorure métallique avec un gaz inflammable, à la répartir dans une atmosphère renfermant de l'oxygène, à l'enflammer et à provoquer le réaction avec formation de flamme. La chaleur supplémentaire pouvant être pro- duite suivant ce procédé par la combustion du gaz in- flammable devrait suffire, même avec un faible chauffage préalable des produits de départ, pour maintenir la ré- action une fois amorcée entre le gaz inflammable ou le chlorure métallique d'une part et le gaz renfermant de l'oxygène d'autre part.
On cependant constaté qu'un mélange seulement peu réchauffé au préalable, constitué par du gaz combustible et du chlorure métallique, s'en- flamme fort difficilement dans une atmosphère renfermant de l'oxygène, que la flamme une fois formées'éteint facile- ment et, de plus, que les vapeurs de chlorure métallique, même en petites quantités, élèvent considérablement la
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température d'inflammation des gaz combustibles jusqu'à plusiars centaines de dégrés centigrades. C'est pourquoi ce dernier procédé ne peut être utilisé que si l'on em- ploie de grandes quantités de gaz combustibles par rap- port à-.la quantité de chlorures métalliques traitée, ce qui rend ce procédé onéreux et ne plus économique.
Enfin on a essayé de décomposer le tétrachlorure de silicium en le mélangeant avec de l'hydrgène et une petite quantité d'air, en l'allumant et en le décompo- sant dans des brûleurs de petite dimension sous des cy- lindres rotatifs, l'oxygène supplémentaire nécessaire à la formation de l'oxyde de silicium étant puisé dans l'atmosphère extérieure. La mise en oeuvre de ce procédé nécessite un fort excès d'hydregène et, à cause du danger d'explosion, on ne peut ajouter à la vapeur de chlorure de silicium que de petites quantités de gaz renfermant de l'oxygène.
Un sait en outre que, dans le cas de chlo- rures métalliques réagissant plus vite avec la vapeur d'eau qui se forme dans la flamme que ne le fait le tétra- chlorure de silicium, comme par exemple le tétrachlorure de titane, ce procédé entraîne rapidement l'occlusion du brûleur, en outre, le rendement d'un brûleur de ce type est infime.
Des recherches ont permis de déterminer qu'il était possible d'obvier à toutes ces difficultés en procédant de la manière suivante:
On utilise un mélange (gaz de réaction) de vapeur de chlorure métallique et de gaz renfermant de l'oxygène
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avantageusement au dessus du point de condensation du chlorure métallique dans le mélange de gaz de réaction mais au maximum de 500 C, que l'on permet s'échapper dans la chambre de réaction et que l'on y allume en- gendrant une flamme, la chaleur nécessaire à la forma- tion de la flamme étant produite par une source spéciale de chaleur à l'intérieur de la chambre de réaction.
L'allumage de la flamme se produit avantageusement à une distance convenable et déterminée de l'orifice de sortie des gaz de réaction dans la chambre de réaction, distance qui est déterminée par les conditions judicieusement ap- propriées de sortie de gaz en vue d'éviter l'occlusion des orifices de sortie des gaz de réaction dans la cham- bre de réaction d'une part, et pour empêcher une réaction diffuse d'autre part. La quantité de chaleur totale né- cessaire à la réaction peut être fournie par une source de chaleur spéciale, mais de préférence par la même source- que celle qui sert déjà à l'allumage à l'intérieur de la chambre de réaction.
On peut en effet ajouter à la vapeur de chlorure métallique un , gaz renfermant de l'oxygène et même de l'oxy- gène pur et chauffer ce mélange à des températures allant même jusqu'à 500 C sans qu'une réaction se produise, comme c'est généralement le cas pour de nombreux mélanges de gaz combustibles avec l'oxygène. Il a été constaté avec sur- prise qu'on peut enflammer un tel mélange, même à teneur en oxygène aussi élevée qu'on voudra, par n'importe quel moyen et l'apporter à une prompte réaction à des tempéra-
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tures dépassant 1000 C sans que la flamme une fois allu- mée à une distance approppriée de l'orifice de sortie ne se rabatte vers celui-ci en provoquant ainsi une explo- sion à l'intérieur de la canalisation d'arrivée et du dispositif mélangeur.
