Procédé d'extraction d'aluminium de produits le contenant à l'état métallique. La présente invention est relative à un procédé d'extraction de l'aluminium de pro duits le contenant à l'état métallique, allié à, d'autres métaux, tels que, par exemple, le silicium, le fer, le titane. Elle permet d'obte nir des alliages contenant une proportion aussi faible que l'on veut des susdits métaux, allant jusqu'à l'aluminium commercialement pur.
On a déjà proposé. d'extraire l'aluminium à, partir de masses qui le contiennent (telles que celles obtenues par réduction de l'alu mine), en les traitant par un métal extrac teur, tel que le zinc, de préférence à l'état de vapeur. On a préconisé d'effectuer ce traite ment à une température supérieure à celle de fusion de l'aluminium, la masse étant ma laxée, puis l'alliage séparé, pendant l'extrac tion même, par décantation ou centrifuga tion, et l'aluminium séparé du métal extrac teur par distillation de ce dernier. Ce mode opératoire ne permet pas d'obtenir un alumi nium pur, ni un aluminium ne contenant que des quantités bien déterminées à l'avance d'impuretés que l'on peut désirer maintenir dans l'aluminium en vue d'applications spéciales.
Le procédé faisant l'objet de la présente invention utilise également un métal extrac teur, tel que, par exemple, le zinc, l'étain, le mercure ou un alliage les contenant. Il est caractérisé par le fait que l'on traite lesdits produits avec un métal extracteur susceptible de former avec l'aluminium un alliage liquide à une température inférieure au point de fusion de l'aluminium, et ne s'alliant à cette température tout au plus qu'avec des proportions faibles des constituants à sépa rer de l'aluminium.
et on adapte la teneur en Al de l'alliage Al-métal extracteur, de façon à obtenir, à une température inférieure à celle de fusion de l'aluminium, d'une part, à l'état liquide, un alliage d'aluminium avec ledit métal de traitement contenant une quan tité prédéterminée d'impuretés qui est fonc tion de cette température et, d'autre part, à l'état solide, le restant des constituants à éliminer.
On peut traiter ensuite cet alliage liquide, séparé des parties solides, pour en éliminer une proportion prédéterminée de métal extracteur.
En effet, la solubilité dans J'aluminium des impuretés qu'il contient généralement, telles que le silicium, le fer, le titane, décroît avec la température. Lorsque la température d'une masse en fusion formée d'aluminium, du métal extracteur et desdites impuretés s'abaisse, une partie de ces impuretés est re jetée à l'état de cristaux, tandis qu'une autre partie, de moins en moins importante, reste dissoute dans la partie liquide. A la tempé rature d'extraction par le zinc utilisée. dans les procédés connus, ainsi qu'à la tempéra ture de solidification de l'aluminium, le taux des impuretés métalliques restant en solution dans le bain est encore trop élevé.
En abais sant la température, à laquelle on opère la séparation, au-dessous du point de fusion de l'aluminium, une forte partie des impuretés dissoutes se trouve rejetée à l'état solide, et ceci d'autant plus que la température est plus basse.
Le procédé peut être mis en aeuvre en formant d'abord avec le métal extracteur et le produit à traiter un alliage liquide, que l'on laisse refroidir jusqu'à la température choisie, inférieure à celle de fusion de l'alu minium, et en séparant les parties solides rejetées de la phase liquide. On peut aussi laisser solidifier l'alliage formé et, par ré- chauffage jusqu'à ladite température, amener à l'état liquide l'alliage @à séparer des parties solides. Cette opération de solidification et refonte peut être pratiquée à plusieurs re prises.
En outre, la refonte et la séparation peuvent être effectuées assez vite pour que les impuretés susceptibles de se dissoudre dans le bain à cette température de sépara tion n'aient pas le temps de se dissoudre complètement.
