Procédé et appareil pour la fabrication du calcium On prépare ordinairement le calcium électro lysant son chlorure CaC12. Ce sel doit être amené au préalable à un très grand état de pureté et la consommation d'énergie électrique est importante, ce qui augmente sensiblement le prix du métal.
On sait que le carbure de calcium CaC2 se dis socie en ses éléments à haute température avec combustion du calcium à l'air. Le carbure de cal- cium est fabriqué industriellement au four élec trique dans des conditions économiques, il parait donc possible d'obtenir du calcium par dissociation de son carbure à un prix plus favorable que par l'électrolyse du chlorure de calcium.
Mais dès qu'on essaie de réaliser ce procédé à l'échelle industrielle, on se heurte à des difficultés provenant des concré tions qui se déposent en divers points du four, em pêchent la circulation des matières premières et obstruent les canalisations de sortie des vapeurs de calcium produites.
La présente invention concerne un procédé de fabrication du calcium métallique par décomposition thermique, sous vide, du carbure de calcium, carac térisé en ce qu'on chauffe ce dernier chargé en grains de 3 à 15 mm disposés en couche, à une température comprise entre 1400 et 1700 C, avec condensation fractionnée des concrétions de chaux et carbure de calcium entre 11000 et 12000 C, puis du calcium métallique, par refroidissement. De préférence, les grains de carbure CaCz sont disposés en couche de 3 à 10 cm d'épaisseur.
En outre, l'invention concerne un appareil pour la réalisation du procédé susmentionné, qui est carac térisé en ce qu'il est disposé verticalement et de façon rectiligne, la circulation des matières et des vapeurs se faisant du haut vers le bas. Le procédé est réalisé en deux phases 1 o Dans la première phase, la réaction prépon dérante est la réduction de la chaux, toujours présente dans le carbure de calcium du com merce, conformément à la réaction CaO -I- C = CO -I-- Ca Pendant cette phase, la pression est de l'ordre de 1 à 3 mm de mercure.
Les condensats obtenus consistent en concrétions composées de CaO, CaC2 et C résultant de l'attaque de la vapeur de calcium par CO ;ils se dé posent dans une première zone de conden sation entre 1100 et 1200 C.
20 Lorsque la chaux contenue dans le carbure est à peu près complètement éliminée, la réaction de décomposition du carbure de vient prépondérante, la pression tombe dans le four à quelques centaines de microns et le calcium se condense dans une deuxième zone de condensation sur une surface refroi die.
Pour réduire l'importance de la première phase qui représente un temps mort pour la production, on peut choisir, comme matière première, du carbure de calcium aussi pur que possible, par exemple le carbure pour soudures à 90-92 % de CaC2.
La production horaire est d'autant plus impor tante que la température est plus élevée ; on adopte donc la température maxima compatible avec le matériel dont on dispose. Cette température doit être maintenue aussi uniforme que possible dans toute la zone de décomposition du carbure. Il y a intérêt à resserrer les dimensions extrêmes des grains de carbure introduits dans le four, les dimensions préférées étant de 7 à 10 mm. On mé nage ainsi, dans la colonne de CaC2, des vides suf fisants pour permettre une évacuation rapide des gaz résultant de la réaction.
Le calcium brut, fabriqué par le procédé ci- dessus, peut être redistillé à 850-9000 C sous vide poussé ; on obtient ainsi du calcium pur.
L'appareil utilisé de préférence est disposé de façon rectiligne pour éviter toute perte de charge dans la circulation des vapeurs. On rencontre donc successivement, en descendant: le four surmonté de sa trémie de chargement, puis la zone de conden sation à 1200() C où s'arrêtent les concrétions, enfin la zone de condensation, d'ordinaire refroidie à l'eau dans laquelle se condense le calcium. La partie condensation est, de préférence, amovible pour pou voir être séparée du four et permettre l'extraction du calcium produit et l'évacuation du graphite rési duel.
La figure jointe représente une forme d'exécution préférée de l'appareil.
