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"PROCEDE DE RECUPERATION DE L'ALUMINIUM ".-
La présente invention concerne la fabrica- tion de l'aluminium. Plus particulièrement, elle a pour objet la fabrication d'aluminium pratiquement pur par le procédé de distillation de sous-halogénure d'a- luminium à partir d'alliage. d'aluminium contenant des mé- taux comme le manganèse qui forment des halogénures vola- tils en réagissant sur le trihalogénure d'aluminium à la température de travail.
l'halogénure volatil se décomposant avec dépôt de métal quand on le refroidit à l'état de mélan- ge avec le sous-halogénure d'aluminium. On sait qu'il est très difficile d'arriver à éliminer le manganèse de façon entièrement satisfaisante par le processus de distillation
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,daou8-halog'nur.. 4'inventton via. particulièrement mail non exclusivement la r'O"p4rAtion de l'aluminium contenu dalla 4..
alliages carbothermiquea d'aluminium qui 4ont pro parât po r6duoion direct* do la bauxite à haute tempéra- tur* 8* Moyen de coke ou de charbon* Iida alliages oarbothormiquen d'aluminium pré- sentent une composition type qui et situe 'dans les gammes euivaniee !
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C9nat1tuan à en Mido
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<tb> Aluminium <SEP> 40-70
<tb>
<tb>
<tb> Per <SEP> 20-45
<tb>
<tb>
<tb> Silicium <SEP> 2-20
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<tb> Titane <SEP> 2- <SEP> 6 <SEP>
<tb>
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Oarbono 3- 6 yan8anène moine de 3
L'un des procédés que l'on utilise pour pro- duire de l'aluminium relativement pur par le processus de
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distillation de Boue-haJoénur8 à partir d'alliages oarbo- thermiques d'aluminium présentant la composition oâ...,,a,na consiste à mettre en contact l'alliage d'aluminium,
habitu- ellement sous forme de particules à une température de 1000 1400 0. avec un trihalogénure d'aluminium gazeux pour for-
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mer du monohalogénure d'aluminium gazeux, La réaction est fortement endothermique et s'inverse au refroidissement pour aboutir 4 un dépôt d'aluminium métallique.
Le procédé habituellement utilisé pour pro- duire de l'aluminium pratiquement pur à partir d'un mono-
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halogénure gazeux consiste à refroidir celui-ci pour oondtz,, 86r l'aluminium élémentaire sous forme pratiquement pure pendant que le trihalogcSnure d'aluminium reste dans la phaf ¯ se gazeuse pour être récupéré et avantageusement recyclé et
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remis en contact avec une nouvelle quantité d'alliage d'alu.
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minium,,
Dans la préparation d'aluminium pratiquement pur à partir d'alliages d'aluminium par traitement à haute température au moyen d'un trihalogénure d'aluminium gazeux, d'autres métaux présenta dans l'alliage tendent à réagir
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avec J P04 former deebalog4nures avec le iwalûgénu, d'aluminium pour former deshalogénurea volatils qui ont tendnee a ditatiller aved le monohalogénure
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d'aluminium pput 06 condenser finalement avec l'aluminium élémentaire lies alliages carbotttemîquës d'aluminium contiennent habituellement du manganèse en proportion conai- dèrablee Sans le processus de distillation de sous-halo- gênure,
le manganèse tend à réagir avec le trîhalogénute d'a- luminium en donnant un halogénure de manganèse qui distille avec le mônohàlogdnute d'aluminium. Quand on refroidit en- suite le mohôùalbgénure d'aluminium pour obtenir l'aluminium élémentaire, le manganèse élémentaire se condense une tem- pdraburs Prooe de celle de condensation de l'aluminium.
Par suite, l'aluminium condense contient comme impureté une quantité appréciable de manganèse.
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Lorsqu'on met un alliage obtenant de Italu. minium et du manganèse en contact avec un courant de tri- chlorure d'aluminium à la température utilisée pour le pro oessus de distillation de sous-halogénure, le rapport entre chlorure de manganèse et monochlorure d'aluminium dans la vapeur de sortie est très inférieur au rapport manganèse.. aluminium dans l'alliage mis en contact.