Cette constatation est à la base du nouveau procédé décrit ci-dessus.
Dans ce procédé, il ne se produit également pas d'occlusion de la canalisation d'arrivée, particulière- ment de l'orifice de sortie, car il est possible de main- tenir sans difficulté la flamme à la distance de l'ori- fice de sortie par un dosage approprié du mélange de gaz de réaction et par des températures et des vitesses de sortie des gaz sortissant dans la chambre de réaction également appropriées. Dans les conditions techniques d'exécution à considérer, il suffit d'une distance mini- mum d'environ 1 mm, particulièrement 3 mm, pour empê- cher une occlusion de l'orifice de sortie. Cependant , pour plus de sûreté, il sera bon dans la pratique de s'en tenir à une distance minimum un peu plus grande.
Par contre, l'allumage de la flamme ne doit pas non plus se produire à une trop grande distance de l'orifice de sortie, car en autre cas la réaction serait diffuse et éventuellement incomplète. L'expérience a démontré que, dans les circonstances mentionées ci-dessus, la distance maximum est d' environ 1 m. Etant donné que, suivant ce procédé, on fait réagir la vapeur de chlorure métallique avec formation de flamme et mélangé avec au moins une partie de l'oxygène nécessaire à sa transformation, la réaction une fois amorcée s'accomplit notablement plus
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vite que si les éléments de la réaction étaient mélangés seulement pendant cette réaction. Ceci est particulière- ment important étant donnée la tendance des particules d'oxyde Métallique tout d'abord formées à continuer de croître.
Le procédé suivant l'invention ne leur en donne pas l'occasion, comme cela se produit toujours avec d'autres procédés. Cette particularité garantit la forma- tion d'un grain fin à un dégré beaucoup plus élevé qu'avec les procédés comme jusqu'ici. Le développement de la chaleur à l'intérieur de la flamme se produit également beaucoup plus facilement et plus régulièrement. Dans le cas où le gaz de réaction lui-même ne contient pas toute la quantité d'oxygène nécessaire à la réaction, on y ajou- te la partie manquante dans la chambre à action, soit sous forme d'oxygène pur, soit sous forme d'un mélange gazeux quelconque renfermant de l'oxygène.
La quantité d'oxygène, dont les chlorures métalli- ques ont besoin pour arriver à une réaction complète ex- cède en tout cas la quantité stoechiométrique. Cet excé- dent sur la quantité d'oxygène nécessitée stoechiométri- quement est variable pour les différents chlorures mé- talliques, par exemple pour l'oxyde de titane il a besoin seulement de quelques pour-cents de volume tandis que pour le tétrachlorure de l'étain il doit avoir un mul- tiple de la quantité stoechiométrique.
On obtient un grain d'oxyde métallique particu- lièrement fin en mélangeant au chlorure métallique de l'oxygène en excès. L-a grosseur du grain augmente dans
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la proportion où l'on réduit la teneur en oxygène du gaz de réaction.
Comme source spéciale de chaleur supplémentaire à l'intérieur de la chambre de réaction, un élément judicieusement électrique, chauffé au moins à la tempé- rature d'allumage est par exemple indiqué, ou bien on peut encore utiliser une décharge électrique passant à travers le courant de gaz réactif à l'intérieur de la chambre de réaction. Toutefois, on peut encore employer à cet effet une réaction chimique exothermique auxiliaire, celle-ci pouvant être réalisée à l'aide d'un des deux éléments du gaz de réaction, par exemple en utilisant d'une part une petite partie du composant chlorure mé- tallique des gaz de réaction, et d'autre part à l'aide de vapeur d'eau amenée séparément dans la chambre de réaction.
La réaction très rapide entre le chlorure mé- tallique et la vapeur d'aau engendra localement une quan- tité de chaleur considérable. Au lieu du composant "chlorure métallique", on peut utiliser aussi pour la réaction auxiliaire le composant l'oxygène en intro- duisant séparément dans la chambre de réaction un gaz combustible. Dans ces conditions le gaz de réaction ne doit contenir que relativement peu de vapeur de chloru- re métallique.