Le traitement de la matière première avec le métal extracteur peut être effectué par une mise en contact méthodique à contre-courant de ladite matière concassée, avec le métal extracteur, à l'état liquide ou de vapeur ou encore successivement à l'état de vapeur et de liquide. En outre, quand le produit à traiter est un alliage contenant une impureté for mant un eutectique avec l'aluminium, on peut enrichir préalablement ledit produit en aluminium en le fondant et l'amenant à la température où l'eutectique étant seul liquide, on le sépare du résidu solide.
Pour faciliter l'intelligence de ce procédé, on a reproduit, au dessin annexé, diverses courbes connues. Celle de la fig. 1 représente le système aluminium-silicium.
La fi-. ? en représente la. partie gauche échelle très agrandie pour mieux montrer la solubilité du silicium dans l'aluminium solide.
Les courbes des fig. 3 et 4 représentent les points de solidification des bains de zinc et d'étain suivant leur proportion d'alu minium.
Dans les exemples ci-dessous, correspon dant à, des essais effectués par l'inventeur, les températures mentionnées sont, sauf indi cations contraires, les températures à la fin des essais, températures auxquelles on sépare l'alliage liquide des parties solides.
Si l'on examine par exemple la courbe représentative du système Al-Si (voir les fig. 1 et 2), on remarque qu'il existe un eutectique qui se trouve du côté A1 à 13,8 Si. Cela. veut dire qu'en refroidissant lente ment un alliage, par exemple à, 40 % Si, on commence, vers 1l00 C à cristalliser du sili cium, et la partie restant liquide est de l'alu minium plus pur. A<B>575'</B> C, l'aluminium liquide ne contient plus qu'environ 13 % Si en dissolution. Dans ce liquide sont unifor mément répartis en suspension les cristaux solides du silicium qui n'est plus dissous.
L'on peut, en employant des moyens appro priés, séparer la partie solide et obtenir, de cette manière, .à l'état liquide, un alliage Al-Si moins chargé en silicium que l'alliage initial. Toutefois, il est impossible, par re froidissement, d'abaisser la teneur en sili cium au-dessous de environ 13,8%. En effet, en abaissant encore la température, toute la masse se solidifie à 575 C en rejetant brus quement de l'état dissous une forte partie de silicium à l'état de cristaux libres dans l'alu minium solide.
A partir de cette température, une petite partie seulement de silicium (à 575- C c'est 1,65%, comme l'indique la courbe fi-. 2) est encore à l'état dissous dans l'aluminium solide,. le reste est à l'état cris tallisé dans ledit aluminium solide; malgré l'état solide, ce silicium dissous passe peu à peu à l'état cristallisé au fur et à mesure que la température s'abaisse.
Si l'on pouvait, à basse température, séparer de l'aluminium solide tout le silicium qui est cristallisé, on aurait résolu le problème d'avoir de l'alumi nium ne contenant qu'une faible quantité de silicium, celle qu'il contient à l'état de disso lution solide.
Les mêmes, ou presque les mêmes rai sonnements peuvent être appliqués aux sys tèmes de l'aluminium avec le fer et le titane.
Le métal extracteur doit aussi être faci lement séparable de l'aluminium qu'il dissout, par exemple soit par distillation (c'est le cas pour le zinc, le mercure, l'alliage zinc-cad- mium), soit par .électrolyse (c'est le cas pour l'étain), soit par dissolution métallurgique (dans le cas du traitement par l'étain, en re prenant l'étain par le plomb fondu).
Ce procédé est applicable notamment aux alliages d'aluminium obtenus soit par réduc tion, par charbon au four électrique, de bauxite ou autre minerai d'aluminium conte nant, naturellement ou par adjonction, des impuretés métalliques pouvant s'allier à l'aluminium, soit par réduction d'alumine en présence d'un métal d'alliage, ou son mi nerai, -à point d'ébullition plus élevé que ce lui de l'aluminium, tel que fer, silicium, titane ou leurs mélanges; il convient égale ment au traitement de vieux déchets d'alu minium., ou de ses alliages, ou des crasses des bains d'aluminium fondu.
