Procédé de fabrication simultanée de calcium et de silicoaluminium La présente invention concerne la préparation simultanée de calcium sous forme de métal et de silicoaluminium.
Le calcium métal est généralement obtenu par voie électrolytique à partir du chlorure de calcium. ou par voie aluminothermique sous vide à par tir de la chaux. Les silicoaluminiums sont générale ment préparés par voie électrothermique.
Les procédés d'élaboration du calcium susindi- qués ont tous des rendements défectueux, le procédé électrolytique en raison des pertes de métal, en par ticulier par dissolution dans le bain, le procédé alu- minothermique en raison de la formation nécessaire d'une scorie d'aluminate de chaux.
D'autre part il est connu que l'on peut, par dis tillation sous vide, séparer les constituants des allia- ges métalliques, dans la mesure où ces constituants forment une solution vraie à la température de l'opé ration et présentent des tensions de vapeur suffisam ment différentes.
Il est connu également que la présence de fortes affinités intermétalliques des éléments d'alliages limite le rendement de telles séparations par distillation.
Il est connu enfin que, dans le cas où des, affi- nités intermétalliques importantes empêchent la sépa ration des constituants d'un alliage, on peut déplacer favorablement l'équilibre de dissociation des compo sés définis en introduisant un troisième élément pré sentant pour l'un des constituants une affinité plus grande que celle qu'il manifeste, à la température considérée, vis-à-vis de l'autre.
En ce qui concerne les alliages Al/Ca et Si/Ca, les tensions de vapeur de l'aluminium et du silicium sont nettement plus basses, à toutes températures, que celles du calcium, ce qui laisserait prévoir une sépa ration possible du calcium des autres éléments de ces alliages..
Cependant chacun de ces systèmes: Al/Ca et Si/Ca présente, outre des composés. définis insta bles à température supérieure à 1000o C, des combi naisons stables à haute température qui sont respec- tivement CaAl., et CaSi. Les. enthalpies;
die formation de ces composés définis sont élevées et montrent l'un- portance des affinités entre A1 et Ca d'une part et Si et Ca d'autre part. Cette constatation limite aux seuls éléments libres dans l'alliage les possibilités de séparation envisagées ci-dessus.
Enfin le système Al/Si ne présente pas de combi naison, mais seulement, dans l'état liquide, une zone continue de solution de 0 à 100'% de chacun des constituants. On ne peut donc envisager un déplace- ment d'équilibre efficace par l'addition de l'un ou l'autre des métaux - Al ou Si - employé seul.
La présente invention permet d'éviter ces incon vénients. Elle consiste à soumettre à l'action de la chaleur; à une température de 13000 à 14000, sous une pression de 0,1 à 1 #t de mercure, un mélange de deux alliages: aluminium-calcium et silicium-cal- cium, de façon que la majeure partie au moins dlù calcium contenu dans la charge distille, et à recueillir le calcium métal qui distille sur un condenseur con venablement refroidi.
Dans les conditions qui seront indiquées plus loin le résidu fondu non vaporisé est alors constitué par un silicoaluminium ne contenant que très peu de calcium.
On peut prendre comme matière, d'une part les alliages aluminium-calcium, que fournit la réduction aluminothermique de la chaux à pression normale, et dont la teneur en calcium peut atteindre 25% en poids,
et d'autre part les alliages silicium-calcium électrothermiques dont la teneur est voisine de 30 à 33'0/0 de calcium. Ces derniers peuvent être obtenus par exemple par réduction de la silice par le carbone et le carbure de calcium, ou encore par réduction de la chaux par le silicoaluminium suivant le procédé décrit dans le brevet français N 834528.
Mais on pourrait aussi, pour améliorer la produc tion de calcium métal, partir d'alliages plus riches, tels que ceux que permet d'obtenir la méthode élec trolytique à partir des aluminates et silicates de chaux.
De toute façon, on peut ainsi extraire avec un excellent rendement le calcium contenu dans les alliages de ce métal avec l'aluminium et le silicium. Le mode opératoire peut être le suivant La charge convenablement broyée au module grain de blé est intimement mélangée et placée dans un creuset réfractaire lui-même introduit dans un four de distillation. Le vide étant assuré jusqu'à une pression de 0,1 à 1 u de mercure, on remplit le four d'argon soigneusement débarrassé d'azote et l'on vide à nouveau l'enceinte.
On procède ensuite au chauffage tout en maintenant l'aspiration pour assu rer le dégazage de la masse métallique - principa lement de l'alliage Al/Ca. Lorsqu'on a atteint une température de 1320/1350 C, pour une pression in térieure de 0,3 à 0,1 u, on maintient cet état pendant un temps déterminé, fonction de l'importance de la masse à traiter et des dimensions superficielles du bain métallique liquide. Par exemple, lorsqu'on uti lise un creuset réfractaire contenant une masse de 50 g de mélange, il suffit d'une heure pour réaliser l'opération.