Toutefois, l'allumage de la flamme peut également être produit par une réaction auxiliaire à laquelle aucun des composants du gaz de réaction ne participe d'une façon active, mais qui produit au moins la chaleur nécessaire pour atteindre la température
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d'allumage. Comme la réaction auxiliaire de ce genre, on peut aussi utiliser avantageusement la combustion d'un gaz combustible avec un gaz renfermant de l'oxy- gène. Dans ce cas, tout ou partie de l'oxygène néces- saire à la combustion du gaz combustible peut être ju- dicieusement introduit de façon séparée, tandis que l'oxygène qui manque éventuellement est ajouté en mé- lange avec le gaz combustible.
Mais on peut aussi intro- duire une partie de l'oxygène nécessaire à la combustion dans le mélange des gaz de réaction et l'autre partie séparément ou resp. et mélangé au gaz combustible. Le choix parmi les variantes possibles plus haut pour la distribution de l'oxygène sera déterminé par la dimen- sion de grain désriée et par la nécessité d'éviter la formation d'un mélange explosif d'oxygène et de gaz com- bustible.
Comme gaz combustible, on peut utiliser l'hydro- gène, l'oxyde de carbone, le gaz d'éclairage, les vapeurs d'essence ou d'huile, etc. En général, il est avantageux d'amener le gaz combustible et le gaz renfermant de l'oxy- gène nécessaire à sa combustion, dont l'alimentation s' effectue au moins en partie séparément, concentriquement, autour du jet de gaz de réaction, dans certains cas sépa- ré l'un de l'autre. Le gaz combustible, une fois allumé, forme une flamme brûlant constamment, au contact de la- quelle le mélange de réaction gazeux s'allume de son côté, à une certaine distance de l'orifice de sortie par suite de l'échauffement par les produits de combustion.
Pour autant que l'on utilise l'oxyde de carbone comme gaz com-
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bustible, celui-ci peut être amené immédiatement autour du jet de gaz de réaction sans quil s'ensuive un dépot à l'orifice de sortie du gaz de réaction, car l'oxyde de carbone réagit si lentement avec l'oxygène contenu dans la vapeur de chlorure métallique qu'il s'allume seulement à une certaine distance de l'orifice de sor- tie et y enflamme seulement en ce point le gaz de ré- action. Dans ce cas, le gaz renfermant de l'oxygène amené séparément peut être envoyé autour de l'oxyde de carbone. Par contre, si l'on emploie des gaz combustibles renfermant de l'oxygène, il est judicieux d'amener le gaz renfermant de l'oxygène dans la couche médiane.
Etant donné que l'hydrogène réagit très rapidement avec l'oxygène contenu dans la vapeur de chlorure métallique en formant de l'eau, qui de son côté provoque une décom- position immédiate du chlorure métallique, la sortie des gaz de réaction s'obture en peu de temps, en amenant les gaz renfermant de l'hydrogène immédiatement à côté du gaz de réaction.
Il est possible de produire des oxydes métalliques particulièrement fins en dirigeant le jet de gaz de réaction au moins un des gaz amenés concentriquement autour du gaz de réaction pour la réaction auxiliaire. On obtient de cette manière un mélange notablement plus rapide du gaz de réaction avec les chauds produits de combustion de la flamme auxiliaire que dans le cas où les jets de gaz de la flamme auxiliaire sont dirigés parallèlement au jet de gaz de réaction. Par suite de ce mélange intense le gaz de réaction est chauffé très vite à la température de
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de réaction et fait réagir, ce qui fortement favorise la formation d'un très fin grain.
On peut réaliser un effet considérable déjà en di- dans rigeant/le jet de gaz de réaction seulement un des jets de gaz, particulièrement le plus extérieur de la flamme auxiliaire. un obtient un effet encore plus grand en di- rigeant les deux jets de la réaction auxiliaire dans le jet de gaz de réaction.
