Procédé de fabrication d'un mélange d'aluminium et de carbure d'aluminium On sait que la réduction de l'alumine par le car bone ne permet d'obtenir qu'un mélange d'aluminium et de carbure d'aluminium, qui contient encore de grandes quantités d'alumine, environ 20 à 50 % ; de plus les pertes par volatilisation sont considéra bles.
La réduction de l'alumine par le carbone, qui commence déjà à 1700,) C, n'est pas complète parce que la viscosité des mélanges fondus obtenus aug mente fortement ; ces fusions sont riches en oxy-car- bure d'aluminium, de formule 4A1203.A14C3 ou A1404C L'invention a pour but de favoriser la réduction de l'alumine. Elle a pour objet un procédé d'obten tion d'un mélange d'aluminium et de carbure d'alu minium, avec une faible teneur en oxyde d'alumi nium,
par réduction de l'oxyde d'aluminium par le carbone, caractérisé en ce qu'on chauffe un mélange d'oxyde d'aluminium et de carbone, dans un four électrique à arc, à une température au moins égale à celle à laquelle le carbure d'aluminium, obtenu par réaction du carbone avec l'oxyde d'aluminium, réa git avec l'oxyde d'aluminium selon la réaction
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A14C;; <SEP> + <SEP> A120., <SEP> 6A1 <SEP> + <SEP> 3C0 Une telle température est d'ordinaire supérieure à environ 2300(l C.
De préférence, on chauffera le mélange d'alumine et de carbone, introduit dans le four électrique à arc, à température comprise entre 2400e C et 2500a C. Toutefois, il est indiqué de maintenir le mélange d'aluminium et de carbure d'aluminium à température inférieure à celle de dé composition du carbure d'aluminium y contenu, dé composition se faisant selon l'équation A14Cg = 4A1 + 3C En effet, dans le cas contraire, l'aluminium tend à s'échapper sous forme de gaz, en laissant un résidu de carbone en gros cristaux de graphite, formant une couche très poreuse.
Les vapeurs d'Alz0, produit intermédiaire de la réduction, qui pénètrent dans la couche de graphite, sont immédiatement réduites. Celles qui s'échappent vers le haut, avec une partie des vapeurs d'alumi nium, se condensent dans les régions à plus basse température ou sur les éléments de la charge, où elles se décomposent suivant
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3A120 <SEP> -> <SEP> <B>A1203</B> <SEP> + <SEP> 4A1 et rentrent ensuite dans le cycle. Le CO s'échappe à la partie supérieure.
La figure jointe représente schématiquement et à titre d'exemple un four électrique à arc muni de son électrode 1 et d'une sole conductrice 2 ; 3 est le mé lange alumine-charbon qui peut être constitué d'ag glomérés mixtes de composition variable ou d'élé ments séparés : alumine et coke par exemple, on peut également remplacer le coke par toute autre matière carbonée. L'alumine peut être du corindon artificiel fabriqué à partir de la bauxite, de l'alumine com merciale ou toute autre espèce d'alumine.
Lorsque le four est en régime, l'arc 4 est stable, à cause de l'ionisation due à la présence de vapeur d'aluminium ; il existe autour de la partie inférieure de l'électrode une zone vide 5, délimitée par les pa rois de l'électrode et une couche d'autogarnissage 6, composée de matières partiellement transformées ; le tout est entouré de calorifuge 10. 8 est le mélange A14q et aluminium obtenu ; 9 représente des gouttes formées par la condensation des vapeurs d'A120 et d'Al.
On obtient en 8 un mélange A14C3 + A1 dont la teneur en alumine peut être inférieure à 0,5 %.
Le mélange d'aluminium et de carbure d'alumi nium, obtenu selon le procédé, est utilisé tout parti- culièrement pour l'obtention d'aluminium pur, par exemple par distillation sous vide ou par fusion en présence de flux.
<I>Exemple</I> Dans -un four à arc monophasé de 100 kW à sole conductrice construite en carbone amorphe, on abaisse l'électrode de 30 cm de diamètre sur une couche de coke de 3 cm et on entoure l'électrode de mélange A103 et charbon. La couche de coke tra versée par le courant agit comme un résistor à l'aide duquel on préchauffe le four pendant une heure. Ensuite on chauffe à l'arc sous 25 volts de tension et 4000 ampères. L'arc a une longueur de 2 cm en viron et il est étendu sur toute la section de l'élec trode, parce que la phase gazeuse est très. conductrice à cause de sa grande teneur en aluminium métallique.
