Procédé de fabrication du magnésium par réduction à haute température. Il est connu que l'on peut obtenir indus triellement du magnésium par réduction à haute température de son oxyde - ou de corps en contenant - au moyen de réduc teurs donnant des produits d'Oxydation 110n volatils, tels que le silicium, l'aluminium, le silieo-aluminium.
Dans le cas où le réducteur est. le silicium ou l'aluminium, et où le produit. à réduire est la dolomie calcinée, le terme de la réaction est constitué par une scorie de silicate de chaux ou d'aluminate de chaux, ou un mé- laTTge de ceux-ci.
Le nla-nésium s'échappe à l'état. de vapeur et est recueilli sur un condenseur approprié.
On a proposé diverses méthodes pour favoriser une telle réduction. Tous les pro cédés connus dans ce domaine font. appel à des réactions entre solides, la matière pre mière étant toujours portée à la température de réaction et réduite en phase solide. Il s'en suit les inconvénients suivants 1. Nécessité de mélanger intimement les matières réactionnelles pour accélérer la réac tion et la rendre suffisamment complète.
2. Impossibilité d'accroître l'épaisseur de la masse réactionnelle au-delà de quelques décimètres, par suite de la difficulté de faire pénétrer assez rapidement les calories dans cette masse peu conductrice et de permettre une évacuation rapide des vapeurs de magné sium formées.
3. Obligation d'évacuer des résidus qui sont à l'état. solide.
Pratiquement ces difficultés ont eu les conséquences suivantes: a) elles ont. rendu indispensable une pré paration mécanique poussée des matières, en particulier une agglomération compliquée et coûteuse du mélange réactionnel; b) elles ont. rendu industriellement irréali sable une marche continue du four de réduc tion, et nécessité de faire la réduction sous un vide très poussé pour abaisser la tempé rature de marche; c) elles ont rendu impossible la cons truction d'unités de production de plus de quelques centaines de kilos par opération.
Ainsi, on a. employé le plus souvent des cornues fixes de faible capacité, tandis que l'emploi de fours tournants permettait de construire des unités de production un peu plus grandes, au prix d'autres inconvénients: étanchéité moins bonne, métal souillé de pous sières.
La. présente invention a pour but de remé dier, au moins partiellement, à ces inconvé nients. Elle comprend un procédé de fabrica tion de magnésium par réduction à haute température de corps contenant de l'oxyde de magnésium au moyen de réducteurs donnant. des produits d'oxydation non volatils, carac térisé en ce que l'on effectue cette réduction dans un four en versant les corps contenant de l'oxyde de magnésium et le réducteur dans de la scorie, provenant de la réduction, main tenue à l'état liquide.
Il a en effet été observé que la magnésie se dissout très rapidement dans cette scorie maintenue à l'état liquide et que la réduction de la magnésie y progresse très rapidement, la teneur en magnésie de la scorie pouvant être alors abaissée à une valeur très infé rieure à celle obtenue dans les techniques précédemment en usage.
On remarque en outre que la. formation de bulles de vapeur de magnésium an sein de la scorie entraine un bouillonnement du bain, qui accélère la. réaction et provoque le déga gement rapide de la vapeur métallique.
L'introduction des corps contenant de l'oxyde de magnésium et du réducteur peut être faite simultanément ou successivement dans la scorie maintenue à l'état liquide.
La chaleur à apporter au sein du bain fondu, pour maintenir celui-ci à l'état liquide et compenser l'endothermicité de la réaction, peut être obtenue par effet Joule, le bain fondu ou la scorie résiduelle étant conduc teurs de l'électricité aux températures de réaction.
Un mode avantageux de réalisation con siste alors à utiliser un four étanche compor tant une cuve de réaction constituée par un récipient en tôle refroidi extérieurement et dans lequel pénètrent les électrodes.
Pour le premier démarrage du four, on charge dans la cuve la scorie à fondre, par exemple un silico-aluminate de chaux pouvant provenir d'une opération antérieure, et l'on utilise les dispositifs classiques de fusion électrothermique, par exemple le démarrage à l'are entre électrodes. Il est possible d'em ployer également un résistor chauffé électri quement, ou encore une cartouche alumino- thermique, ou tout autre moyen permettant d'obtenir la fusion de la masse.