On peut également faire brûler avec avantage le gaz combustible et la portion de l'oxygène, qui suffit au moins en partie à sa combustion et est éventuelle- ment amenée séparément, pendant un mouvement de rotation autour du jet de gaz de réaction arrivant dans la cham- bre à réaction. Dans ce cas., le mouvement de rotation des gaz en combustion peut être assuré de facon telle qu'il produit en même temps le mélange rapide des pro- duits de combustion avec le gaz de réaction.
Le mélange de réaction gazeux lui-même peut-être amené à la chambre de réaction en étant soumis à un mouvement de rotation et, dans le cas ou* tous les courants gazeux ou seulement deux d'entre eux sont soumis à un mouvement de rotation, ces mouvements peuvent être combinés à volonté de façon à se produire dans le même sens ou en sens contraire.
L'emploi de mouvements de rotation pour la mise en oeuvre de la décomposition moyennant une réaction auxiliaire est possible non seulement en amenant les courants gazeux parallèlement mais aussi dans le cas, od les courants gazeux de la réaction auxuliaire sont diri- gés dans le jet de gaz de réaction.
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Il peut être également avantageux, particulièrement lors de la mise en oeuvre du procédé suivant n'importe quelle autre des méthodes décrites et à grande échelle, d'amener le gaz de réaction à la chambre de réaction avec un mouvement-de rotation. Ce mouvement a dans ce cas pour effet de stabiliser le jet de gaz de réaction sorti, de sorte qu'il en résulte uns flamme plus compacte et qui ne vacille que fort peu.
Le choix de la source de chaleur parmi les sources -possibles, tant en ce qui concerne sa nature que son mo- de d'utilisation, est déterminé suivant les effets re- cherchés mentionnés ci-dessus et les conditions toujours indiquées concernant l'énergie, les matières premières et les autres conditions d'exploitation.
Pour autant que la quantité de chaleur fournie par la source de chaleur supplémentaire à l'intérieur de la chambre de réaction ne serve essentiellement qu'à l'allumage de gaz de réaction, la quantité de chaleur man- quante pour assurer la réaction peut être fournie par une autre source de chaleur supplémentaire à l'intérieur de la chambre de réaction ou bien encore, totalement ou en partie, par les parois de la chambre de réaction, chauffées par des moyens spéciaux. Cette mesure est par- ticulièrement appropriée dans le cas d'une exploitation à une petite échelle, car il faudrait alors produire trop de chaleur à l'intérieur de la chambre de réaction par suite des grosses pertes de chaleur vers l'extérieur.
Pour une mise en oeuvre du procédé à grande échelle, on peut assurer l'isolation de'la chambre de réaction d'une
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façon si parfaite que l'apport de chaleur supplémentaire peut être réduit à une petite quantité.
Le mélange de la vapeur de chlorure métallique et du gaz remfermant de l'oxygène peut se faire de diffé- rentes façons. On peut amener le gaz renfermant de l'oxy- gène à la bombe de distillation ou à la chambre de su- blimation du chlorure métallique à volatiliser puis, si cela est nécessaire, réchauffer ensemble le mélange dans un pré-réchauffeur à vapeur à haute pression à gaz, élec- trique ou de toute autre façon connue, mais on peut aussi volatiliser et éventuellement réchauffer les chlo- rures métalliques séparément, puis les mélanger avec le gaz renfermant de l'oxygène, froid ou également réchauf- fé.
On peut également surchauffer sous pression du chlo- rure métallique liquide, le faire sortir à l'état li- quide par une tuyère et le vaporiser avec le gaz renfer- mant de l'oxygène, en choisissant avantageusement les températures et la pression des deux éléments à mélanger de façon que le chlorure métallique se trouve à l'état gazeux dans le mélange, ce mélange ne peut se faire que peu de temps avant l'entrée dans la chambre de réaction.
Toutes ces opérations préparatoires: mélange, distilla- tion, réchauffage, se faisant à des températures infé- rieures à 500 C, il est possible de les exécuter dans des appareils en métal.
Ces avantages et la plus grande facilité d'ob- tention de produits à grain fin obtenue par le mélange préalable des éléments de la réaction représente une grande simplification par rapport à tous les procédés et
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les dispositifs connus jusqu'ici pour l'obtention d'oxy- des métalliques à partir des chlorures métalliques.
