Procédé de fabrication de l'aluminium On sait que le nitrure d'aluminium peut être dis socié à température élevée suivant l'équation
EMI0001.0003
2 <SEP> AIN <SEP> = <SEP> 2 <SEP> A1 <SEP> + <SEP> Nz
<tb> solide <SEP> gaz On a déjà proposé de fabriquer de l'aluminium en utilisant cette réaction et en condensant la vapeur d'aluminium obtenue; mais en pratique, ce procédé n'a pas pu se développer industriellement, car on recueillait de l'aluminium très impur souillé de nitrure et de carbure d'aluminium ainsi que d'alu mine. D'autre part, une partie du métal se trouvait à l'état très divisé et de ce fait difficile à récupérer.
Le rendement en aluminium de qualité commerciale était donc médiocre, ce qui enlevait toute valeur industrielle au procédé.
La présente invention permet d'éviter ces incon vénients.
La dissociation du nitrure d'aluminium commence au-dessus de 2200 C sous la pression d'une atmo sphère ; il y a donc intérêt à opérer sous vide ; les recherches ont permis d'établir une formule appro chée reliant la pression totale de dissociation à la température
EMI0001.0007
Dans cette formule, p représente la pression en milli mètres de mercure et T la température absolue en degrés Kelvin. Le logarithme est à base 10.
Le présent procédé de fabrication de l'aluminium par décomposition du nitrure d'aluminium, conte nant du carbone et de l'aluminium est donc carac térisé en ce qu'on travaille à une pression inférieure ou égale à 40 mm de mercure et à une température inférieure ou égale à 2000 degrés centigrades, en évitant, tout contact entre du carbone d'une part, le nitrure et les gaz de décomposition d'autre part, et en arrêtant les, concrétions carbonées avant la zone où l'aluminium est condensé à l'état liquide.
Lors de la décomposition sous vide du nitrure d'aluminium le cyanure AICN se forme gazeux par simple contact entre AIN et le carbone aux tempé ratures supérieures à 15000 C.
Or le nitrure d'aluminium technique préparé par action de l'azote sur un mélange d'alumine et de carbone contient toujours un peu de carbone et d'alumine.
Il est donc avantageux à utiliser, pour la disso ciation, un nitrure d'aluminum contenant le moins possible de carbone et à éliminer tout contact entre le carbone et le nitrure à dissocier pour éviter la formation d'AICN, car le cyanure d'aluminium monovalent réagit ensuite avec l'aluminium gazeux au cours du refroidissement, suivant l'équation
EMI0001.0021
3 <SEP> AICN <SEP> + <SEP> 4 <SEP> Al <SEP> = <SEP> A14q <SEP> + <SEP> 3 <SEP> AIN
<tb> gaz <SEP> gaz en provoquant la formation de dépôts carbonitrurés sous forme de concrétions brunes très dures,
qui représentent une perte pondérale de 5,25 points d'aluminium par point de carbone. Il n'est donc pas possible d'obtenir un rendement en aluminium satis faisant lorsque le nitrure à dissocier contient du car bone en quantité appréciable.
Les recherches ont montré qu'il existe une autre cause de formation du cyanure d'aluminium mono valent AICN par action du sous-oxyde A40 à l'état de vapeur sur le carbone en présence d'azote sui vant l'équation
EMI0001.0029
A120+3 <SEP> C+Nz=2 <SEP> AICN+CO
<tb> gaz <SEP> gaz Cet AICN absorbe également de l'aluminium pour former des concrétions de A14C3 et AIN.
Comme il a été indiqué plus haut, le nitrure technique contient avec le carbone un peu d'alu- mine qui se transforme en A10 au cours de l'opéra tion de dissociation du nitrure aux dépens de l'alu minium libéré, suivant l'équation
EMI0002.0001
A120;3 <SEP> + <SEP> 4 <SEP> Al <SEP> = <SEP> 3 <SEP> Ah0
<tb> gaz <SEP> gaz Il convient donc d'utiliser pour la dissociation du nitrure d'aluminium aussi pauvre que possible en alumine si on veut obtenir un rendement élevé.
Il est donc également avantageux d'éviter que la vapeur d'AL0 puisse venir en contact avec le carbone, donc autant que possible proscrire cette matière dans la construction du four dans les zones où la température dépasse 15000 C.
