Procédé et appareil pour la fabrication du nitrure d'aluminium. La fabrication du nitrure d'aluminium, qui avait suscité de grands espoirs, il y a quelques années, n'a pas pu être réalisée industriellement jusqu'à présent.
L'insuccès des différents procédés brevetés jusqu'à ce jour provient, d'une part, de ce que les dispositifs de chauffage électrique adoptés (chauffage direct par résistance ou par arcs électriques aménagés dans la cham bre de réaction) donnaient lieu à des diffi cultés rendant une marche industrielle précaire d'autre part, à ce que dans la mise en #u- vre de ces procédés, il n'a pas été générale ment tenu suffisamment compte des causes qui provoquent la rétrogradation du nitrure d'aluminium.
Des travaux de Frankel il résulte que l'azoturation d'un mélange d'alumine et de charbon est une réaction réversible.' La quantité d'azote fixée est d'autant plus forte que la teneur en oxyde de carbone dans la phase gazeuse est plus basse et que la température est plus élevée. La tolérance pour l'oxyde de carbone croît donc avec la température, mais par suite de la réversibilité de la réaction, le nitrure formé rétrograde s'il se trouve ensuite transporté dans une zone moins chaude.
La présence du fer, qui agit comme cata lyseur, accroît la vitesse de réaction dans un sens comme dans l'autre. Le nitrure d'aluminium est stable par contre dans l'azote pur â toutes les températures, même celle de l'arc.
La présente invention concerne un pro cédé et un appareil pour la fabrication de nitrure d'aluminium par azoturation d'un mé lange de charbon et d'une matière alumineuse telle que par éxemple l'alumine., la bauxite etc. Ce procédé, dans lequel la masse traitée se déplace à travers la chambre de réaction, ne présente pas les inconvénients des pro cédés antérieurs en ce qui concerne le mode de chauffage et satisfait d'autre part entiè rement aux conditions imposées par la nature particulière de la réaction, tel qu'il vient d'être exposé. .
Il est caractérisé: - 1 Par le fait que la production de cha leur nécessaire à la réaction a lieu par un dispositif de chauffage électrique qui se trouve en dehors de la chambre de réaction; 2 En ce que la concentration de l'azote dans la phase gazeuse, ainsi que la tempé rature s'élèvent d'une manière continue dans la chambre de réaction en direction de la progression des matières solides, de telle sorte que la masse à traiter au fur et à mesure de sa progression et de l'accroissement de sa teneur en azote, est soumise à des conditions de plus -en plus favorables à la fixation de l'azote en vue que toute rétrogradation du nitrure formé se trouve évitée.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, en coupe longitudinale, un appa reil servant à la mise en oeuvre du procédé.
0 figure tu) cylindre tournant, légèrement incliné, servant de chambre de réaction. Il est muni d'un revêtement réfractaire. A la base inférieure de ce cylindre débouche l'extré mité d'un four à arc à haute tension B.
Le cylindre 0 est relié par un couloir C à un deuxième cylindre R tournant et incliné, situé à un niveau inférieur et servant de refroidisseur au nitrure.
Un ventilateur V insuffle de l'azote dans le cylindre refroidisseur Ii. Le gaz, après avoir traversé ce cylindre, gagne par la con duite<I>H</I> le four à arc<I>B.</I>
Eventuellement, avant d'être introduite dans le four à arc, la masse gazeuse déjà partiellement réchauffée par le passage sur le nitrure chaud, peut être portée à une terrr- pérature plus élevée en la faisant circuler dans un four à récupération de chaleur chauffé par l'oxyde de carbone dégagé par la réac tion.
La masse gazeuse portée à très haute température par le passage dans le four à arc à flamme B pénètre à l'extrémité infé rieure du cylindre 0 où elle entre en réac tion avec les matières premières solides, alumine ou matières alumineuses, de la bauxite, par exemple, et charbon. Celles-ci sont intro duites à l'extrémité opposée du cylindre par l'entonnoir .B. Elles progressent d'une façon continue vers le bas sous l'effet de la rota tion du cylindre.
Dans la partie supérieure les matières premières solides se réchauffent au contact des gaz qui circulent en sens inverse. Ceux- ci, après avoir cédé leur chaleur sensible aux matières solides, s'engagent dans le con duit T. Ils sont recueillis pour être brûlés en vue d'utiliser l'oxyde de carbone qu'ils contiennent et de récupérer éventuellement l'azote, ainsi qu'il sera expliqué plus loin.
Lorsque les matières premières solides, par suite<B>dé</B> leur progression, arrivent dans une région oit la température atteint environ 1500 , elles commencent à entrer en réaction avec l'azote. La réaction se poursuit ensuite régulièrement et d'une façon progressive, la température s'élevant continuellement et la concentration de l'azote augmentant, celle de l'oxyde de carbone diminuant à mesure que le mélange s'achemine vers le bas. Les con ditions optima sont réalisées à l'extrémité inférieure du cylindre. La masse, après l'avoir atteint, échappe brusquement à l'action des gaz à haute température sortant du four à arc.