Les dispositifs décrits ci-après sont particu- lièrement appropriés à la mis en oeuvre du procédé sui- vant l'invention.
La fig. 1 est une vue en coupe longitudinale d'une chambre de réaction pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention.
La fig. 2 est une vue analogue à celle de la fig. 1, mais montrant une variante.
La fig. 3 est une vue en coupe transversale correspondant à la fig. 2.
La fig. 4 est une vue en coupe longitudinale d'une chambre de réaction suivant une variante, dis- posée verticalement.
Les figs. 5 et 6 montrent d'autres variantes en- core en coupe longitudinale.
La fig. 7 est une vue en perspective de l'ori- fice antérieure d'un brûleur.
Les figs. 8 et 9 montrent des vues analogues d'une variante d'un brûleur.
Les figs. 10 et 11 sont des vues de face de deux types de brûleurs.
Les figs. 12 et 13 sont des vues en coupe de deux autres types de brûleurs.
Les mêmes nombres de référence sont donnés dans les différentes figures aux parties avec les mêmes fonctions.
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Dans le cas le plus général, ce dispositif con- siste en une chambre de réaction munis de parois bien isolées (a) avec canalisation d'amenée (b) pour le mé- lange de réaction gazeux. La chambre de réaction est équipée de dispositifs d'allumage (c) permettant l'in- flammation du gaz de réaction, et elle peut, si nécessaires être pourvue d'une autre canalisation d'amenée d'oxygène (d) pour l'oxygène dont aurait besoin en supplément. Il est avantageux de mesurer le rendement thermique des dis- positifs d'allumage de façon, qu'ils puissent fournir la chaleur nécessaire à l'accomplissement total de la décomposition. On peut ainsi éviter d'adjoindre des dis- positifs de chauffage spéciaux à cet effet.
Les dispo- sitifs d'allumage peuvent être constitués par un élément électrique (cI) pouvant être chauffé à la température d'allumage, par deux électrodes (c2)traversant les parois du four (a) en demeurant isolées au point de vue élec- trique et de façon étanche aux gaz, ou bien par des cana- lisations d'amenée (c3-8) débouchant dans la chambre de réaction et servant à l'adduction des gaz servant à la réaction chimique auxiliaire. On peut également pourvoir une chambre de réaction de plusieurs canalisations d'arri- vée pour le mélange de réaction gazeux, les jets de gaz de réaction afférents pouvant être enflammés par le même dispositif d'allumage, ou avantageusement par plusieurs de ces dispositifs.
La description qui va suivre faite en regard des dessins schématiques annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs, permettra de mieux comprendre l'invention.
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La chambre de réaction suivant la f i g . 1 est pourvue d'un dispositif d'allumage constitué par une ré- sistance électrique cl. Les éléments essentiels a, b, d considérés ici ont déjà été décrits d'une façon générale.
En plus, le dispositif présente ici comme dans les exem- ples de réalisation suivants (fig. 2 à 6) un entonnoir e servant à l'évacuation des oxydes métalliques déjà tom- bés et un orifice f formant cheminée d'appel pour la sortie des gaz bruts utilisées. Comme les gaz bruts uti- lisés contiennent encore des quantités importantes d'oxy- de métallique, ils sont dirigés judicieusement vers une installation de dépoussiérage. La résistance électrique consiste en un élément chauffé électriquement portégé par un tube en céramique. Les lignes en pointillé repré- sentant la zone limite du jet de gaz de réaction à son arrivée.
Le dispositif de la fig.2 est équipé dans IL' en- semble comme celui de la fig. 1, mais il s'en différen- cie par le fait que le dispositif d'allumage est formé de deux électrodes c2, traversant les parois a du four en demeurant isolées du point de vue électrique et en assu- rant un passage étanche aux gaz. Une seule de..ces élec- trodes est visible en coupe longitudinale.
Dans la fig. 3 , qui représente :une coupe trans- versale du même dispositif à l'endroit où sont montés les électrodes, on on peut voir l'emplacement de ces deux électrodes.