Dans le procédé de l'invention, on utilise cet effet pour distiller une fraction pauvres manganèse et une fraction riche en manga- nèse d'un alliage d'aluminium contenant du manganèse, grâce
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au procédé de distillation de sous-halogénure.
L'alurinium d'une pureté commercialement acceptable peut contenir une faible proportion de manganèse par exemple 0,03%. En outre, on utilise commercialement sur une échelle considérable des alliages d'aluminium conte-, nant des quantités prédéterminées de manganèse Grâce au procédé de l'invention, on peut séparer la teneur en aluni** nium d'un alliage carbothermique en aluminium de pureté commerciale et en une fraction d'alliage riche en manganèse,
lorsque la teneur initiale en manganèse de l'alliage carbo- thermique n'est pas trop élevées On peut obtenir un aluminium de pureté coin- merciale à partir d'un alliage carbothermique d'aluminium contenant du manganèse ou d'un autre alliage qui est solide à la température de travail, en mettant en contact une masse , de cet alliage d'aluminium, de préférence une masse d'allia- ge d'aluminium en particules,
avec un trihalogénure gazeux d' aluminium dans des conditions propres à donner une réac- tion entre l'aluminium de l'alliage et le trihalogénure d'a- luminium gazeux pour former le monohalogénure d'aluminium gazeux correspondant que l'on. refroidit alors pour obtenir le dépôt de l'aluminium de la façon usuelle.
Quand la teneur en halogénure de métal étranger dans le monohalogénure d'a- luminium dépasse un niveau prédéterminé, on détourne le courant de monohalogénure d'aluminium vers une zone de condensation différente dans laquelle l'aluminium enrichi en manganèse se dépose,
On conduit le procédé sous forme cyclique, de préférence en utilisant un lit ou une masse d'alliage d'aluminium sous forme de particules en mouvement descendant dans un réacteur de contact ou convertisseur de forme verti-
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cale.
Au début de chaque cycle, on introduit dans le oonver- tisseur de l'alliage d'aluminium fraie et on continue l'qué- ration de contact en utilisant le trihalogénuee d'aluminium gazeux chaud jusque ce qu'il apparaisse une proportion pré- déterminée d'halogénure de manganèse dans le gaz de sortie, en fonction de sa teneur en monohalogénure d'aluminium. Ini- tialement, le gaz de sortie ne contenant pratiquement que en monohalogénure d'aluminium est dirigé vers un condenseur ou appareil de décomposition dans lequel on abaisse la tempé- rature lu gaz de sortie qui contient du monohalogénure d'a- luminium gazeux pour amener la décomposition de celui-ci avec formation d'aluminium élémentaire pratiquement pur et de trihalogénure .d'aluminium gazeux.
On récupère avantageu- aement oe dernier que l'on ramène au convertisseur pour le mettre en contact avec l'alliage d'aluminium. Quand la pro- portion d'halogénure de manganèse contenue dans le gaz de sortie dépasse un niveau prédéterminé, on dirige le gaz de sortie du convertisseur dans un condenseur de décomposition séparé. Pendant cette portion du cycle global, on cesse de préférence l'amenée d'alliage d'aluminium frais au réacteur de contact et de préférence aussi on cesse de retirer du convertisseur l'alliage épuise.
Cependant, on continu* d'introduire du tri- halogénure d'aluminium gazeux dans le convertisseur pour extraire la quasi-totalité de l'aluminium de l'alliage conte- nu, ainsi que d'autres métaux qui réagissent sur le triha- logénure d'aluminium et forment des halogénures qui dis- tillent en même temps et sont entraînés dans le gaz de sor- tie du convertisseur en même temps que le monohalogénure d'aluminium. Apres cette opération d'extraction, on décharge du convertisseur l'alliage restant puis on y introduit à
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nouveau de l'alliage d'aluminium fraie et on répète les opé-
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ration. ou le cycle o1.deo8ua.