Le sous-oxyde A120 se décompose par refroidis sement en Al très divisé, figé dans un réseau solide d'alumine. Même en l'absence de toute paroi ou résistance en carbone, il y a donc intérêt à limiter autant que possible la teneur en alumine de nitrure d'aluminium.
Malgré toutes les précautions que l'on peut pren dre, le nitrure technique contient toujours un peu de carbone et d'alumine.
Lors de la préparation de l'aluminium par disso ciation sous vide, à température élevée, du nitrure AIN, on se trouve donc en présence d'un mélange de vapeurs d'aluminium, contenant un peu de cya nure AICN et de sous-oxyde A120.
Il est préférable d'obtenir un condensat qui puisse s'éliminer liquide de façon à avoir un fonctionne ment continu. Les recherches ont montré que, pour que le métal puisse couler, lorsque l'on condense ensemble toutes les vapeurs produites par la disso ciation du nitrure, ce dernier devait, de préférence, en l'absence d'alumine, renfermer moins de 0,9 % de carbone, et en l'absence de carbone moins de 6,8 % d'alumine.
Lorsqu'il contient à la fois a % d'alumine et c % de carbone, ces deux teneurs doi vent, de préférence, être liées par l'équation a + 7,5 c C 6,8 ('\) Ceci en supposant que l'alumine se transporte inté gralement au condensateur par l'intermédiaire d'A120 sans rencontrer de surface en carbone à température supérieure à 15000 C.
Il est facile d'effectuer ensuite la séparation du métal des crasses de carbure, nitrure et alumine qu'il renferme par un moyen connu.
Il est cependant possible de recueillir directement le métal pur commercial liquide, exempt de crasses, en évitant la séparation précédente et cela aussi bien pour un nitrure à faible teneur en carbone et alumine (A1203 + C inférieur à 0,5 % par exemple) que pour un nitrure dont les teneurs en alumine et carbone ne satisfont pas à l'inégalité précédente ('i ).
Les recherches ont en effet montré que sous un vide déterminé il était possible 1o d'arrêter les vapeurs d'AICN à une température plus élevée que la température de condensation des vapeurs d'aluminium ; 20 de condenser l'aluminium à une température supérieure au point de transformation des vapeurs d'A1.0 en A1,03 + AI.
Il est en effet difficile d'obtenir un nitrure tech nique aussi pur et on peut préférer, pour des raisons économiques, travailler sur un produit renfermant plus de carbone et d'alumine.
Il convient donc de disposer sur le passage des vapeurs une surface dont la température est réglée de façon à arrêter AICN sous forme de concrétions solides de AIN et A14C3, alors que les vapeurs d'alu minium restent à l'état gazeux.
Par exemple, sous un vide de 0,5 mm, la surface formant piège pour AICN sera maintenue entre 1400 et 1500 C, alors que les vapeurs d'aluminium seront condensées entre 1200 et l.300 C.
Les vapeurs d'Al.0 ne se transforment en A1\,0.; et A1 qu'à une température sensiblement plus basse, par exemple 1000-1200e C sous 0,5 mm.
L'écart entre la température de condensation de l'aluminium d'une part, les températures de trans formations de AICN et A120 d'autre part, demeure sensiblement constant tout au long de l'échelle des températures. Par rapport à la pression de 0,5 mm il y a simplement une baisse de l'ensemble des tem pératures de 100e si la pression s'abaisse à 0,1 mm et une hausse de 400e si elle s'élève jusqu'à 40 mm. Ces trois zones à températures décroissantes pour la condensation fractionnée de AICN, Al et Al.>O peuvent se trouver successivement le long d'un même conduit dans le sens de circulation des vapeurs.
Dans ce cas, il convient d'éviter que l'aluminium con densé liquide sur les parois du conduit vienne en contact avec le mélange d'AI_,03 et A1 très divisé résultant de la condensation de A1,0.
On peut donc introduire dans la zone de conden sation des vapeurs d'aluminium un condenseur d'un type connu, par exemple un condenseur à métal liquide (nappe ou bain d'aluminium de préférence) dont la température de surface, réglée par un moyen connu (circulation d'eau par exemple) est intermé diaire entre les températures de condensation de AICN et AI,O. L'aluminium se condense seul et coule à l'état liquide sans toucher les parois ; ainsi con densé à l'état compact ou liquide il ne se recombine pas avec l'azote.
