Procédé d'obtention d'aluminium pur à partir de métal granuleux contenant de l'aluminium La présente invention a pour objet un procédé d'obtention d'aluminium pur à partir d'un métal gra nuleux contenant de l'aluminium, par contact avec un halogénure d'aluminum gazeux à une température élevée pour produire un sous-halogénure d'alumi nium, lequel par refroidissement se décompose en libérant de l'aluminium.
Suivant une méthode préférée de mise en prati que du procédé aux sous-halogénures, on chauffe l'alliage d'aluminium se présentant sous la forme d'une masse solide divisée dans un four ou conver tisseur convenable, et on le traite à l'aide d'un halo- génure d'aluminium à l'état gazeux, par exemple de trichlorure ou de tribromure d'aluminium, c'est-à-dire de AIC13 ou A1 Br3. A une température appropriée, qui se trouve généralement aux environs de 10000 C ou davantage, et sous une pression convenable qui peut souvent être inférieure à la pression atmosphé rique,
on provoque une réaction de l'halogénure d'aluminium gazeux avec l'aluminium contenu dans l'alliage, ce qui donne naissance à un sous-halogé- nure d'aluminium gazeux, par exemple à un mono- halogénure. Ainsi, la réaction de transformation est, dans le cas où la vapeur de traitement est du trichlorure d'aluminium, généralement considérée comme étant la réaction réversible de ce composé avec l'aluminium, ce qui donne lieu à du mono- chlorure d'aluminium.
Cette réaction est fortement endothermique, et il faut fournir une grande quantité de chaleur à l'alliage d'aluminium pour le maintenir à une température de réaction suffisamment élevée.
Le gaz ou la vapeur prélevé à l'alliage soumis au traitement contient le sous-halogénure d'aluminium ainsi que l'halogénure n'ayant pas réagi, par exem ple le trichlorure d'aluminium. On fait arriver le mélange gazeux dans une région de condensation dans laquelle règne une température inférieure con venable et où se produit une réaction inverse, le sous-halogénure redonnant de l'aluminium et de l'halogénure d'aluminium normal, tout en dégageant beaucoup de chaleur.
L'aluminium métallique se dé pose sur les surfaces du condenseur, tandis que l'ha- logénure normal gazeux est entraîné ou peut éven tuellement être condensé sur des surfaces plus fraî ches, en vue d'une récupération et d'une réutilisation. Grâce à cette distillation sous la forme de sous-halo- génure, on peut obtenir de l'aluminium très pur ou relativement pur en partant d'un métal impur ou même d'une matière contenant en majeure partie des composés autres que l'aluminium.
La masse de la matière contenant l'aluminium peut être amenée à la haute température désirée et maintenue à cette température pendant le traitement par l'halogénure, en chauffant comme s'il s'agissait d'une résistance électrique, c'est-à-dire en y faisant passer directement le courant électrique. C'est ainsi, par exemple, que la masse perméable de matière granuleuse peut être contenue dans un four ou un récipient à garnissage réfractaire comportant des électrodes internes espacées entre lesquelles passe le courant.
Ce four ou convertisseur peut être du type à cuve verticale et peut comporter des électrodes annulaires noyées, placées en des endroits espacés verticalement, ainsi qu'un équipement permettant l'introduction de la vapeur de trichlorure d'alumi nium et l'évacuation du gaz produit, l'élimination de la matière solide usée, et l'introduction des quantités supplémentaires d'alliage n'ayant pas réagi.
L'alliage est rationnellement préparé sous une forme granu leuse pouvant aller d'une poudre grossière (grains fins) à des morceaux relativement gros, l'importance et la nature de la subdivision de la matière étant régies par la nécessité ou l'on se trouve de créer la porosité nécessaire aux gaz et .d'obtenir une surface suffisamment grande de matière solide pour assurer un débit effectif de prélèvement de l'aluminium.
On a déjà pensé, dans cette technique, à introduire le gaz halogéné n'ayant pas réagi à une extrémité de la masse de matière solide, et à évacuer le gaz contenant le sous-halogénure à partir d'une zone fortement chauffée de la masse, à proximité de l'élec trode qui est la plus éloignée de l'endroit où entre le gaz. Le principe de ce fonctionnement est d'évacuer le gaz par une zone à température maximum, en vue de réaliser une économie optimum dans la sépa ration de l'aluminium sous la forme d'un sous-halo- génure.