On voit donc que, suivant l'invention, le gais de sortie contenant du monohalogenure d'aluminium cet sépare en deux parties, une première portion initiale que l'on ré-
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oupére pendant l'opération active de raffinage-et qui se décompose au refroidissement en donnant do l'aluminium conte" nant une proportion relativement faible de manganèse et une deuxième portion récupérée pendant l'opération d'extraction
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et qui se décompose au refroidissement en donnant de 1a,uai..
nïum mdlangé une proportion relativement forte de manganèse, Quand on conduit le processus de distillation de sous-halogénure sous la forme d'une opération discontinue et directe dans laquelle on récupère tout le gaz de sortie sana séparation et on dépouille qua8i-.ompltement le métal de l'aluminium qu'il contient, on trouve que le rapport ini- tial aluminium manganèse de l'alliage se répercute dans l'aluminium récupéré comme produit.
Dans la pratique de l'invention, on met en contact une masse d'alliage d'aluminium en particules conte-*
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nant du manganèse avec un courant de tyihalogénure gazeux en ajoutant de façon continue de l'alliage d'aluminium trait de sorte que le trihalogénure d'aluminium gazeux entre en ûontâet avec l'alliage d'aluminium frais JU$te avant qu'on ne lt re- tire du réacteur de oontaot nous forma de gaz de sortit* .40tant donné que le manganèse die tille relativement lentement et ne condense rapidement, il tend à s'accumuler au milieu du réacteur.
Lorsque la vapeur entre finalement en contact avec l'alliage d'aluminium fraie juste avant de quitter le convertisseur, elle tendà perdre une partie du manganèse qu'elle contient. ±' accumulation de manganèse dans l'allias*
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d'aluminium contenu dans le convertisseur se poursuit jusqu'à ce que l'alliage d'aluminium contenu Doit tellement enrichi en manganèse que l'alliage.d'aluminium frais que l'on introduit ne permette) plus d'éliminer suffisamment de manganèse du gaz de sortie.
,
Suivant la pratique de l'invention, quand le rapport aluminium/manganèse dans le gaz de sortie atteint un niveau prédétermine, on détourne le gaz qui sort du réacteur de contact vers un condenseur sépara destine à la récupéra- tion de l'aluminium et qui contient des proportions accrues de manganèse. A ce moment, on cesse d'amener de l'alliage d'a- luminium frais dans le convertisseur et on cesse aussi de le- tirer l'alliage épuisé du convertisseur.
On continue d'intro- duire dans'le convertisseur du trihalogénure d'aluminium ga- zeux jusque ce que la quasi-totalité de l'aluminium contenu dans l'alliage soit entraîné dans le gaz de sortie en même temps que la proportion de manganèse qui distille conjointe* ment. Après l'opération d'extraction, on sort du convertis* seur l'alliage d'aluminium épuisé et on y introduit de l'al- liage frais en vue d'un nouveau cycle d'opérations.
Il est possible d'obtenir dans l'alliage d'alu- minium contenu dans le réacteur de contact un enrichissement en manganèse de 10:1avant qu' il ne soit nécessaire de commen- cer un nouveau cycle. En conséquence. sur 100 kg d'aluminium d'un alliage d'aluminium contenant du manganèse et amené au convertisseur, il doit Atre possible, par la pratique de l'invention, d'obtenir environ 90 kg d'aluminium de pureté commerciale et environ 10 kg d'alliage manganèse/aluminium,
On se référera maintenant au dessin schémati- que qui représente un appareil destiné à la réalisation de l'invention.
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Au début du cycle, un convertisseur vertical
10 cet pratiquement rempli d'une mages 11 d'alliage d'alu- minium contenant du manganèse noue forme de particules,
Dans la partie inférieure du convertisseur 10, on introduit par le tuyau 12 du trichlorure d'aluminium gazeux chaud et on récupère le gaz qui sort de la portion supérieure du convertisseur 10 par le tuyau 14.