Avec un tel four on produit à peu près 3 kg d'alliage liquide A1 et A1403 par heure. La hauteur du bain augmente donc de 1,5 cm/heure. On vérifie la montée du bain à l'aide d'un index solidaire du câble de l'électrode se déplaçant devant une réglette graduée en centimètres. 3 kg d'alliage correspondent théoriquement à 7 kg de mélange alumine-charbon. Dans les cinq premières heures, la consommation de mélange est environ 2,5 fois plus grande que la quantité théorique.
En effet, une grande partie sert à former les croûtes d'autogarnissage.
Quand l'épaisseur des croûtes atteint 3-4 cm, la consommation du mélange ALO3 -;- C diminue et finalement s'approche de la valeur théorique.
On peut faire varier le rapport Al.03/C dans certaines limites, et, de cette manière, jouer sur la teneur en métal libre dans le produit final. On a ob tenu avec un mélange de 70 % d'A1.0; + 30 % de carbone (coke) un produit contenant ALC3 : 64 % , <B>AI:</B> 32%, C : 2,3 %, A1803 +<B>AIN:</B> 1,7 %.
On peut utiliser les matières premières en mor ceaux ou sous forme de boulets agglomérés par un liant à partir de produits finement broyés. L'épaisseur de la charge doit être au moins de 30 cm pour éviter les pertes par volatilisation. Dans le cas où la charge ne descend pas toute seule, il faut ringarder avec une baguette de graphite, Enfin, pour protéger la charge et l'électrode de la combustion à l'air, le four est muni d'un couvercle et l'électrode chemisée à l'en droit où les gaz brûlent.
Les mélanges utilisés donnaient fréquemment lieu à des accrochages et il fallait piquer avec énergie pour faire descendre sous l'électrode le mélange d'alu- mine et de carbone.
On peut faire réagir sous l'électrode M03 et A1403 à une température suffisante pour réduire ra pidement les dernières fractions d'alumine, mais sans aller jusqu'à la dissociation de A1403.
Pour obtenir ce résultat, il faut que sur toute la périphérie de l'électrode un mélange alumine-charbon de composition uniforme arrive régulièrement et con tinuellement dans la zone de l'arc, de façon à obtenir et à maintenir un équilibre entre l'énergie produite par l'arc et l'énergie nécessaire à la réaction en évi tant de ce fait les surchauffes locales qui provoquent la formation de graphite par dissociation de A1403.
On choisit donc de préférence une charge qui descende seule sous l'électrode, au fur et à mesure de sa réduction. On a obtenu de bons résultats avec un mélange de charbon de bois et de corindon en sphérules ; mais cet exemple n'est en rien limitatif et on peut employer toute autre nature de charge par exemple des agglomérés, briquettes, produits en morceaux à condition que cette charge descende seule au fur et à mesure de sa réduction.
D'autre part, on a constaté que pendant la réduc tion, il se produit parfois une certaine instabilité de l'arc électrique, des courts-circuits ou des mises en résistance partielle du four.
On a pu remédier à ces inconvénients en ajou tant dans le four, non pas le mélange habituel d'alu mine et de carbone, mais tantôt du carbone seul et tantôt de l'alumine seule jusqu'à ce que la perturba tion ait disparu.
Lorsque l'arc est instable, en même temps que le dégagement de CO diminue, il convient de rajou ter du carbone jusqu'à ce qu'on ait obtenu une sta bilité convenable des appareils de mesure et un dé gagement normal d'oxyde de carbone. Au contraire, lorsque le four marche en résistance et que l'ampé- rage augmente, le dégagement d'oxyde de carbone s'arrêtant presque complètement, il faut ajouter de l'alumine pour rétablir une bonne marche de la ré duction.
On peut supprimer donc constamment par des apports d'alumine ou de carbone les perturbations qui se produisent dans le fonctionnement du four.
On obtient ainsi un mélange d'aluminium et de carbure d'aluminium très pauvre en .alumine, avec un meilleur rendement et une consommation d'énergie plus faible.
En alimentant le four avec une charge contenant 165,3 parties de corindon en sphérules creuses pour 70,8 parties de charbon de bois on a obtenu un mé lange de carbure d'aluminium et d'aluminium conte nant ALC3 : 65,8 %, A1 : 30,4 % . A1,0.; + AIN 2,9 %, C : 0,17 %, Fe: 0,03 %.