Le chauffage par résistance électrique pour four nir l'énergie calorifique nécessaire à la réaction en dothermique qui se déroule dans le convertisseur est considéré comme permettant d'éviter les difficultés qui se produiraient si l'on fournissait la chaleur de certaines autres façons. C'est ainsi, par exemple, que la nature même de la réaction s'oppose à l'emploi d'un chauffage par foyer à action directe, ou d'au tres dispositions exposant la matière à une combus tion ou aux produits d'une combustion.
Un chauf fage extérieur selon lequel la chaleur provenant d'une source localisée est fournie à travers la paroi d'un convertisseur est indésirable pour obtenir la grande quantité d'énergie thermique que consomme la réaction au fur et à mesure de sa progression.
Avec un chauffage extérieur appliqué à la charge qui se trouve dans la zone de réaction par un système de chauffage placé autour du convertisseur ou même par des éléments chauffants noyés dans la charge ou autrement exposés à celle-ci, il est difficile d'obtenir les taux de transfert de chaleur qui sont nécessaires sans provoquer des gradients de température consi dérables, et il est difficile dans une mesure corres pondante d'éviter un faible rendement thermique. S'il y a de grandes variations de température entre différents endroits de la charge,
il y aura des endroits où la température sera trop faible et où il ne se pro duira qu'une faible transformation de l'aluminium en sous-halogénure (voire un redépôt du métal à partir du sous-halogénure produit ailleurs) ou bien certains endroits seront maintenus à une tempéra ture excessivement élevée, ce qui pourra donner lieu à une fusion fâcheuse de la matière formant la charge.
Bien que le chauffage par résistance interne avec alimentation en courant électrique dans des condi tions qu'on penserait capables de distribuer le flux à travers la charge doive obvier en principe aux sus dites difficultés, les recherches qui ont conduit à l'in vention ont permis de constater qu'il se produit une distribution fortement inégale du courant et de gran des différences de température, de nature hasardeuse et impossible à prévoir, dans les diverses parties de la charge.
On a constaté en outre que ces conditions de défaut d'uniformité du courant, avec les sur chauffes locales et les forts gradients de tempéra ture qui se produisent, existent quand on amène la charge froide jusqu'à la température de réaction (comme cela doit être effectué continuellement au cours d'un fonctionnement en continu) et ont égale ment tendance à persister après que la matière a été amenée aux températures de réaction. L'irrégularité du chauffage peut d'ailleurs être tellement pronon cée qu'elle provoque une agglomération de la charge par suite de phénomènes de fusion locale.
Les recherches dont il a déjà été parlé ont permis de constater que des difficultés peuvent être évitées et que les avantages prévus résultant d'un chauffage par résistance électrique peuvent être obtenus en préchauffant la matière constituant la charge jusqu'à une température ou au-delà d'une température parti culière (qui se trouve dans une relation spéciale avec la nature de la matière comme expliqué ci-après) à condition de prévoir une arrivée extérieure ou di recte de l'énergie thermique et de fournir le reste de cette énergie thermique en chauffant l'alliage formant la charge par un phénomène de résistance interne.
On supprime ainsi en effet tous les inconvénients sus-rappelés et on obtient un chauffage plus effectif et plus efficace, pour la transformation de l'alumi nium en sous-halogénure, que cela n'a été possible soit en n'employant qu'un chauffage externe, soit en n'utilisant qu'un chauffage par le phénomène de ré sistance.
Les recherches sus-indiquées ont également per mis de constater que certains alliages contenant de l'aluminium ou des matières métalliques analogues du type auquel est appliqué le procédé de distillation à l'état de sous-halogénure ont un coefficient ther mique de résistivité fortement négatif sur une gamme considérable de températures élevées.
C'est ainsi par exemple que les alliages contenant del'aluminium(au- dessous et au-dessus de<B>50%)</B> et de notable quanti tés d'éléments tels que le fer et le silicium, ainsi que du titane et du carbone, peuvent avoir une résistivité qui tombe rapidement avec l'accroissement de la température, par exemple sur une gamme allant des températures ambiantes jusqu'aux environs de 1000 C.
En pareilles circonstances, il semble qu'en dirigeant un courant électrique de chauffage à tra vers une quantité ou fraction nouvelle de la matière granuleuse formant l'alliage, cette matière est le siège d'une localisation prononcée du courant, ce qui est la cause des fortes irrégularités de température et de surchauffe locale comme décrit ci-devant, ces incon vénients ayant tendance à persister au sein de la charge, même après que les températures de réaction ont été atteintes.