La nécessité d'éviter la présence du carbone dans toutes les parties du four de dissociation où la tem pérature dépasse 1500 C est très gênante, car le gra phite est un réfractaire de choix, bon conducteur de la chaleur et de l'électricité. On a donc cherché un procédé de protection du graphite permettant de l'uti liser dans le four de dissociation sans risquer la for mation de cyanure d'aluminium monovalent. On a constaté que les carbures et nitrures réfractaires à haute température et en particulier ceux de tungstène, molybdène, tantale, titane, zirconium, seuls ou en mélange, ne sont pas attaqués par le nitrure d'alu- minium aux températures de dissociation de ce corps ; ils sont inertes également en présence des vapeurs contenant ALO qui résultent de la dissocia tion.
On pourrait donc utiliser ces matériaux pour construire le four, mais le poids et le prix en seraient élevés.
On peut réaliser une peinture ou barbotine }> applicable à la brosse en effectuant la mise en sus pension de poudre de métal, carbure ou nitrure réfractaire (W, Mo, Ta, etc.) dans un liquide orga nique susceptible de laisser au séchage, puis à la cuisson, un squelette carboné (vernis ou colles liqui des, par exemple dissolution alcoolique de gomme laque, dissolution aqueuse de gomme arabique, colles à la farine, etc.).
On obtient, par exemple, une excel lente peinture au tungstène en délayant - tungstène pulvérulent ................... ............... . 100g - dans dissolution alcoolique de gomme laque<B>-----------------</B> .<B>----------------</B> -...... ...... .
............. <B>50g</B> Après séchage à température ordinaire, la cuis son sous vide à température supérieure à 1000 C et de préférence entre 1500 et 1800 C assure, par car buration du tungstène, le durcissement superficiel du graphite, une imperméabilisation relative et une excellente résistance à l'abrasion mécanique et à la corrosion chimique par AIN ou A1,0.
La partie du condenseur où se condense l'alumi nium ne doit pas contaminer le métal liquide ; le nitrure d'aluminium aggloméré convient parfaitement.
La surface formant piège pour les vapeurs de AICN peut être en graphite nu.
Lorsque les concrétions de A14C;; et AIN prove nant de la destruction de AICN s'accumulent sur le piège au point de gêner le fonctionnement de l'appa reil, il est en général nécessaire d'interrompre l'opé ration pour nettoyer la surface formant piège. On peut réaliser ce nettoyage par arrachement méca nique, mais on a constaté que la réaction de conden sation des concrétions carbonitrurés à partir de AICN et Al était réversible.
A température élevée ou sous un vide très poussé, on a
EMI0003.0019
Al <SEP> @G; <SEP> + <SEP> 3 <SEP> AIN <SEP> = <SEP> 3 <SEP> AICN <SEP> + <SEP> 4 <SEP> Al
<tb> gaz <SEP> gaz Un procédé de nettoyage qui convient parfaitement consiste à porter la température de la surface piège à 1700 C par exemple sous une pression de 0,5 mm de mercure ; les concrétions disparaissent et AICN et AI peuvent être évacués et captés sans ouvrir l'appa reil, après avoir seulement changé de condenseur.
Avant de procéder au nettoyage décrit ci-dessus, on peut récupérer l'aluminium contenu dans le car bure AI@C.j, en abaissant la pression au voisinage de 0,1 mm de mercure. Cet aluminium peut être recueilli sur le condenseur habituel et il reste sur le piège un mélange de AIN et de carbone. On a avantage alors à élever la température à 1700 C pour recueillir le AICN reformé sur un condenseur spécial.
Le mélange d'alumine et d'aluminium résultant de la décomposition d'AL0 peut être recueilli sur une chemise amovible et traité par des moyens connus.
Les diverses concrétions peuvent, après ou sans extraction de l'aluminium récupérable, être renvoyées au four de nitruration après addition éventuelle de la quantité convenable de carbone.
Le mélange de A103 et Al, provenant de la con densation de AhO, pourra être traité ultérieurement pour récupérer l'aluminium et améliorer le ren dement. On peut aussi dissocier du nitrure contenant par exemple 2 % de carbone et 6,8 % d'alumine, en utilisant le piège à AICN, mais en condensant A120 avec A1 sur le condenseur. Ce condensai coule à l'état liquide.
On peut récupérer ensuite la majeure partie du métal combiné au carbone dans les concrétions car- bonitrurées par les moyens indiqués ci-dessus.