Avant d'être soumis à l'action du métal extracteur décrit ci-dessus, les alliages tels que Al-Fe et Al-Si peuvent être enrichis en aluminium en les chauffant pour fondre et recueillir les composés eutectiques qui sont plus riches en Al, sans fondre le reste de la masse.
En choisissant comme métal de traite ment le zinc (point de fusion 419 C) ou l'étain (point de fusion 282 C), on obtient des alliages d'aluminium dont le point de solidi fication, variable suivant la proportion d'alu- minium, se rapproche de ceux donnés sur les courbes des fig. 3 et 4 (minimum 880 C pour le zinc et 228 C pour l'étain),
c'est- à-dire que la séparation de la partie liquide de ce bain peut se faire à une température très inférieure au point de fusion de l'alu- minium (660 C) et que, par conséquent, on n'aura à ces températures à l'état dissous dans le bain que des proportions très faibles de silicium et de fer. Les quantités d'impu retés en excédent qui ne sont pas solubles dans le bain à cette température sont reje tées à l'état solide, surnagent à la surface du bain et sont facilement enlevées.
Quand on prend par exemple le zinc comme métal d'extraction, il est intéressant de travailler tout près de son point de fusion 420 C (voir la courbe fig. 3) et même de descendre jusqu'à 380 C (point eutectique Zn-Al). On peut donc commencer l'extrac tion (c'est-à-dire l'enlèvement des impuretés solides surnageant à la surface du bain) à 420 C pour finir par refroidissement pro gressif du bain à 380 C.
En ajoutant du cadmium au zinc on abaisse la. température de fusion (un alliage Zn-Cd à 20% Cd fond au-dessous de 380 C) ; on diminue ainsi, il est vrai, le pouvoir dissolvant du bain pour l'aluminium, car le cadmium ne dissout pas ce dernier métal, mais on diminue aussi, avantageusement, la quantité de Fe et de Si qui @se dissolvent dans le bain.
En ajoutant donc du cadmium (voir plus loin exemple 2), l'aluminium extrait est obtenu en état plus pur, mais son prix de re vient augmente. parce que son pourcentage dans le métal extracteur diminue. Plus donc la température d'extraction est basse, plus l'aluminium est pur.
Dans le cas où l'on choisit l'étain comme métal du bain liquide d'extraction, il y a lieu de remarquer ce qui suit: Le point eutectique Sn-Al (voir la courbe fig. 4 dont la partie de droite est en outre représentée à plus grande échelle) se trouve tout près du côté Sn. Mais à cette température (229 C) l'étain ne dissout que 0,5 d'aluminium. La courbe de fusion du système monte ici vite et à 400 C, 3,5% d'Al seulement se dissolvent dans l'étain.
Pour mettre en aeuvre le procédé de l'in vention, on peut procéder de la façon sui vante Le taux d'impuretés étant imposé, on dé termine expérimentalement en s'aidant de diagrammes, tels que ceux représentés au dessin, le taux d'aluminium de l'alliage à former et la température de séparation à observer.
Ainsi, l'inventeur a remarqué qu'en tra vaillant dans certaines conditions les quan tités d'impuretés dissoutes dans le bain de traitement à une température T., inférieure au point de solidification de 1'A1, se rappro chait de celles qui existent en "dissolution solide" dans l'aluminium solide à ladite tem pérature T.. C'est-à-dire que tout se passe à peu près comme si le bain de traitement dissolvait, dans la matière première, la masse solide de l'aluminium uniquement avec les parts de ses impuretés qui sont dissoutes clans l'aluminium à l'état de solution solide,
en laissant de côté la part des impuretés qui est libre à. l'état cristallisé dans la masse solide d'aluminium et dans le restant de la. matière première. Si, après dissolution de l'alliage solide d'aluminium de la matière première dans lé bain de traitement, à une tempéra ture Tl, supérieure à T., avec formation d'un alliage non saturé en aluminium, on fait varier la température de cette masse liquide en l'abaissant de T, à T2, il y aura en géné ral dépôt d'une certaine quantité d'impuretés, sans dépôt d'aluminium.