En pareil cas, le courant électrique a tendance à ne passer que par des trajets restreints. En effet, dès que le chauffage le long d'un seul trajet a com mencé, la résistance tombe, de sorte que ce trajet se trouve beaucoup plus favorisé pour le passage du courant. Par suite de ce phénomène de localisation, le chauffage est relativement inefficace et seule une fraction mineure de la masse totale de la matière est chauffée jusqu'à la température de réaction dési rée, qui peut être égale à 11000 C, à 12000 C ou davantage.
Si toutefois la matière est chauffée préa lablement à une température au moins égale à la limite supérieure de la gamme au-dessus de laquelle la matière a un coefficient thermique de résistivité fortement négatif comme expliqué ci-avant, il n'y a aucune raison pour que le courant subisse la locali sation dont il a été parlé. Il en résulte que l'intégra lité de la masse de matière qui se trouve dans la zone de réaction peut être aisément maintenue à la température élevée qui est désirée, par chauffage ou par le phénomène de résistance électrique, pendant le temps considérable qui peut être nécessaire pour la réaction avec le courant de gaz d'halogénure d'aluminium qui la traverse.
Ce préchauffage de la masse d'alliage granuleux ou analogue peut être assuré grâce à un chauffage extérieur se propage-ant à travers la paroi du réci pient, ou bien par rayonnement ou par circulation d'un fluide chauffé. Ainsi, en règle générale n7im- porte quelle méthode de fourniture de chaleur à partir d'une source extérieure, c'est-à-dire par con- duction, convection ou radiation peut trouver sa place ici.
Il s'agit de ce qu'on appelle dans ce texte un chauffage extérieur , par opposition à un chauffage par résistance intérieure selon lequel l'énergie thermique est produite directement à l'aide de courants électriques passant à travers la matière même. Ainsi, par exemple, la matière formant la charge froide, ou des quantités successives de cette matière dans un procédé continu, peuvent être ré chauffées par des éléments chauffants tels par exem ple que des tiges ou des organes analogues parcou rus par le courant électrique et formant des sources de chauffage qui sont disposés en relation de con- duction thermique ou de rayonnement par rapport à la matière.
La charge d'alliage peut être effective ment portée à la température de préchauffage dési rée par des moyens extérieurs sans qu'il en résulte les effets nuisibles de gradients de température no tables. Au cours de la phase de préchauffage, il suffit que la matière soit amenée à la haute tempé rature qui est désirée. Celle-ci peut être atteinte de façon suffisamment uniforme par chauffage externe puisqu'il n'y a pas perte d'énergie thermique par réaction.
Ainsi donc, le procédé objet de l'invention est caractérisé en ce que l'on chauffe ce métal dans une zone @ de réaction dans laquelle il est mis en contact avec l'halogénure d'aluminium, la température de réaction étant maintenue en faisant passer un cou rant électrique à travers le lit de métal granuleux dans cette zone de réaction, et en ce que l'on pré chauffe une charge fraîche de ce métal avant son entrée dans la zone de réaction, sensiblement jusqu'à la température de cette zone ou au moins à une tem- pérature correspondant sensiblement à la limite supé rieure de l'intervalle des températures pour lesquelles les coefficients thermiques de résistivité du métal sont négatifs.
On réalise ainsi un fonctionnement extrêmement efficace tout en obtenant un rendement thermique très amélioré dans la mise en oeuvre de la réaction, sans provoquer de localisation du courant ou d'ef fets semblables. Le procédé est manifestement appli cable à un fonctionnement par fournées successives, mais il convient en particulier aux méthodes en con tinu.
Ce terme englobe d'ailleurs les procédés sensi blement continus au cours desquels de nouvelles fractions de la charge sont ajoutées par intermit tence, de façon à cheminer tout d'abord à travers une zone de préchauffage, puis à travers une zone de réaction délimitée (dans le sens de l'acheminement de la matière ou transversalement) par des électrodes espacées entre lesquelles passe le courant électrique.
Dans cette dernière région, la charge est exposée à l'action du gaz formé par l'halogénure normal (par exemple AlC13) et par suite de la réaction de trans formation, on recueille l'aluminium sous la forme d'un sous-halogénure gazeux tel par exemple que du monochlorure d'aluminium.
Lorsque le préchauffage est situé à l'aide d'élé ments ou de parois chauffés, si le sous-halogénure gazeux doit s'écouler à travers la charge fraîche dans la zone de préchauffage, il est nécessaire d'ef fectuer ce préchauffage sensiblement jusqu'à la tem pérature de réaction (comme cela peut d'ailleurs être effectué aisément) si l'on tient à éviter un nouveau dépôt d'une certaine fraction de l'aluminium dans cette zone.