Lorsqu'on utilise la totalité des dispositifs décrits plus haut, on peut traiter un nitrure plus riche en alumine et carbone, tout en condensant l'aluminium à l'état liquide ; le rendement est évidemment d'au tant plus bas que les teneurs en alumine et carbone sont plus élevées.
Les conditions économiques : prix de revient du nitrure de départ et prix de revient de la récupéra tion de l'aluminium contenu dans les concrétions ou le mélange A1;03 + Al provenant de la dissociation de A1.,0, permettent seules de choisir les conditions les plus avantageuses.
Les fig. 1 et 2 ci-jointes représentent deux for mes d'exécution de fours représentés en coupe, per mettant de fabriquer de l'aluminium commercial par dissociation thermique sous vide du nitrure d'alu minium.
Dans la fig. 1, le chiffre 1 indique le tuyau de chargement du nitrure, 2 est l'enveloppe étanche au vide en acier, 3 le garnissage calorifuge qui peut être du coke de pétrole en grains, 4 est un creuset en graphite recouvert intérieurement et extérieurement de carbure de molybdène par le procédé décrit ci-dessus.
Ce creuset contient la charge de nitrure à dissocier qui est portée à la température choisie par un corps de chauffage axial 5 pénétrant à l'intérieur du nitrure, ce corps de chauffage est en graphite entièrement recouvert de carbure de molybdène, 6 est une chambre de chauffe contenant des résistances 7 permettant de porter à la température choisie la surface 8 du piège à concrétions en graphite, 9 est le condenseur refroidi à l'eau dont la partie supé rieure 10 est en nitrure d'aluminium, 11 est le con duit des vapeurs en nitrure d'aluminium aggloméré sur lequel se décomposent les vapeurs de A120 ; 12 est la prise de vide. L'aluminium qui se condense à l'état liquide en 10 est recueilli en 13.
La fig. 2 présente la même disposition générale que la fi- . 1, mais le chauffage du creuset 4 conte nant le nitrure à dissocier est réalisé par induction grâce aux enroulements 15, le secondaire étant cons- titué par le cylindre en graphite 17 protégé intérieu rement par une couche de carbure de molybdène. Le double piège à concrétions 14 est constitué par des plaques de graphite comportant des trous pour laisser passer les vapeurs. Ce piège est également chauffé par induction grâce à l'enroulement 16.
<I>Exemple</I> Dans le creuset 4 de la fig. 2, on introduit par le tube 1 cent kg de nitrure d'aluminium technique contenant 93,5 % NAl, 6 % d'AL03 et 0,5 % de carbone. On fait le vide dans le four jusqu'à environ 0,5 mm de mercure et on chauffe par l'enroulement 15, de façon à porter le nitrure à dissocier à environ 1700o C.
Le double piège 14 est chauffé par l'enroulement 16 entre 1400 et 1500o C, la partie supérieure 10 du condenseur est à 1200-1300 et la paroi 11 du con duit des vapeurs à 1000-1200 .
Le piège 14 à AICN arrête environ 3,7 kg de concrétions de A1-IC3 + AIN, les vapeurs d'alumi nium se condensent en 10 à l'état liquide et le métal tombe en 13 sans toucher la paroi 11 sur laquelle s'est décomposé ALO en constituant un dépôt solide d'alumine et d'aiuminium très divisé (environ <B>13,1</B> kg).
Le métal ainsi recueilli, 51,9 kg environ, con tient plus de 99,7 % d'aluminium, avec comme impuretés Fe = 0,18 Si = 0,04 C'est donc un excellent aluminium de qualité com merciale.
EMI0004.0018
atteint 84,3 %. Il peut atteindre 86,7 % par extrac tion ultérieure de l'aluminium du carbure que ren ferment les concrétions carbonitrurées.
Aluminum manufacturing process It is known that aluminum nitride can be dissociated at high temperature according to the equation
EMI0001.0003
2 <SEP> AIN <SEP> = <SEP> 2 <SEP> A1 <SEP> + <SEP> Nz
<tb> solid <SEP> gas It has already been proposed to manufacture aluminum by using this reaction and by condensing the aluminum vapor obtained; but in practice, this process could not be developed industrially, because very impure aluminum was collected soiled with nitride and aluminum carbide as well as alumina. On the other hand, part of the metal was in a very divided state and therefore difficult to recover.