Le liquide, amené à la température plus basse de T2, aura donc, dans sa partie liquide, la même composition que si l'extraction de l'aluminium de la ma- fière première par le bain de traitement s*était faite directement. à, cette tempéra ture T=.
On pourra. donc, amener. après extraction à température Tl, la. température du liquide à. la valeur plus basse T., correspondant à une proportion plus faible d'impuretés dis soutes et séparer alors du liquide la. part d'im puretés qui est rejetée à. l'état solide au sein de la masse liquide.
Le bénéfice de l'invention peut également être obtenu en faisant l'extraction à une température quelconque, même supérieure au point de fusion de l'aluminium, si on abaisse ensuite la température du bain à la valeur T2 à laquelle s'effectue l'extraction finale.
E;ze)ii.ple <I>1:</I> 20 g d'un alliage silieo-aluminium obtenu dans le four électrique et contenant environ 5570 d'aluminium, 409,1, de Si et<B>2,5%</B> de Fe ont été traités à. une température d'envi ron 380 C. avec 100g de zinc. La partie liquide contenait<B>5,37%</B> Al, 0,023% Si et 0,0045 % Fe. Après l'élimination du zinc par distillation, l'aluminium ainsi obtenu conte nait 0,43 % Si et 0,08 % Fe.
Exemple <I>2:</I> 20g d'un alliage Al-Si (même teneur et provenance que dans L'exemple 1) ont été traités à, une température au-dessous de 380 C. avec 100 - d'un alliage contenant <B>80%</B> Zn et 20% Cd. L'alliage Zn-Cd-Al, qui en résulta, contenait 4,26 % Al, 0,0016 Fe, 0,0043 % Si. L'aluminium contenait donc, après élimination du zinc et du cadmium, 0.10 % Si et 0,037 % Fe. E.z.eiiiple <I>3:</I> 40g d'un alliage Al-Si (comme dans l'exemple 1) ont été traités à. une tempéra ture de rouge sombre, environ 500 C, avec 100 @; d'étain. L'alliage obtenu contenait <B>17,2%</B> Al et<I>U%</I> Si.
L'extraction de l'alu minium de cet alliage peut se faire soit par électrolyse, soit par traitement avec du plomb liquide qui libère l'aluminium. <I>Exemple</I> 12 g d'un alliage silico-aluminium identi que.,à celui de l'exemple 1 ont été d'abord traités à une température d'environ 800 C (très supérieure au point eutectique <B>575'</B> C et même au point de fusion de l'Al 660' C) avec 100 g de zinc. L'alliage ainsi obtenu contenait<B>1,062%</B> Si, 0,020% Fe et 6,65 Al, ce qui correspond à un aluminium ayant comme titre:<B>85,99%</B> A1 avec<B>13,75%</B> Si et 0,26% Fe.
Après un refroidissement et une décanta tion à une température d'environ 390 C (très inférieure au point eutectique @ Al-Si, 575 C), une mousse métallique contenant la plus grande partie des impuretés surnageait et put ainsi être facilement séparée du reste de l'alliage.
Celui-ci. contenait maintenant 0,039 % Si et 0,001 % Fe, correspondant à un aluminium ayant comme titre 99,43%, contenant comme impuretés seulement 0,56 Si et 0,014% Fe. Ce résultat est très voisin de celui de l'exemple 1, exemple dans lequel la dissolution se faisait ià 380. Comme dans le cas précédent, le zinc est éliminé par dis- tillation.