Sur la fige 4, le conduit d'amenée c3 des gaz tra-
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verse les parois d'une chambre de réaction mise verti- calement, ce conduit servant par exemple à l'adduction dans la chambre de réaction de la vapeur d'eau qui, lorsqu'elle vient en contact avec le cône formé par les gaz de réaction, enflamme spontanément ce dernier.
Sur la fig.5, ce dispositif est muni de conduits concentriques c4 et c5 agencés judicieusement en forme de brûleur et rapportés latéralement à la chambre, ces conduits servant à l'adduction des gaz de la réaction auxiliaire.
Le dispositif de la fige 6 comporte des conduits concentriques annulaires c6 et c7 pour les gaz de la ré- action auxiliaire, disposés autour de la canalisation d'arrivée b des gaz de réaction. Le conduit c6 sert par exemple pour l'arrivée d'un gaz combustible comme l'oxyde de carbone, l'hydrogène ou un carbure d'hydrogène et le conduit c7 pour l'arrivée de l'oxygène servant à la com- bustion de ce gaz.
Sur la fige 7, qui représente en détail et en per- spective la tête d'un dispositif d'allumage (brûleur) com- binée avec la canalisation d'arrivée du mélange de réac- tion gazeux, la canalisation d'arrivée b du gaz de réac- tion est pourvue de cloisons de séparation hélicoïdales ± qui impriment aux gaz de réaction le mouvement de rota- tion nécessaire. Four le reste, comme pour les brûleurs décrits ci-après en regard des figures 8 à 11, la cham- bre de réaction peut être semblable à celles représentées sur les figures 1 à 6.
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Le brûleur représenté sur la fige 8 est'de construc- tion semblable et il est muni de conduits annulaires c6 et c7 pour les gaz*de la réaction auxiliaire, disposés concentriquement autour du conduit d'adduction b des gaz de réaction, ces conduits étant pourvus de cloisons de séparation h produisant un mouvement de rotation.
Sur la fige 9, on a représenté une combinaison du dispositif des figures 7 et 8, c'est-à-dire un dis- positif adducteur dans lequel les cloisons inclinées ± ou h engendrant le mouvement de rotation sont prévues à la fois sur les canalisations concentriques c6 et c7 disposées autour de la canalisation d'arrivée du gaz de réaction et dans la canalisation d'arrivée b du gaz de réaction. La position des ailettes de guidage dans ces exemples est telle que le mouvement de rotation de l'un des gaz de la réaction auxiliaire, engendré dans la cana- lisation médiane c6, se produit en sens contraire du mouvement de rotation provoqué par les cloisons g de la canalisation d'arrivée b des gaz de réaction ainsi qu'en sens contraire du mouvement de rotation de l'autre gaz de la réaction auxiliaire engendré par les cloisons h de la canalisation externe c7.
En modifiant les positions des ailettes dans les diverses canalisations, on peut pro- duire des combinaisons de mouvements de rotation à volon- té dans le même sens ou en sens contraire.
Au figures 10 et 11 les deux brûleurs représentés de face compétent plusieurs canalisations c8 et c9 non mon- tées les unes dans les autres et disposées autour de la canalisation centrale b du.gaz de réaction, pour l'adduc- tion d'au moins l'un des gaz de la réaction auxiliaire.
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Les axes des conduits sont déjetés par rapport à l'axe de la canalisation centrale b du gaz de réaction, de façon qu'ils ne la coupent pas. Dans la fig. 10, cette dispo- sition n'a été utilisée que pour les conduits c8 d'un des gaz de la réaction auxuliaire, tandis que pour l'autre gaz il a été prévue une canalisation annulaire c6. Par contre, dans la fig. 11, l'autre gaz de réaction est amené à la chambre de réaction par une canalisation Cg déjetée de la même façon que cg. un peut avec ces dis- positions donner également un mouvement de rotsbion au gaz réaction en disposant dans sa canalisation d'arrivée des cloisons g comme dans la fig. 7. Les éléments chauffants prévus si possible pour réchauffer les parois de la cham- bre de réaction sont représentés à titre d'exemple sur la fig. 5 sous forme d'éléments électriques i.