The yield of commercial grade aluminum was therefore poor, which deprived the process of any industrial value.
The present invention avoids these drawbacks.
The dissociation of aluminum nitride begins above 2200 C under the pressure of one atmo sphere; it is therefore advantageous to operate under vacuum; research has made it possible to establish an approximate formula relating the total dissociation pressure to the temperature
EMI0001.0007
In this formula, p represents the pressure in milli meters of mercury and T the absolute temperature in degrees Kelvin. The logarithm is at base 10.
The present process for the manufacture of aluminum by decomposition of aluminum nitride, containing carbon and aluminum, is therefore characterized in that one works at a pressure less than or equal to 40 mm of mercury and at a temperature less than or equal to 2000 degrees centigrade, avoiding any contact between carbon on the one hand, nitride and decomposition gases on the other hand, and stopping the carbonaceous concretions before the zone where the aluminum is condensed in liquid state.
During the vacuum decomposition of aluminum nitride, cyanide AICN forms a gas by simple contact between AIN and carbon at temperatures above 15,000 C.
However, technical aluminum nitride prepared by the action of nitrogen on a mixture of alumina and carbon always contains a little carbon and alumina.
It is therefore advantageous to use, for the dissociation, an aluminum nitride containing as little carbon as possible and to eliminate any contact between the carbon and the nitride to be dissociated in order to avoid the formation of AICN, since the aluminum cyanide monovalent then reacts with the gaseous aluminum during cooling, following the equation
EMI0001.0021
3 <SEP> AICN <SEP> + <SEP> 4 <SEP> Al <SEP> = <SEP> A14q <SEP> + <SEP> 3 <SEP> AIN
<tb> gas <SEP> gas by causing the formation of carbonitrided deposits in the form of very hard brown concretions,
which represent a weight loss of 5.25 points of aluminum per point of carbon. It is therefore not possible to obtain a satisfactory aluminum yield when the nitride to be dissociated contains carbon in appreciable quantity.
Research has shown that there is another cause of formation of mono valent aluminum cyanide AICN by the action of the vaporized suboxide A40 on carbon in the presence of nitrogen according to the equation
EMI0001.0029
A120 + 3 <SEP> C + Nz = 2 <SEP> AICN + CO
<tb> gas <SEP> gas This AICN also absorbs aluminum to form concretions of A14C3 and AIN.
As indicated above, the technical nitride contains with the carbon a little alumina which is transformed into A10 during the operation of dissociation of the nitride at the expense of the aluminum liberated, according to the equation
EMI0002.0001
A120; 3 <SEP> + <SEP> 4 <SEP> Al <SEP> = <SEP> 3 <SEP> Ah0
<tb> gas <SEP> gas It is therefore advisable to use for the dissociation of aluminum nitride as poor as possible in alumina if a high yield is to be obtained.
It is therefore also advantageous to prevent the AL0 vapor from coming into contact with the carbon, so as far as possible to prohibit this material in the construction of the furnace in areas where the temperature exceeds 15,000 C.
The A120 suboxide decomposes on cooling into highly divided Al, fixed in a solid network of alumina. Even in the absence of any wall or carbon resistance, it is therefore advantageous to limit as much as possible the content of aluminum nitride alumina.
Despite all the precautions that can be taken, technical nitride still contains some carbon and alumina.
During the preparation of aluminum by dissolving under vacuum, at high temperature, the nitride AIN, we are therefore in the presence of a mixture of aluminum vapors, containing a little cyanide AICN and suboxide. A120.
It is preferable to obtain a condensate which can be eliminated liquid so as to have a continuous operation. Research has shown that, in order for the metal to flow, when all the vapors produced by the dissociation of the nitride are condensed together, the latter should preferably, in the absence of alumina, contain less than 0, 9% carbon, and in the absence of carbon less than 6.8% alumina.
When it contains both a% alumina and c% carbon, these two contents should preferably be related by the equation a + 7.5 c C 6.8 ('\) This assuming that the alumina is transported integrally to the capacitor via the intermediary of A120 without encountering a carbon surface at a temperature above 15000 C.
It is then easy to separate the metal from the carbide, nitride and alumina dross which it contains by known means.
However, it is possible to directly collect the pure commercial liquid metal, free of dross, by avoiding the previous separation and this as well for a nitride with a low carbon and alumina content (A1203 + C less than 0.5% for example) that for a nitride in which the alumina and carbon contents do not satisfy the preceding inequality ('i).