Il est avantageux de charger une quantité suffisante de scorie pour que, après fusion de celle-ci, les électrodes soient. immergées. Une fois formé le bain de scorie fondue, on main tient. sa température par effet Joule, en réglant soit l'écartement des électrodes, soit. la tension qui est appliquée entre elles, et l'on y verse les éléments du mélange réaction nel, de préférence de facon continue.
La réduction commence dès l'arrivée de ces éléments dans la scorie et se poursuit tan dis que le niveau de la masse liquide monte dans la cuve. Lorsqu'il atteint la partie supé rieure de celle-ci, on interrompt l'arrivée du mélange pendant qu'on évacue une partie de la scorie, en conservant dans la région infé rieure de la cuve la quantité voulue pour que les électrodes restent immergées.
Le procédé selon la présente invention peut être appliqué sans faire appel aux pres sions réduites. On obtient toutefois une meil leure productivité du four, ainsi qu'une moin dre consommation d'énergie électrique, en opérant sous pression réduite. L'emploi de pressions comprises entre ?0 et.<B>100</B> mm de mercure est recommandé, car il permet d'opé rer la réduction à une température inférieure à 1600 , avec une bonne productivité du four et un rendement de condensation voisin de l'unité, tout en récupérant le magnésium à l'état liquide.
On peut opérer aussi à des températures et pressions inférieures et récupérer le métal à l'état solide.
On utilise, de préférence, un des mélanges suivants:
EMI0002.0016
I. <SEP> Ferro-silicium <SEP> à <SEP> 75 <SEP> % <SEP> de <SEP> Si <SEP> 15 <SEP> 0/0
<tb> Dolomie <SEP> calcinée <SEP> à <SEP> 34 <SEP> 1/o <SEP> de <SEP> <B>MgO</B> <SEP> 851/o
<tb> II. <SEP> Ferro-silicium <SEP> à <SEP> 75 <SEP> % <SEP> de <SEP> Si <SEP> 17,6,%
<tb> Dolomie <SEP> calcinée <SEP> à <SEP> 31% <SEP> de <SEP> <B>MgO</B> <SEP> 73,31/o
<tb> Magnésie <SEP> 9,1%
<tb> III.
<SEP> Ferro-silicium <SEP> à <SEP> 75 <SEP> % <SEP> de <SEP> Si <SEP> <B>11,01/0</B>
<tb> .Silico-aluminium <SEP> à <SEP> 33145 <SEP> % <SEP> <B>8,01/0</B>
<tb> Dolomie <SEP> calcinée <SEP> à <SEP> 34 <SEP> % <SEP> de <SEP> <B>MgO</B> <SEP> 67,0%
<tb> Magnésie <SEP> 14,01/o Le dessin ci-joint représente, à titre d'exemple, sur les fig. 1, ? et 3, en une vue en coupe verticale, des fouis permettant la réalisation du procédé selon l'invention. Dans l'exemple de réalisation représenté sur la fig. 1, le four est un four monophasé avec électrode mobile E et sole conductrice S en charbon.
On produit le démarrage en fai sant passer le courant entre la sole et l'élec trode au moyen de quelques grains de char bon, et de préférence en présence de scorie résiduelle provenant d'une opération anté rieure. On introduit par le tube A la masse réactionnelle en pastilles ou en poudre; celle-ci devient rapidement conductrice et. participe su passage du courant. La scorie formée l'est. aussi et l'on peut donc opérer en régime nor mal en chargeant le four de telle manière que l'électrode soit immergée dans le lit de scorie fondue. La scorie épuisée est évacuée par l'orifice 0, tandis que le magésium se con dense en C.
Le pourtour du creuset est. muni d'une réfrigération R par circulation d'eau, de façon à provoquer la formation d'un auto- garnissage de scorie solidifiée.
Le four est. étanche grâce à un dispositif de fermeture P et est maintenu en légère pression pendant les manoeuvres d'alimenta tion ou de vidange au moyen d'un appoint de gaz inerte (H2<B>OU CH-).</B>
Dans l'exemple de réalisation représenté sur la fig. \?, on opère dans un four triphasé fonctionnant sur les mêmes principes. La sole constitue le neutre.
Dans la forme de réalisation représentée sur la fig. 3, un four, formé par une cuve en fer F1, est alimenté en courant triphasé par six électrodes horizontales en graphite E1. La cuve est surmontée d'une virole conique V, garnie intérieurement de réfractaire V1, et fermée par un bouchen V2, également calori fugé. La virole conique est raccordée à une chambre de condensation cylindrique, avec un condenseur axial, Cl, en fer, refroidi par une eirculation d'eau.