Un aspect spécifique de l'invention, correspon dant à une efficacité inhabituelle, comporte cepen dant la nouvelle opération consistant à préchauffer l'alliage frais, c'est-à-dire n'ayant pas réagi, par inver sion partielle de la réaction de production du sous- halogénure en contact avec l'alliage.
Les recherches qui ont conduit à l'invention ont permis en effet de constater qu'un préchauffage complet de la matière, permettant de réaliser une bonne économie générale au point de vue utilisation de la chaleur, sans sacri fice en ce qui concerne la récupération de l'alumi nium, peut être réalisé en faisant passer le gaz ayant réagi et contenant le sous-halogénure à travers l'al- liage frais sous forme granuleuse,
afin de chauffer ce dernier par réaction inverse d'une partie du sous halogénure en vue de donner de l'aluminium et l'halogénure normal. Bien que cette opération provo que de nouveau le dépôt d'une certaine quantité d'aluminium dans l'alliage frais, c'est-à-dire dans l'alliage qui arrive, ce qui impose une durée de trai tement plus longue dans la zone de réaction princi pale pour assurer la récupération désirée de l'alumi nium dans le condenseur, la commodité et l'écono mie inhabituelles qui accompagnent, ainsi qu'on le constate, ce mode de préchauffage, compensent de beaucoup l'effet défavorable sur le temps de traite ment.
Une réalisation efficace du procédé qui vient d'être décrit est essentiellement la suivante : On place une masse de matière granuleuse dans un réci pient ou convertisseur convenable après avoir amené préalablement cette masse de matière à la tempéra ture de réaction avant ou au moment de son intro duction dans le convertisseur, qui doit être égale ment préchauffé par une application temporaire de moyens de chauffage spéciaux.
On fait ensuite passer l'halogénure gazeux à travers la matière tandis qu'elle est soumise à un chauffage interne par con- duction de courant entre des endroits espacés.
On maintient en même temps une notable masse de ma tière n'ayant pas réagi et contenant de l'aluminium à proximité de la masse de matière qui se trouve dans la zone de réaction, par exemple sous la forme d'une couche ayant une notable épaisseur au-dessus de cette masse dans un convertisseur du type à cuve, puis on aspire le gaz de réaction contenant le sous- halogénure d'aluminium, qui s'échappe de la zone de conversion sensiblement à la température de réac tion, en faisant passer à travers la matière granuleuse n'ayant pas réagi.
Il se produit une inversion de la réaction de production du sous-halogénure, en ce sens que l'exposition du gaz à la température inférieure de la matière n'ayant pas réagi fait qu'une partie du sous-halogénure d'aluminium se trouve retrans- formée en aluminium et en halogénure d'aluminium normal. Une certaine quantité de chaleur se dégage, qui est appliquée dans toute l'étendue de la matière solide granuleuse, et il n'en résulte qu'une légère ré duction de la température effective du gaz lui-même.
Grâce à la nature exothermique de cette réaction inverse, on réalise un préchauffage effectif de la ma tière, tandis que le gaz qui est finalement évacué est maintenu à un état fortement chauffé, de manière à faire passer une notable portion du sous-halogénure d'aluminium dans le condenseur où se produit la majeure partie de la réaction inverse pour déposer l'aluminium purifié qu'on désire obtenir.
Au fur et à mesure que la matière usée est évacuée par la par tie inférieure du convertisseur, des additions sont effectuées à la partie supérieure de la masse de charge fraîche, et des fractions d'autant plus petites de celle-ci, fortement préchauffées par le processus sus-décrit, en fait la partie la plus chaude (dans chaque cas) de la masse n'ayant pas réagi, descen dent ou avancent dans la zone de réaction principale. Ainsi donc, au cours d'un fonctionnement continu, la zone de réaction ne reçoit que de la matière forte ment chauffée, de sorte qu'un chauffage électrique uniforme et intégral de la matière qui se trouve dans la zone de réaction est possible sans localisa tion du courant.
Bien qu'il se produise une certaine contribution thermique au profit de la charge fraîche, du fait de la conduction qui a lieu à partir de la masse sou mise à la réaction (au-dessous de la couche de ma- tière fraîche) la majeure partie et de loin de la cha leur est produite par la réaction chimique inverse. C'est ainsi que le rôle du préchauffage est effecti vement rempli, par exemple pour amener la charge fraîche à une température aussi élevée ou presque aussi élevée que celle qui doit régner dans la zone de réaction.
L'aluminium qui se dépose dans la charge n'ayant pas réagi est évacué en définitive par conversion en sous-halogénure au cours de la réac tion principale. Il ne se produit donc pas, en prin cipe, de perte de produit.