<I>Exemple 5:</I> 20 g d'un alliage Al-Si-Fe contenant en viron 82 % Al, 13 % Si et 5 % Fe ont été traités avec 100 g de zinc à une température d'environ 500 C. L'alliage obtenu avec le métal extracteur contenait 8,28 % Al, 0,218 % Si et 0,0082 % Fe correspondant au titre de <B>97,33%</B> Al,<B>2,57%</B> Si et 0,095% Fe. Après une refonte répétée (trois fois) .à une tempé rature d'environ 400 C, l'alliage ne contenait que 0,09.93% Si et<B>0,0013%</B> Fe, donnant lieu, après distillation du zinc, à un alumi nium ayant comme titre 99,63 % avec 0,35 Si et 0,015 % Fe.
<I>Exemple 6:</I> 20 g de ferro-aluminium avec 60% Al, 35 % Fe et 3 % Si environ ont été traités à environ 600 C avec 100 g de zinc. L'alliage obtenu contenait 4,37% Al, 0,070% Fe et <B>0,0127%</B> Si, correspondant à un aluminium de<B>98,2470</B> avec<B>0,29%</B> Si et<B>1,57%</B> Fe. Après refonte et décantation à une tempéra ture voisine de 390 C, l'alliage ne contenait que 0,00557o Si et 0,0092% Fe, ce qui cor respond à un aluminium de 99,70%, conte nant comme impuretés seulement 0,11 5o Si et 0,19 % Fe.
<I>Exemple 7:</I> 30 g d'un alliage Al-Si-Fe identique à celui de l'exemple 5 ont été traités avec 100 g de zinc- @à environ 850 C. L'alliage ainsi formé contenait 2,48,12/0 Si, 0,252%' Fe et 17,89 % Al, correspondant donc -à un alumi nium au titre de 86,64% Al avec 12,13 % Si, et 1,23 % Fe. Après refonte à environ 440 C et décantation, le pourcentage de silicium s'est abaissé jusqu'à <B>0,282%</B> et celui de fer jusqu'à 0,019 %.
Le zinc a été ensuite éliminé par distillation, et l'aluminium restant dans, le four a eu comme titre 98,37 % Al et ses impuretés se composaient de 1,61 % de Si et 0,02 % de Fe.
D'une façon générale, si l'extraction est effectuée (à une température plus haute, l'alu minium obtenu par ce procédé contient des quantités plus importantes de fer ou de sili cium, ou de ces deux métaux simultanément. On peut donc, en variant la température de séparation, obtenir des alliages d'aluminium avec une teneur déterminée de Si ou de Fe.
On peut aussi obtenir des alliages d'alu minium avec les métaux du bain de traite ment en limitant l'élimination de ces derniers, par exemple en arrêtant la distillation du zinc ou du zinc-cadmium, ou en arrêtant la dissolution de l'étain par le plomb.
En pratiquant successivement les deux opérations ci-dessus, on obtiendra des allia ges contenant simultanément, outre une faible fraction des métaux des impuretés de la ma tière première, une partie de ceux du corps métallique de traitement ou métal extracteur.
Le procédé permet également de transfor mer les vieux déchets d'aluminium ou de ses alliages en aluminium commercialement pur. Il est également possible d'extraire par ce procédé des quantités relativement impor- tantes d'aluminium des crasses qui se forment pendant la fusion ou la refonte de celui-ci.
La distillation du métal d'extraction peut se faire soit dans des conditions habituelle, soit sous une pression réduite ou dans le vide, avec ou sans application d'une atmo sphère réductrice ou inerte.
L'alliage initial restant éventuellement. après l'extraction de l'aluminium dissous par le bain de traitement, alliage qui est riche en fer ou en silicium, ou en tous les deux, et appauvri en aluminium, ainsi que le ré sidu solide retiré du bain de traitement, peu vent être remis dans le four électrique avec l'alumine ou avec un minerai tel que la bauxite pour servir. à nouveau à la fabrica tion des alliages d'aluminium qui seront ensuite soumis au traitement conforme à la présente invention.