La partie inférieure de la chambre de con densation est agencée de manière à, permettre l'évacuation du magnésium à l'état liquide. Le magnésium se dépose d'abord à l'état solide, et., quand le condensat a une épaisseur suffisante, la température de sa surface atteint 650 et le magnésium se liquéfie et ruisselle jusqu'à la partie inférieure de la chambre de condensation. Les variations du débit de vapeur métallique n'affectent pas le rendement de condensation, mais font seu lement varier l'épaisseur de la couche de métal solide. Une gouttière C2 conduit le métal dans une marmite calorifugée C3. L'alimentation en énergie électrique est faite en basse tension, réglable entre 50 et 110 volts.
La puissance peut être portée à 120 et même 150 k<B>W</B>, donnant une production de 12 à 15 kilos de magnésium à l'heure. Le premier dé marrage. se fait à l'arc, entre une électrode mobile, passant par le trou de coulée 01, et l'électrode opposée.
La coulée de l'excédent de scorie épuisée, qui n'est pas nécessaire pour l'opération sui vante, est faite par l'orifice latéral 01, par exemple toutes les 24 heures. Dans le cas où l'on opère sous pression réduite, on doit casser le vide pour cette coulée, et on en profite pour évacuer le magnésium récupéré en C3, et pour regarnir d'une nouvelle charge de matières réactionnelles les silos ou trémies étanches A2 qui alimentent les vis A1, ser vant à l'introduction de ces matières réac tionnelles dans le four. On peut aussi, si cela est nécessaire, nettoyer le condenseur C1 et retirer le métal solide qui s'y trouve.
Pendant la marche du four, la tempéra ture est. contrôlée par un pyromètre optique à. travers la lunette V3. Le refroidissement de la cuve F1 est assuré par une rampe de ruissellement R1, alimentée d'eau. Une couche de scorie D vient se solidifier à l'intérieur de la paroi de la cuve F1 et en assure la calorifugation.
<I>Exemple 1:</I> On charge dans les trémies (fig. 3), au nombre de trois, 2 tonnes du mélange 1 contenant 0,3 tonne de ferrosilicium à 75% Si et 1,7 tonne de dolomie calcinée à 34 % MgO, le tout préalablement broyé de façon à passer au tamis à maille 50.
La scorie ayant été coulée jusqu'au niveau de l'orifice 01, on ferme les orifices du four et l'on fait le vide, tandis que l'on met en marche les vis d'alimentation; la vitesse de celles-ci est réglée pour que les trémies soient vidées en 22 heu res, et l'on règle la puissance du four pour maintenir la température du bain entre 1500 et 1550 C, tandis que le vide, mesuré à la sortie de la chambre de condensation, est maintenu au voisinage de 25 mm de mer cure. On constate un bouillonnement impor tant du bain de scorie liquide, dû au dégage ment rapide des vapeurs métalliques.
Une fois l'opération terminée, on casse le vide et l'on coule la scorie en excès en enle vant le tampon qui ferme l'orifice<B>01.</B> On recueille ainsi 1,7 tonne environ d'une scorie fondue titrant 4,5 % de MgO.
D'autre part, on ouvre la marmite C3 et on- en sort un lingot de 270 kg de métal. On sort également le condenseur Ci, sur lequel restent environ 30 kg de métal solide. Le con- denseur est remis en place après récupération du métal. On ferme les orifices du four et on procède à une nouvelle opération.
<I>Exemple</I> On opère de la même façon que dans l'exemple 1, mais en utilisant le mélange II. Ce mélange étant plus riche en magnésie, il suffit, pour 22 heures de fonctionnement con tinu, de 1,7 tonne, soit 299,2 kg de ferro-sili- cium à 75 0/0 -Si, 1246,1 kg de dolomie calcinée à 34 % de MgO et 154,7 kg de magnésie.
<I>Exemple 3:</I> Avec le mélange III, il suffit de 1570 kg soit 172,7 kg de ferro-silicium à 75 0l0 Si, 12'5,6 kg de silico-aluminium à 33/45 0/0, 1051,9 kg de dolomie calcinée et 219,8 kg de magnésie. Le mélange, préalablement broyé de façon à passer au tamis à mailles de 50, est réparti entre les trois trémies, et l'opéra tion se poursuit comme dans l'exemple 1. La scorie évacuée en fin d'opération est un mé lange de silicate et d'ahuninate de chaux.