On amené de l'alliage fraie venant de la trémie 15 par le conduit 16 et la soupe- pe doseuse 18 dans la portion supérieure du convertisseur
10 et on sort l'alliage épuisa de la partie inférieure du convertisseur 10 par la soupape doseuse, 19 et le conduit
20, pour l'amener dans un wagonnet ou une cuve 21 en vue de l'évacuer, ,
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Au début du cycle, on introduit de façon continue du trichlorure d'aluminium gazeux et on amené de façon pratiquement continue de l'alliage d'aluminium frais de la trémie 15 et on sort l'alliage épuisa de la partie Inférieure ou du fond du réacteur de contact 10 par la saupage doseuse 19 et le conduit 20.
La manne 11 d'alliage d'aluminium contenue dans le convertisseur 10 est maintenue à une température de 1000-1400 C de préférence d'environ 1300 C, qui est propre à amener la réaction entre le tri- chlorure d'aluminium gazeux et l'aluminium de l'alliage avec formation de monochlorure d'aluminium suivant l'équa- tion :
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Le mono chlorure d'aluainium s'échappe dans le gaz de sortie qui contient aussi du trichlorure d'aluminium et qui sort de la partie supérieure du convertisseur 10 par le tu- yau 14. La phase gazeuse, juste avant de sortir du conver- tisseur 10 par le tuyau 14, entre en contact avec l'alliage d'aluminium frais amené à la portion supérieure du conver- tisseur 10.
Ce. contact entre la phase gazeuse et l'alliage frais relativement pauvre en manganèse, immédiatement avec la sertie des gaz du convertisseur 10. pour but d'éliminer du gaz de sortie une partie du manganèse qui, semble-t-il, réagit sur le trichlorure d'aluminium gazeux suivant l'é- quation
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le chlorure de manganèse (oucil.2) to*d à tiré extrait dt la phase gazeuse au contacta l'alliage d'aluminium fraiw, On retire le de'sortie du convertisseur 1Qf 9 .'façon continue, Pe le tuyau 140 et on l'amené, par le tuyil 22 et la aou,pe ouverte 82, dans un condenseur 24 OtL Vol.
a.'uiaa .da.u moins 00*0 environ la température du gaz de sortie en dessous de la température de fonctionnement du
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'convertisseur 10, Habituellement on obtient des réaultatil satiafaizanta en maintenant le condenseur 24 à ane tempérai'cuit juste supérieure au point de fusion de l'aluminium qui eni, de 66*0# par exemple à une température de 700-900000 de sorte', que le taonoehiorure d'aluminium contenu dans la vapeur intro- duite dans le condenseur se décompose quasi-èo*iplètement en aluminium métallique qui s'y condense et en trichlorure d'alu- minium qui reste en phase vapeur à cette température.
Etant donné que le gaz de sortie amené au condenseur 24 par les tuyaux 22 et 14 est formé de monochlorure d'aluni* nium gazeux, de trichlorure d'aluminium inaltéré et de très peu de chlorure de manganèse, l'aluminium fondu récupère comme produit du condenseur 24 par le tuyau 25 est un aluminium de pureté acceptable.
On retire le trichlorure d'aluminium de -la partie supérieure du condenseur 24 par le tuyau 26 et avanta- geusement, on le renvoie au convertisseur 10 par le tuyau 12 pour qu'il entre en contact avec un supplément d'alliage d'aluminium.
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Au bout d'un certain temps, le gaz de cortit r.os1- ré du convertisseur 10 contient des quantités croissantes de man ganèse étant donné que la concentration de manganèse augmente dans la portion moyenne de la masse d'alliage qui descend dans le convertisseur 10. On continue de retirer le gaz du convertis-
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seur 10 pour l'amener au condenseur 24 jusqu'à ce que la proportion de manganèse dans le gaz de sortie atteigne un niveau prédéterminé.
