<B>Procédé pour la préparation du</B> magnésium <B>par réduction.</B> L'objet de la présente invention est un procédé pour la préparation du magnésium par réduction de matières contenant de la magnésie, cette réduction s'opérant au moyen d'un réducteur ne donnant pas de produits d'oxydation volatils.
Il est en effet connu que l'on peut prépa rer industriellement du magnésium par réduc tion à haute température de son oxyde - ou de corps en contenant - au moyen de réduc teurs donnant des produits .d'oxydation non volatils, tels par exemple que le silicium, l'aliuninium, le carbure de calcium, etc.
Dans le cas où le réducteur est le sili cium ou l'aluminium, et où le produit à ré duire est la dolomie calcinée, le terme de la réaction est constitué par une scorie de sili cate de chaux ou d'aliuninate de chaux, ou -un mélange de ceux-ci.
Le magnésium s'échappe à l'état de vapeur et est recueilli sur un condenseur approprié. Les premières réalisations industrielles ont été faites dans des cornues, dans lesquelles était chargé le mélange réactionnel, contenant le réducteur et la matière première à base de magnésie, tous deux préalablement pulvérisés et comprimés en pastilles.
La mauvaise conductibilité du mélange réactionnel limitait les dimensions de ces cor nues, dont la production ne dépassait pas 10 à 20 kg par opération. L'emploi de fours tournants a permis d'augmenter quelque peu la capacité de pro duction des unités, par suite du renouvelle ment des surfaces exposées au chauffage.
La construction de grosses unités de pro duction n'a pu être envisagée que lorsque l'on a utilisé la conductibilité électrique du mé lange réactionnel et des produits de la réac tion pour obtenir, par effet Joule, un chauf fage rapide et intense dans toute la masse.
Toutefois, le passage du courant à travers la masse solide de mélange réactionnel n'a, pu être envisagé pratiquement, car la conduc- tibilité électrique de celui-ci croît rapidement avec la température, et il est difficile d'obte nir un régime stable et d'éviter la fusion des produits de la réaction.
D'autre part, on a cherché à utiliser la stabilité que donnait le passage des calories dans la phase liquide, et à opérer la réaction au sein de cette phase; mais on a constaté, dans ce cas, que la vitesse de réaction était beaucoup moindre et, qu'en outre, l'épuise ment de la magnésie dissoute dans la phase liquide devenait lente.
Le procédé selon l'invention est carac térisé en ce qu'on amène en contact avec. la surface d'une scorie liquide un mélange pul- v érulent des corps réagissants en 'quantité telle que l'abaissement de température qu'en traîne ce contact pour la scorie liquide pro voque au plus une solidification partielle de la couche superficielle de cette scorie et un modeste ralentissement de la réduction.
On travaille de préférence de faon que la température de surface de la scorie reste su périeure à 1300 C.
Dans ces conditions, le mélange pulvéru lent qui flotte à la surface de la scorie fondue est porté instantanément à la température de réduction. Celle-ci est donc très rapide et elle a lieu presque entièrement avant que la charge soit dissoute dans la scorie fondue.
La chaleur à apporter au sein de la scorie fondue, pour la maintenir à l'état liquide, chauffer la charge pulvérulente et compenser l'endothermicité de la réaction, est obtenue de préférence par passage du courant électrique dans la scorie en utilisant sa conductibilité électrique aux températures de réaction.
Dans ce cas, le courant est amené au moyen d'élec trodes plongeant dans la scorie liquide et de préférence entièrement immergées dans cette scorie qui fonctionne à la fois comme résis tance de chauffage et comme vol'ânt calorifi que cédant une partie de sa chaleur à la charge pulvérulente.
De préférence, la scorie fondue est consti tuée en majeure partie, parfois même en to- talité, par les oxydes apportés par les matières premières out provenant de la réduction. La température de fusion d'une telle scorie est voisine de 1350 .
La quantité de mélange: réducteur, corps contenant de la magnésie, que l'on fait arriver en une seule fois à la surface d'une quantité déterminée de scorie fondue, est comprise de préférence entre 10 à 18 % du poids de la scorie fondue suivant que la température de cette scorie varie elle-même de 1500 à 1650 C.