Le nitrure tombe dans le couloir verti cal C, glissé sur le plan incliné P disposé à l'extrémité inférieure du couloir et pénètre ainsi dans le cylindre refroidisseur B, oit il est immédiatement refroidi par l'azote froid. Il est finalement recueilli dans un collecteur K.
Le mode opératoire qui vient d'être décrit réalise toutes les conditions exigées pour obtenir une azoturation rationnelle et métho dique et exclure toute cause pouvant déter miner la rétrogradation du nitrure formé. D'autre part, il est aisé de se rendre compte que par ce procédé on obtient non seulement l'utilisation rationnelle de l'énergie thermique, mais encore qu'il permet la suppression des inconvénients inhérents aux modes de chauf fage préconisés antérieurement.
Divers dispositifs pour la transformation de l'énergie électrique en énergie thermique par le jaillissement d'arcs à haute tension à travers une masse gazeuse ont été mis au point pour la fabrication de l'acide nitrique, et peuvent être adoptés pour ce procédé. Leur construction dans ce cas s'en trouve d'ailleurs facilitée du fait que travaillant dans une at- mosphère neutre, on peut employer un revê tement en charbon qui résiste à toutes les températures.
Ce processus permet de réaliser une chauffe uniforme comparable à celle donnée par un gazogène, mais d'une température bien plus élevée. Toute surchauffe locale est évitée, tandis que par le chauffage électrique par résistance ou par arc agissant par contact ou par rayonnement sur la masse, il se pro duit inévitablement des écarts très considé rables de température entre les différents points de la masse, lorsqu'il s'agit de porter à haute température des matières solides, peu conduc trices, ne devant pas être fondues.
Il en résulte des collages empêchant une marche continue, ainsi que la détérioration du revêtement du four.
Le procédé qui vient d'être décrit se dis tingue nettement des procédés antérieurs qui prévoyaient éventuellement le passage de l'azote dans un arc. Les buts visés diffèrent complètement.
Dans un de ces procédés on préconisait le passage de l'azote dans l'arc par des élec trodes creuses ou entre l'arc et le mélange, dans le but de faciliter l'accès de l'azote au mélange, l'arc à basse tension, générateur de la chaleur se trouvant au-dessus du mélange qu'il chauffe par rayonnement.
Dans un autre procédé on envisageait par le passage de l'azote à travers un arc ou une résistance électrique un réchauffage préalable de l'azote; le mélange de gaz et des matières solides étant soumis ensuite à l'action d'un arc dans la chambre de réaction.
Dans ces deux procédés, le dispositif de chauffage est aménagé dans la chambre de réaction. D'autre part, on se rend également facilement compte que dans l'un comme dans l'autre de ces procédés les matières à traiter ne sont pas soumises à une azoturation mé thodique.
Les matières solides progressent en effet dans le même sens que le courant gazeux; en fin d'opération la masse se trouve par suite être en contact avec le mélange gazeux gazeux à haute teneur en oxyde de carbone résul- tant de la réaction, d'où rétrogradation du nitrure. Cet inconvénient est évité par les dispositions suivant l'invention.
Jusqu'à présent il n'avait été envisagé comme source d'azote pour la fabrication du nitrure d'aluminium que le gaz de gazogène ou l'azote obtenu par la, liquéfaction de l'air.
Il n'avait pas été remarqué qu'il était possible de se procurer à peu de frais l'azote nécessaire en utilisant à cette fin l'oxyde de carbone dégagé parla réduction de l'alumine. D'après la réaction A1203 + 3C + N2 = AlêNê = 3C0, il se dégage 3 volumes d'oxyde de carbone pour 1 volume d'azote qui est absorbé.
La' combustion de ces 3 volumes de CO nécessite 11/z volume d'oxygène; suivant la réaction 3C0 + 3/2 02.= 3C02.
Cette quantité d'oxygène est contenue dans environ 71/2 volumes d'air. II s'ensuit que pour chaque volume d'azote fixé par l'alu mine, on obtient 3 volumes d'oxyde de car bone qui, après combustion avec de l'air, donne un mélange gazeux contenant 3 vo lumes d'acide carbonique, et 5 1/2 volumes d'azote.
Il suffit donc d'extraire l'acide carbonique d'une partie de ce mélange gazeux pour se procurer tout l'azote nécessaire à la fabrica tion du nitrure d'alumine.
L'extraction de l'acide carbonique d'un mélange gazeux est une opération industrielle courante qui est réalisée par différents moyens. On peut, par exemple, absorber l'acide carbo nique par de l'ammoniaque. Cette opération peut être avantageusement combinée avec celle de la transformation en urée de l'am moniaque provenant de la décomposition du nitrure d'aluminium. On obtient ainsi à la fois l'acide carbonique nécessaire à la trans formation de l'ammoniaque en urée et l'azote nécessaire à l'azoturation.