.On ferme alors la soupape 22a du tuyau 22 et on ouvre la soupape 28a du tuyau 28 et on arrête l'arrivée d'alliage frais et l'évacuation d'alliage épuisé. On trans- fère alors le ,gaz de sortie, par le tuyau 28 et la soupape 28a, dans le condenseur 29, on le maintient dans des oondi- tiens de température similaires à celles du condenseur 24 pour décomposer le monochlorure d'aluminium et en même temps le dichlorure de manganèse réagit sur l'aluminium pour for- mer du manganèse métallique qui se condense avec l'aluminium.
Le métal retiré du condenseur 28 par le tuyau 30 pen- dant cette opération d'extraction contient une forte propor- tion de manganèse et lorsqu'on récupère l'aluminium d'un alliage carbothermique, on peut obtenir à ce stade in alliage d'aluminium contenant environ 3% de manganèse en poids.
On continue l'opération d'extraction jusqu'à ce que la teneur en aluminium tu métal contenu dans le convertisseur 10 soit ramene à un niveau où il n'est plus économique de la récupérer.,
Bien qu'il soit préférable d'utiliser deux conden- seurs séparés, on peut utiliser, ai on le désire, un seul con- danseur pour toutes les opérations du cycle de l'invention. On utilise le condenseur unique pour la production et la récupé- ration de l'aluminium au premier stade et ensuite au stade d'extraction pour obtenir et récupérer l'alliage manganèse-alu- minium, le condenseur étant pratiquement vidé de métal condensé avant le début du stade d'extraction.
Au lieu de deux condensent* on peut en utiliser deux ou plusieurs en combinaison avec un
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ou plusieurs convertisseurs@ particulièrement quand on dé- aire récupérer comme produit un aluminium très pur ou un aluminium contenant des quantités variables de manganèse.
A titre d'illustration de la pratique de l'invention, lorsqu'on utilise un convertisseur d'une capacité de 5 tonnée d'alliage carbothermique initial d'aluminium en particules, on chauffe la charge à environ 1300 C en faisant passer un courant électrique à travers la charge ou au moyen d'éléments appropriés de résistance électrique. On introduit alors dans 1 le bas du convertisseur du trichlorure d'aluminium gazeux chaud qui traverse la charge à contre-courant et, dans le haut, on ajoute de façon continue de l'alliage carbothermique d'alu- minium tandis qui , dans le bas, on retire de l'alliage épuise.
On amène le gaz de sortie du convertisseur à un condenseur et on en récupère l'aluminium.
On continue ces opérations jusqu'à ce que l'analyse montre que le rapport manganèse/aluminium dans le gaz de sortie atteint un niveau élevé prédéterminé. On commence alors l'opération d'extraction. Une quantité de chaleur continuel- lement décroissante sera nécessaire à ce stade du travail, Pendant ce stade, on recueille de l'alliage d'aluminium riche en manganèse et l'alliage contenu dans le convertisseur est débarrassé de l'aluminium.
Quand la concentration de monochlorure d'aluminium dans le gaz de sortie du convertisseur tombe à un faible ni- veau, ion recommence à ajouter de l'alliage d'aluminium fraie et à retirer du convertisseur l'alliage épuisé,et de préfé- rence, on diminue temporairement ou on arrête l'introduction
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de trichlorure d'aluminium gazeux dans le convertis- saur,
de sorte que le convertisseur se remplit d'une charge graiche et qu'une proportion N'établit. On détour* ne alors le courant de gaz du convertisseur vers le conden- seur initiait Lorsqu'on a retiré du convertisseur l'alliage extrait on élève le taux d'introduction de trichlorure d'aluminium gazeux jusqu'à aa valeur initiale et on répète le cycle d'opérations ci-dessus.
Les exemples suivants démontrent les résultats que l'on peut obtenir lorsqu'on applique l'invention de la façon décrite ci-dessus 1
EXEMPLE 1 On traite de la façon décrite un alliage oarbother- mique contenant 56% d'aluminium, 2,7% de silicium et 0,2% de manganèse (le reste étant formé de fer, de titane, de carbone et de constituants mineure). On calcule le débit d'amenée d'alliage frais, le débit d'amenée de trichlorure d'aluminium, la hauteur de la colonne d'alliage en cours de traitement et la température de manière à extraire de l'al- liage 95% de l'aluminium.