Research has indeed shown that under a determined vacuum it was possible 1o to stop the vapors of AICN at a temperature higher than the condensation temperature of the aluminum vapors; 20 to condense the aluminum at a temperature above the point of transformation of the vapors from A1.0 to A1.03 + Al.
It is in fact difficult to obtain such a pure technical nitride and it may be preferred, for economic reasons, to work on a product containing more carbon and alumina.
It is therefore advisable to have on the passage of the vapors a surface the temperature of which is regulated so as to stop AICN in the form of solid concretions of AIN and A14C3, while the aluminum vapors remain in the gaseous state.
For example, under a vacuum of 0.5 mm, the trapping surface for AICN will be maintained between 1400 and 1500 C, while the aluminum vapors will be condensed between 1200 and 1.300 C.
Al0 vapors do not change to Al \, 0 .; and A1 that at a significantly lower temperature, for example 1000-1200 ° C under 0.5 mm.
The difference between the condensation temperature of aluminum on the one hand, and the transformation temperatures of AICN and A120 on the other hand, remains substantially constant throughout the temperature scale. Compared to the pressure of 0.5 mm there is simply a drop in the set of temperatures of 100th if the pressure drops to 0.1mm and an increase of 400th if it rises to 40 mm. These three zones at decreasing temperatures for the fractional condensation of AICN, Al and Al.> O can be located successively along the same duct in the direction of circulation of the vapors.
In this case, it is advisable to avoid that the liquid condensed aluminum on the walls of the duct comes into contact with the mixture of Al 2, 03 and A1 very divided resulting from the condensation of A1,0.
It is therefore possible to introduce into the aluminum vapor condensing zone a condenser of a known type, for example a liquid metal condenser (preferably aluminum sheet or bath), the surface temperature of which, regulated by means. known (water circulation for example) is intermediate between the condensation temperatures of AICN and AI, O. Aluminum condenses on its own and flows in a liquid state without touching the walls; thus condensed in the compact or liquid state, it does not recombine with nitrogen.
The need to avoid the presence of carbon in all the parts of the dissociation furnace where the temperature exceeds 1500 ° C. is very troublesome, since graphite is a refractory of choice, a good conductor of heat and electricity. A process for protecting graphite has therefore been sought which makes it possible to use it in the dissociation furnace without risking the formation of monovalent aluminum cyanide. It has been found that the high temperature refractory carbides and nitrides and in particular those of tungsten, molybdenum, tantalum, titanium, zirconium, alone or as a mixture, are not attacked by the aluminum nitride at the dissociation temperatures of this. body ; they are also inert in the presence of the vapors containing ALO which result from the dissociation.
We could therefore use these materials to build the oven, but the weight and price would be high.
A paint or slurry can be produced}> which can be applied with a brush by placing the powder of metal, carbide or refractory nitride (W, Mo, Ta, etc.) in an organic liquid capable of leaving on drying, then during cooking, a carbon skeleton (varnish or liquid glues, for example alcoholic dissolution of shellac, aqueous dissolution of gum arabic, flour glues, etc.).
One obtains, for example, an excellent slow tungsten paint by diluting - powdered tungsten ................... .............. . 100g - in alcoholic shellac solution <B> ----------------- </B>. <B> -------------- - </B> -...... .......
............. <B> 50g </B> After drying at ordinary temperature, vacuum cooking at a temperature above 1000 C and preferably between 1500 and 1800 C ensures, by car buration of tungsten, surface hardening of graphite, relative waterproofing and excellent resistance to mechanical abrasion and chemical corrosion by AIN or A1.0.
The part of the condenser where the aluminum condenses must not contaminate the liquid metal; agglomerated aluminum nitride is perfectly suitable.
The AICN vapor trap surface may be bare graphite.
When the concretions of A14C ;; and AIN from destruction of AICN accumulate on the trap to the point of interfering with the operation of the apparatus, it is usually necessary to interrupt the operation to clean the trap surface. This cleaning can be carried out by mechanical pulling, but it has been found that the condensation reaction of the carbonitrided concretions from AICN and Al was reversible.