Lorsque les électrodes d'amenée de cou rant sont entièrement immergées dans la sco rie fondue, la température de travail de la scorie n'est limitée que par la température d'oxydation des :électrodes en graphite par la magnésie dissoute. Or, dans le procédé sui vant l'invention, la réduction de la magnésie s'opère en phase solide au contact de la scorie fondue qui ne dissout en pratique que les oxydes résultant de la réduction: alumine, si- lice, chaux et très peu de magnésie; la tempé rature de travail peut donc s'élever jusqu'à 1650 C sans qu'il y ait formation de carbone.
On peut se baser sur la formule suivante
EMI0002.0026
T étant la température de travail. de la scorie quelques instants avant la chute du mélange er P le point de fusion de la scorie. On peut tolérer, pour les valeurs de poids de mélange déterminées par cette formule, des écarts allant jusqu'à 30 /o; il est préférable toutefois qu'ils ne dépassent pas 10 /o.
Par exemple, si le point de fusion de la scorie est de 1350 C, on peut donc avoir:
EMI0002.0036
c'est-à-dire que pour -Lin poids de scorie fon due de 1500 kg, le poids de mélange chargé en une seule fois devrait être de:
EMI0002.0039
le:: écarts par rapport à cette valeur ne dé passant pas 27 kg.
Pour une température de travail de 1500 C, on aurait:
EMI0002.0041
soit pour 1500 kg de scorie un poids de mé lange par charge de 150 kg avec écart maxi mum de 15 kg.
Lorsqu'on maintient la communication entre le récipient contenant la scorie et la pompe à vide pendant le chargement, une pe tite quantité de la poussière chargée est en traînée vers le condenseur et vient souiller la. magnésium recueilli. L'alimentation par charges discontinues suffisamment espacées permet de fermer la communication avec la pompe à vide au moment de la chute du mé lange pulvérulent sur la scorie liquide et pen dant 2 oui 3 minutes après pour éviter tout entraînement de poussière vers le condenseur.
Un mode avantageux de mise en couvre du procédé consiste à utiliser un four étanche comprenant une cuve de réaction constituée par un récipient en tôle refroidi extérieure ment 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 préférable de charger une quantité suffisante de scorie pour que, après fusion de celle-ci, les électrodes soient immergées. Le bain de scorie fondue étant formé, on main tient sa température, par effet Joule, en ré glant soit l'écartement des électrodes, soit la tension qui est appliquée entre elles, par exemple à l'aide d'un transformateur à vol tage variable.
Lorsque la scorie fondue atteint la tempé rature de travail, on verse- sur sa surface la première charge de mélange réducteur magné sie ou corps en contenant, calculée comme indiquée ci-dessus; la vapeur de magnésiLUn commence à se dégager et va se condenser de préférence à l'état ' liquide. Lorsque toute 1a magnésie a été réduite, on laisse tomber une nouvelle charge et ainsi de suite. Lorsque le niveau de scorie liquide atteint la partie su périeure de la cuve, on évacue une partie de la scorie en conservant dans la région infé rieure de la cuve une quantité suffisante 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 20 et 100 mm de mercure est recommandé, car il permet d'opé rer la réduction avec une bonne productivité du four et un rendement de condensation voi sin de l'unité, toute en récupérant le magné sium à l'état liquide.
On peut aussi condenser le métal à l'état solide.
On utilise, de préférence, un des mélanges suivants:
EMI0003.0034
(I)
<tb> Ferro-silicium <SEP> à <SEP> 75 <SEP> % <SEP> de <SEP> Si <SEP> 15%
<tb> Dolomie <SEP> calcinée <SEP> à <SEP> 34 <SEP> % <SEP> de <SEP> <B>MgO</B> <SEP> 85 <SEP> 0/ô (II)
<tb> Ferro-silicium <SEP> à <SEP> 75 <SEP> 0/0 <SEP> de <SEP> Si <SEP> 17,6%
<tb> Dolomie <SEP> calcinée <SEP> à <SEP> 34 <SEP> % <SEP> de <SEP> <B>MgO</B> <SEP> 73,3%
<tb> Magnésie <SEP> .
<SEP> 9,10/0.