La fig.12 montre en coupe un brûleur avec les conduits d'adduction b, c6 et c7 pour le gaz de réaction auxiliaire disposée concentriquement, dans lesquelles le courant gazeux externe peut être dirigé dans le jet de gaz de réaction. Dans ce but la canalisation d'arrivée externe c7 est pourvue d'une embouchure en cône k.
La fige 13 montre en coupe un brûleur semblable à celui de la fig. 12, mais dans lequel les deux canalisa- tions d'arrivée c6 et c7 pour les gaz de la réaction auxiliaire sont prévues d'une embouchure en cône k.
Dans la fig. 12 les parois de l'embouchure en cône de la canalisation d'arrivée externe ont des sur- faces coniques droites, tandis que dans la fig. 13 les
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parois des embouchures en cône des canalisations d'arri- vée ont un courbage parabolique. Il est possible aussi d'employer un courbage circulaire ou elliptique au lieu d'un courbage parabolique. L'angle de la surface conique du cône ou des surfaces tangentielles en cas d'un courbes de la partie en forme de cône avec l'axe centrale est avan- tageusement 45 - 60 . Suivent l'ordre de cet angle le mélange s'effectue plus ou moins fort.
Les brûleurs comme représentés aux figs. 12 et 13 peuvent être prévus aussi. d'éléments produisant un mouvement de rotation comme ils sont représentés aussi aux figs. 7 - 9.
Les exemples ci-dessous, considéré d'une facon non limitative, feront mieux comprendre le procédé de l'invention et de ses modes de mise en oeuvre.
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E x e m p¯.l e la.
On introduit un mélange de tétrachlorure de si- licium et d'oxygène dans la proportion de 1 partie de vapeur de chlorure pour 4 parties (en volume) d'oxygène, à une température de 450 et avec une vitesse de 2 m/sec., dans une chambre de réaction suivant la fmgure 4. On injecte à une distance de 20 cm de l'orifice de sortie 0,1 vol. de vapeur d'eau à 200 C par une tuyère très fine de 0,1 mm de diamètre intérieur. Un obtient un oxyde de silicium d'une grosseur moyenne de particules de 0,5 , avec un rendement de 98%.
E x e m p l e 2:
Dans une chambre de réaction semblable à celle
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représentée la figure 5, on introduit par la canalisa- tion b un mélange de 1 vol. de vapeur de tétrachlorure de titane et 3 vol. d'air enrichi de 50% d'oxygène, à une température de 100 C et avec une vitesse de 10 m/sec., On brûle dans un brûleur latéral constituée par les cana- lisa+,ions concentriques c4 et c5 o,l vol. de vapeur d'es- sence avec 1,5 vol. d'oxygène, et on règle la flamme ainsi obtenue de telle façon que sa pointe vienne en contact intime avec le jet de gaz de réaction. On obtient avec un rendement de 96% un oxyde de titane d'une grosseur moyenne de particules de 1 .
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E x e ml e 3:
Par la canalisation centrale b d'un dispositif d'allumage suivant la fig. 6, on introduit dans une cham- bre de réaction suivant la fig. 5 un gaz de réaction con- stitué par 1 vol. de chlorure de titane et 0,8 vol. d'oxy- gène, avec une vitesse de 5m/sec. et à une température. de annulaire 150 C. On amène par la canalisation/c6 1 vol. d'oxyde de carbone et par la canalisation c 1 vol. d'oxygène et on enflamme. La vitesse de sortie des deux derniers gaz est de 8 m/sec. Le mélange de réaction gazeux s'allume à une distance de 3 cm de l'orifice de sortie. On obtient un produit d'une grosseur moyenne de particules de 0,75 , avec un rendement de 99%.
E x e m p le 4 :
A travers un brûleur suivant la fig. 9, on intro- duit dans une chambre- de réaction suivant la fig. 5 les gaz suivants: Par le/tuyau central b, un mélange de 1 vol.
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de vapeur de chlorure de titane et de 1,5 vol. d'oxygène (température 250 C, vitesse du gaz 20 m/sec.) par la cana- lisation c6: 0,8 vol. d'oxyde de carbone, et par la cana- lisation c7: 0,4 vol. d'oxygène. Le gaz de réaction s'allu- me à une distance de 5 à 10 cm. On obtient un produit d'une grosseur de particules de 0,5 avec un rendement de 99%.