Le chauffage est ensuite supprimé et, lorsque le four est suffisamment refroidi, on introduit l'argon jusqu'à ce que l'on obtienne une pression intérieure égale à la pression extérieure. Le four peut alors être ouvert et le condenseur retiré. Ce der nier retient le calcium déposé selon la structure basal tique propre au calcium distillé.
Le poids de métal recueilli et le dosage du cal cium restant dans le résidu fondu du creuset permet tent de calculer le rendement - matière de l'extrac tion. Dans les conditions indiquées il est compris entre 95 et 100%, le plus souvent d'environ 97 0/0.
Le métal recueilli sur le condenseur contient tou jours un peu d'aluminium dans des proportions com parables à celles que présente le calcium alumino- thermique obtenu sous vide. La teneur en silicium par contre est très faible, comme l'indiquent les exemples donnés plus loin. La contamination du cal cium par l'aluminium croît avec la température et pourrait être minimisée par une diminution de cette dernière, mais alors au détriment du rendement matière de l'extraction.
Selon les conditions économiques, on peut faire varier dans de grandes limites les proportions rela tives des alliages AI/Ca et Si/Ca afin d'extraire le plus possible de calcium métal de la matière première la moins coûteuse.
Les avantages présentés par le procédé selon l'invention sont les suivants 1) Une grande partie de calcium extrait provient de silicocalcium électrothermique facile à obtenir et généralement moins coûteux que l'aluminium- calcium.
2) La réduction aluminothermique de la chaux à la pression ordinaire et la distillation ultérieure sous vide de l'alliage obtenu sont plus économiques que l'opération de réduction aluminothermique sous pression réduite,
car le rendement matière de l'opération effectuée dans le four à vide est voisin de 100 % et non limité par la formation de scorie qui retient près de 60 % du <RTI
ID="0002.0073"> calcium et de l'aluminium introduits. L'opération aIumino- thermique à bas rendement matière est effectuée dans un appareillage rudimentaire aussi grand qu'on le désire. Il est, par contre, très coûteux et souvent impossible de construire de grands fours à pression très réduite.
3) Le résidu de l'opération est un silicoaluminium de haute valeur commerciale, utilisable pour la préparation des alliages légers de fonderie tels que ceux de la marque Alpax alors que la scorie aluminocalcique recueillie dans le procédé de réduction directe sous vide de la chaux par l'aluminium est, d'une part un résidu sans valeur, d'autre part une gêne pour la pratique du pro cédé, en particulier en raison de la destruction des creusets d'aeuvre.
On donne ci-dessous, à titre indicatif, deux exem ples de réalisation du procédé selon l'invention. <I>Exemple 1</I> La composition et l'origine des matières premiè res de base étaient les suivantes 1 - Alliage aluminium-calcium aluminothermique à teneur en Ca métal de 17,0 0,3 0/0 ; 2 - Alliage silicium-calcium électrothermique à teneur en Ca métal de 30,5 0,5 0/0 ; - Composition de la charge : AI/Ca : 64 0/0 ; Si/Ca : 36 0/0 ; - Poids de la charge: 50 g ; - Température de distillation<B>:</B> 1320,, C ; - Pression de distillation<B>:</B> 0,20 u de mercure ;
- Temps de distillation: une heure.
Les poids et les compositions des produits obte nus ont été les suivants 1 - Condensat de calcium<B>:</B> 10,5 g.
Teneurs en éléments autres que le calcium Si o/o = 0,17 Al'a/o = 1,60 2 - Résidu de silicoaluminium :38,5 g. Teneur en calcium retenu: 1,12%.
Le taux d'extraction du calcium était de 96,5 0/0. Les teneurs encore assez élevées en aluminium du calcium ainsi obtenu peuvent être abaissées en augmentant la proportion de silicocalcium dans la charge comme dans l'exemple suivant <I>Exemple 2</I> - Composition de la charge<B>:</B> Al/Ca : 40 % ; Si/Ca : 60,% - Poids de la charge<B>:</B> 50 g ; Poids et composition des produits obtenus 1- Condensat de calcium<B>:</B> 10 g.
Teneurs en éléments autres que le Ca Si o/o = 0,53 A10/0 = 1,l 2 -Résidu de silicoaluminium : 38 g.
Teneur en Ca de cet alliage<B>:</B> Ca'o/o = 5,20. Taux d'extraction du calcium: 84%.
En augmentant davantage la proportion de silico- calcium dans la charge, la teneur en aluminium du calcium distillé diminue encore, mais sa teneur en silicium augmente et le taux d'extraction diminue. Par exemple, si la charge est composée de 13,
% de Al/Ca et 87 % de Si/Ca, le calcium obtenu contient 1,75 % de Si et 0,
93 % d'Al et le taux d'extraction est abaissé à 69 0/0.
La composition de l'alliage silicium-aluminium obtenu comme résidu de la distillation dépend évi demment des proportions des alliages Al/Ca et Si/Ca dans la charge.