<tb> (III)
<tb> Ferro-silicium <SEP> à <SEP> 75 <SEP> % <SEP> de <SEP> Si <SEP> <B>11,01/0</B>
<tb> Silico-aluminium <SEP> à <SEP> 33/45 <SEP> 0/0 <SEP> <B>8,00/0</B>
<tb> Dolomie <SEP> calcinée <SEP> à <SEP> 34 <SEP> % <SEP> de <SEP> <B>MgO <SEP> 67,0%</B>
<tb> Magnésie <SEP> 14,0% Un four pour la mise en couvre du pro cédé selon l'invention est représenté, à titre d'exemple, dans Punique figure du dessin annexé." Cette figure montre un four, formé par une cuve en fer F. Ce four est alimenté en courant triphasé par 6 électrodes horizon- tales en graphite E.
La cuve est surmontée d'une virole conique V, garnie intérieurement de réfractaire Vi, et fermée par un bouchon B également -aalorifugé. La virole conique est raccordée à une chambre de condensation cy lindrique, avec un condenseur axial C, en fer, refroidi par une circulation 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. Une gouttière G conduit le métal dans une marmite calorifugée 1V1. L'alimentation en énergie électrique est faite en basse tension, réglable entre 50 et 11.0 volts. La puissance peut être portée à 120 et même 150 kW, don nant une production de 12 à 15 kg de magné sium à l'heure. Le premier démarrage se fait à l'arc, entre une électrode mobile, passant par le trou de coulée S et l'électrode opposée.
La coulée de l'excédent de scorie épuisée, oui n'est pas nécessaire pour l'opération sui- vante, est faite par l'orifice latéral S, par exemple toutes les 24 heures. Dans le cas ou l'on opère sous pression réduite, on doit casser le vide pour cette coulée, et on en profite pour évacuer le magnésium récupéré en 11'I et pour regarnir d'une nouvelle charge de matières réactionnelles les silos ou tré mies étanches T reliées aux tubes T1,
servant à l'introduction de ces matières réactionnelles dans le four. On peut aussi, s_ cela est nécessaire, nettoyer le con- denseur C 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 limette L. Le refroidissement de la cuve P est assuré par une rampe de rais- sellement R, alimentée d'eau. Une couche de scorie D vient se solidifier à l'intérieur de la paroi de la cuve F et en assure la calorifuga- ti on.
Exemple: Le bain de scorie a la composition sui vante: . SiO2 25 à 3011/o A1203 15 à 201/o Ca0 45 à 501/o Mg0 0 à 511/0 1500 kg de cette scorie se trouvent dans la cuve P recouvrant complètement les électro des d'amenée de courant.
Les trémies T sont remplies d'un mélange contenant: 18 % silico-altuninium à 60 % Si et 30 % Al 66 % de dolomie décarbonatée à 34 % de MgO 16 %
de magnésie à 90 % de MgO le tout broyé de façon à passer au tamis à maille 50.
Le courant de chauffage arrive par les électrodes E; lorsque la température de la <B>D</B> scorie fondue attennt 1500 C, et le vide 25 mil limètres de mercure, on ferme le robinet H pour isoler la cuve de la pompe à vide; puis on ouvre la vanne U et on laisse tomber 150 kg du mélange ci-dessus à la surface de la scorie fondue; on referme Ü et 3 minutes après, on ouvre H. Le vide remonte rapidement à 25 millimètres de mercure. Au contact de la, charge froide, la température de la scorie s'est abaissée à 1350 C, la réduction commence im médiatement dans le mélange solide, le ma gnésium se dégage et va se condenser en C.
Les produits de la réaction silice, alumine, chaux s'incorporent au fur et à mesure à la scorie fondue. Lorsque tout le magnésium est dégagé, et que la température de la scorie est remontée à 1500 C, une nouvelle addition de mélange peut être effectuée.
L'opération est répétée jusqu'à ce que la cuve P soit remplie de scorie fondue, ce qui demande 22 heures environ. On casse alors le vide et on coule la scorie en excès en enlevant. le tampon qui ferme l'orifice S. On ouvre la marmite DI, dont on sort un lingot de 270 kg de métal; on récupère 30 kg de métal solide sur le condenseur C. Après avoir rempli de mélange les trémies T, on ferme les orifices du four et on procède à une nouvelle opéra tion.