Exemple 5:
Par le même dispositif que dans l'exemple ci-dessus, on introduit: Par le tuyau central: un mélange de 1 vol. de vapeur de tétrachlorure de zirconium et de 1,5 vol. d'oxygène (à 300 C, vitesse 20 m/sec.). Les autres condi- tions étant les mêmes que dans l'exemple 4, ob obtient un oxyde de zirconium d'une grosseur moyenne de particules de 0,75 .
Exemples:
Par un brûleur suivant la figure 11, on introduit dans une chambre de réaction suivant la fig. 5: Dans la canalisation centrale b un mélange de 1 vol. de chlorure d'aluminium et 3 vol. d'oxygène (température de sortie 25o C, vitesse 20 m/sec.), par les canalisations cg, 1 vol. de gaz d'éclairage et par les canalisations Cg 2 vol. d'oxy- gène. L'oxyde d'aluminium obtenu avec un rendement de 96% a une grosseur moyenne de particules de 1 .
E x e m p 1 e 7:
On introduit un mélange de tétrachlorure d'étain et d'oxygène dans la proportion de 30 vol. d'oxygène pour 1 vol. de vapeur de tétrachlorure d'étain de façon con-
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tinu à une température de 200 C et avec une vdtesse de sortie de 5 m/sec. dans une chambre de réaction forte- ment isolée suivant la fig. 1. On allume à une distance de 10 cm à l'aide d'un élément électrique de chauffage.
On obtient un oxyde d'étain d'une grosseur moyenne de particules de 26 ,avec un rendement au dessus de 90%.
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˯x¯¯ejn p 1 e 8ï A travers un dispositif (brûleur) suivant la fi- gure 12 ayant un angle de la surface conique de 60 on introduit dans une chambre de réaction suivant la figure 6 les gaz suivants: Par le tuyau central b un mélange de 1 vol. de vapeur de chlorure de titane et de 1,3 vol. d'oxygène à une température de 120 C et avec une vitesse de sortie de 20 m/sec., par la canalisation c6: 1 vol. d'oxyde de carbone avec une vitesse de 4 m/sec. et par la canalisation c7: 0,5 vol. d'oxygène avec une vitesse de 5 m/sec. Le gaz de réaction s'allume à une distance de 1 cm. On obtient avec un rendement de 99% un oxyde de titane d'une grosseur moyenne du crystal isolé de 0,4 .
Exemple 9: travers un brûleur suivant la figure 13, dont l'angle de la surface conique de la canalisation médiane est de 60 et de' canalisation externe est de 45 , on introduit dans la chambre de réaction représentée à la figure 8: Par le tuyau central b un mélange de 1 vol. de vapeur de chlorure de titane et 1 vol. d'oxygène (tem- pérature 150 C, vitesse de sortie 15 m/sec.), par la canalisation c6 1 vol. d'oxyde de carbone (vitesse 3 m/sec.)
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et par la canalisation C7 0,8 vol. d'oxygène avec 4 m/sec.
On obtient un produit d'un grosseur moyenne du crystal isolé de 0,2 .
Il va de soi que, sans sortir du cadre de l'in- vention, on peut apporter des modifications aux modes de mise en oeuvre qui viennent d'être décrits.
Résumé:
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1 ) Procédé de production d'oxydes métalliques à l'état finement divisé par décomposition de chlorures métalliques volatils à l'aide de gaz renfermant de l'oxy- gène à hautes températures et avec formation de flamme, consistant à utiliser un mélange (gaz de réaction) de vapeur de chlorure métallique et de gaz renfermant de l'oxygène, particulièrement à une température au dessus du point de condensation du chlorure métallique au mé- lange des gaz de réaction, mais non supérieure à 5000CI à introduire ce mélange dans la chambre de réaction et à l'enflammer, au moins la chaleur nécessaire à la for- mation de cette flamme étant fournie par une source spé- ciale de chaleur disposée à l'intérieur de la chambre de réaction.
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