Dans cette figure, 1 est la trémie de chargement formant sas, dont la contenance est au moins égale à celle du four. Cette trémie comporte des moyens (non représentés) pour faire le vide et introduire un gaz inerte. 2 est l'enceinte extérieure du four étanche au vide, en tôle d'acier. 4 est une enceinte en matière réfractaire, et 3 le revêtement calorifuge. 5 est une enceinte étanche en graphite compact, évitant tout contact entre les vapeurs de calcium et le réfractaire 4 qu'elles attaqueraient.
Dans l'inter valle laissé vide entre 4 et 5, on peut disposer des résistances de chauffage 6, de préférence en graphite, et branchées chacune sur une phase différente du réseau par l'intermédiaire de transformateurs régla bles indépendamment pour chaque phase. On peut ainsi uniformiser parfaitement la température dans l'enceinte du four, condition indispensable pour éviter les condensations parasites dans les zones les plus froides.
En variante, on peut utiliser l'enceinte 5 en gra phite comme résistance de chauffage ou comme se condaire d'un four à induction.
7 est un collecteur à gaz en graphite fermé à sa partie supérieure et percé de trous inclinés vers le haut pour le passage des gaz. Ce collecteur est mobile et peut être abaissé au moyen du dispositif 8 pour évacuer le graphite résiduel de la décomposition du carbure de calcium.
Les grains de carbure de calcium se trouvent en 10, dans l'intervalle entre l'enceinte 5 et le collec teur 7 ; l'épaisseur de la couche de carbure ainsi formée est au maximum de 10 cm. La colonne de carbure de calcium en grains est surmontée en 9 d'une charge de quelques centimètres de graphite fin (1 à 4 mm) qui crée une perte de charge suffi sante pour éviter le passage des vapeurs vers le haut. La partie inférieure 11 du collecteur à gaz 7 a une forme évasée, de façon à maintenir en place la colonne de carbure de calcium.
Au-dessous du four proprement dit, mais tou jours à l'intérieur de l'enveloppe réfractaire 4, se trouve la zone 12 de condensation des concrétions. La température de cette zone est entre 1100 et 1200,) C. A sa partie inférieure, se trouve un écran 13, en tôle de fer remplie de réfractaire, dont le rôle est de diminuer les pertes de calories vers le bas, tout en canalisant les vapeurs de calcium vers la partie centrale et les résidus de graphite vers la zone périphérique.
14 est la zone de condensation du calcium re froidie à l'eau par un serpentin 15. Une double enveloppe forme une partie annulaire 17 dans la quelle viennent tomber les grains de graphite 19, résidus de la décomposition thermique du carbure de calcium. L'extrémité inférieure du condenseur est reliée à la pompe à vide (non représentée) par le tube 18.
L'ensemble du condenseur est fixé par des bridés à l'enveloppe en tôle 2 du four, et peut être démonté pour extraire le calcium 16 qui y est déposé.
<I>Exemple</I> Le fonctionnement est le suivant Le four est en régime de température à 15000 C dans la zone de dissociation, sous 2 mm de mercure. Il contient, en 10, 50 kg de grains de 7 à 10 mm de carbure à 75 % CaC2. La première phase du procédé:
réduction de la chaux et dépôt des concré tions dans la zone 12, dure environ deux heures trente, le vide tombe alors à 200 mus dans le four et à 30 mus dans la zone de condensation 14, à cause de l'effet de getter de la vapeur de calcium. On peut arrêter la pompe à vide qui ne débite plus. Lorsque le carbure est entièrement décomposé, ce qui demande environ douze heures, on abaisse le collecteur 7, de façon à libérer le graphite résiduel qui tombe en 19. On remonte le collecteur 7, on introduit de nouveau dans l'espace annulaire 50 kg de carbure de calcium et on recommence l'opération.
On peut ainsi décomposer successivement autant de charges que le permet la contenance du conden- seur 14 et de la zone à résidus 17. Lorsqu'ils sont pleins, on casse le vide en introduisant de l'argon dans le four et on démonte le condenseur. L'ouver ture du four étant située à la partie inférieure, l'argon empêche la pénétration de l'air pendant qu'on extrait le calcium condensé et le graphite résiduaire. On remonte ensuite le condenseur.
Après trois chargements successifs, on recueille 60 kg de calcium brut qui permet d'obtenir, après distillation sous vide, 45 kg de calcium pur, ne contenant que 0,1 % de CaC2.