At high temperature or under a very high vacuum, we have
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Al <SEP> @G; <SEP> + <SEP> 3 <SEP> AIN <SEP> = <SEP> 3 <SEP> AICN <SEP> + <SEP> 4 <SEP> Al
<tb> gas <SEP> gas A perfectly suitable cleaning process consists in raising the temperature of the trap surface to 1700 C, for example under a pressure of 0.5 mm of mercury; the concretions disappear and AICN and AI can be evacuated and collected without opening the appliance, after having only changed the condenser.
Before proceeding with the cleaning described above, the aluminum contained in the car bure Al@C.j can be recovered, by lowering the pressure to around 0.1 mm of mercury. This aluminum can be collected on the usual condenser and a mixture of AIN and carbon remains on the trap. It is then advantageous to raise the temperature to 1700 C to collect the reformed AICN on a special condenser.
The mixture of alumina and aluminum resulting from the decomposition of AL0 can be collected on a removable jacket and processed by known means.
The various concretions can, after or without extraction of the recoverable aluminum, be returned to the nitriding furnace after optional addition of the suitable quantity of carbon.
The mixture of A103 and Al, resulting from the condensation of AhO, can be treated subsequently to recover the aluminum and improve the yield. It is also possible to dissociate nitride containing, for example, 2% carbon and 6.8% alumina, by using the AICN trap, but by condensing A120 with A1 on the condenser. This condensate flows in the liquid state.
Most of the metal combined with carbon can then be recovered from the carbonitrided concretions by the means indicated above.
When all of the devices described above are used, it is possible to treat a nitride richer in alumina and carbon, while condensing the aluminum in the liquid state; the yield is obviously at both lower than the contents of alumina and carbon are higher.
The economic conditions: cost price of the starting nitride and cost price of recovering the aluminum contained in the concretions or the mixture A1; 03 + Al coming from the dissociation of A1., 0, alone allow the choice of the most advantageous conditions.
Figs. 1 and 2 attached show two embodiments of furnaces shown in section, making it possible to manufacture commercial aluminum by thermal dissociation under vacuum of aluminum nitride.
In fig. 1, the number 1 indicates the nitride charging pipe, 2 is the steel vacuum-tight casing, 3 the heat-insulating packing which can be petroleum coke in grains, 4 is a graphite crucible coated internally and externally with carbide of molybdenum by the process described above.
This crucible contains the charge of nitride to be dissociated which is brought to the temperature chosen by an axial heating body 5 penetrating inside the nitride, this heating body is made of graphite entirely covered with molybdenum carbide, 6 is a chamber of heater containing resistors 7 enabling the surface 8 of the graphite concretion trap to be brought to the selected temperature, 9 is the water-cooled condenser, the upper part 10 of which is made of aluminum nitride, 11 is the con duct of the vapors of agglomerated aluminum nitride on which the vapors of A120 decompose; 12 is the vacuum outlet. The aluminum which condenses in the liquid state at 10 is collected at 13.
Fig. 2 has the same general arrangement as the fi-. 1, but the heating of the crucible 4 containing the nitride to be dissociated is carried out by induction thanks to the windings 15, the secondary being formed by the graphite cylinder 17 internally protected by a layer of molybdenum carbide. The double concretion trap 14 consists of graphite plates having holes to let the vapors pass. This trap is also heated by induction thanks to the winding 16.
<I> Example </I> In crucible 4 of fig. 2, 1 hundred kg of technical aluminum nitride containing 93.5% NAl, 6% AL03 and 0.5% carbon are introduced through the tube. The oven is evacuated to about 0.5 mm Hg and heated by winding 15, so as to bring the nitride to be dissociated to about 1700o C.
The double trap 14 is heated by the coil 16 between 1400 and 1500 ° C., the upper part 10 of the condenser is at 1200-1300 and the wall 11 of the vapor duct at 1000-1200.
The AICN trap 14 stops about 3.7 kg of A1-IC3 + AIN concretions, the aluminum vapors condense in 10 in the liquid state and the metal falls in 13 without touching the wall 11 on which it s' is broken down ALO forming a solid deposit of highly divided alumina and aluminum (approximately <B> 13.1 </B> kg).
The metal thus collected, approximately 51.9 kg, contains more than 99.7% aluminum, with the impurities Fe = 0.18 Si = 0.04 It is therefore an excellent aluminum of commercial quality.
EMI0004.0018
reached 84.3%. It can reach 86.7% by subsequent extraction of the aluminum from the carbide contained in the carbonitrided concretions.