Quand le rapport manganèse/alu-, minium dans les gaz de sortie s'élève à 0,0012:1, on détour- na les gaz vera un autre condenseur Pendant la partie ini- tiale de l'opération, on recueille 10,75t d'aluminium con- tenant 0,028% de manganèse. Pendant le stade d'extraction, on recueille 1 t d'aluminium contenant 3,82% de manganèse avant de décharger l'alliage épuisé. Il y a lieu de noter que, bien que la charge initiale du convertisseur soit de 5 t, le poids du contenu pendant un fonctionnement continu est considérablement moindre, étant donné que l'aluminium est progressivement extrait des particules d'alliage.
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EXEMPLE2
On traite le môme alliage mais on opère le détourne- ment que lorsque le rapport manganèse aluminium dans le gaz de sortie est de 0,0013:1, Dans ces conditions, on recueille séparément à chaque cycle 11,2 t d'aluminium contenant 0,033% de manganèse et 1 t d'aluminium contenant 3,93% de manganèse.
EXEMPLE 3
En utilisant l'alliage de l'exemple 1, on limite le raffinage à 90% de l'aluminium qu'il contient. On détourne le gaz du convertisseur lorsque le rapport mangagèse:aluminium dans le gaz s'élève à 0,00115:1. Avant le détournement, on recueille 11,1 t d'aluminium contenant 0,029% de manganèse et pendant l'extraction, on recueille 1 t d'aluminium conte- nant 4,05% de manganèse$'
EXEMPLE 4
On utilise un alliage similaire 4 celui de l'exemple
1, ai ce n'est que la teneur en manganèse est de 0,05%; on poursuit le raffinage jusqu'à ce qu'on ait retiré 95% de l'alu- minium de l'alliage. On opère le détournement quand le rapport manganèse.aluminium s'élève à 0,0008:1.
Avant le détourne- ment, on recueille 45 t d'aluminium contenant 0,01% de manga- nèse et pendant l'extraction, on obtient 1 t d'aluminium con- tenant 3,84% de manganèse.
EXEMPLE 5 On raffine un alliage similaire à celui de l'exemple 1, si ce n'est que la teneur en silicium est de 6,0% et on reti- re 95% de l'aluminium qu'il contient. On détourne le gaz lors- que le rapport manganèse! aluminium atteint 0,00125:1. Dans ces conditions, on obtient 11,25 t d'aluminium contenant 0,0296 de manganèse et 1 t d'aluminium contenant 4,12% de manganèse
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dans les deux stadoa de chaque cycle de fonotionnement.
.asvagatoA3?io 8 1.- Procédé de récupération de l'aluminium d'alliages qui con- tiennent aussi du manganèse et qui sont solides à la tempéra- ture de réaction, par distillation de sous-halogénure , carac- térisé en ce qu'il consiste à chauffer à la température voulue dans une zone de réaction une masse d'alliage en particules, à amener par une extrémité de la zone un courant de trihalogénure d'aluminium gazeux, à retirer par l'autre extrémité le gaz de sortie, à refroidir celui-ci pour déposer l'aluminium métalli- que-dans une zone de condensation, à introduire de façon pra- tiquement continue de l'alliage fraie dans la zone de réaction à l'extrémité par laquelle on retire le gaz de sortie, à reti- rer de l'alliage épuisé par l'extrémité opposée,
à continuer l'introduction d'alliage frais jusqu'à oe que la concentration d'halogénure de manganèse dans le gaz de sortie atteigne un ni- veau prédéterminé, puis à cesser l'introduction, et à extraire ensuite l'aluminium de l'alliage restant dans la zone de réac- tion en continuant de faire passer le trihalogénure d'alumini- um et en recueillant l'aluminium condensé dans cette opéra- tion d'extraction séparément de l'aluminium condensé au pre- mier stade du procédé, pour obtenir un alliage Manganèse-alumi- nium contenant une proportion notable de manganèse.