Le procédé est décrit plus complètement ci-après, ainsi que certains exemples de réalisation particu liers, en regard des dessins schématiques annexés, dans lesquels la fig. 1 est une vue en coupe verticale d'un convertisseur à cuve à fonctionnement continu utili sable pour la mise en oeuvre de l'invention ; la fig. 2 est une vue fragmentaire d'une partie de la fig. 1, dessinée à échelle réduite, montrant une construction particulière comportant des élé ments de préchauffage externes utilisés pour pré chauffer la charge qui arrive.
Bien que d'autres constructions d'appareils puis sent trouver leur emploi ici, il convient de donner la préférence en convertisseur 10 qui est représenté dans la fig. 1 et qui est du type à cuve verticale. Ce convertisseur comprend un récipient ou four cylin drique s'étendant de bas en haut et comportant des parois réfractaires 11 et un couvercle 12.
La partie inférieure et centrale 13, dont la hauteur verticale est désignée dans son ensemble par 13a, constitue la zone de conversion ou de réaction principale, limitée à la partie supérieure et à la partie inférieure par des électrodes annulaires 14, 15 implantées et noyées dans la paroi réfractaire cylindrique. Des électrodes faisant saillie vers l'intérieur et présen tant de préférence une certaine déclivité peuvent trouver leur emploi dans certains cas.
Les électrodes 14, 15 sont reliées à une source de courant conve nable 16 (soit un courant alternatif comme indiqué, soit un courant continu) de telle sorte que le chauf fage de la charge métallique granuleuse 17 soit assuré par le courant qui la traverse en passant d'une électrode à l'autre.
La chambre du convertisseur s'étend sur une notable distance au-dessus de la zone de réaction principale 13, afin de ménager un espace 18 de ré ception d'une masse de charge n'ayant pas réagi, reposant sur la masse principale qui se trouve en 13, et un espace 19 de captation des gaz duquel part un canal 20 aboutissant au condenseur 21. Ce dernier peut être de n'importe quel type connu, uti lisable pour le dépôt de l'aluminium et comportant si désiré des chicanes ou d'autres grandes surfaces de condensation. L'arrivée de la charge granuleuse dans le convertisseur s'effectue à travers un sas 22 pourvu d'une trémie d'arrivée 23, d'une vanne rotative 24, d'une chambre d'adduction intermédiaire 25 (avec orifice de sortie 26 pour l'évacuation de l'air intro- duit avec l'alliage) et une autre vanne rotative 27.
Grâce à cette disposition, des quantités successives de la charge sont amenées dans le récipient 25 en ouvrant la vanne 24, et elles avancent périodique ment par gravité pour pénétrer dans la chambre du convertisseur après des ouvertures successives de la vanne 27.
La charge d'alliage usée, c'est-à-dire ayant subi l'extraction, est évacuée à la partie inférieure de la chambre, par exemple à l'aide d'un dispositif d'éva cuation rotatif comprenant un cône vertical lisse ou cannelé 30 tournant lentement sous l'action d'un arbre vertical 31, de façon que la partie inférieure de la masse de la charge subisse une agitation cor respondante et soit entraînée au-delà d'un conduit d'écoulement 32, jusque dans une trémie de capta tion 33 à partir de laquelle des portions successives de la matière sont puisées par un sas 34.
Ce dernier peut être semblable au sas 22 et il peut comprendre deux vannes 35, 36, avec une chambre intermédiaire 37 communiquant avec l'atmosphère, de telle sorte que la matière usée puisse être recueillie par le canal d'écoulement 38. Le convertisseur fonctionne en principe en continu, bien que l'admission de la charge fraîche et l'évacuation de l'alliage usé s'opèrent par petites quantités séparées. Le mouvement général de la charge est assuré par gravité, y compris le déplace ment graduel vers le bas de la matière granuleuse dans la chambre du convertisseur. La matière des cend lentement à travers l'espace 18 pour parvenir dans la zone de conversion 13 et la traverser. Quand elle est usée, cette matière chemine à partir de cette zone 13 et franchit le dispositif d'évacuation 30 pour parvenir dans la goulotte d'écoulement 32.
La vapeur d'halogénure appropriée telle que le trichlorure d'aluminium (AIC1.;) qui se dégage dans un autre appareil convenable (non représenté) ou qui circule à nouveau est introduite par le conduit 40 au-dessous de la zone de réaction ; cette vapeur est judicieusement répartie par un organe convenable tel qu'un anneau distributeur ou une rainure annu laire 42 taillée au-dessous de l'électrode annulaire 15. L'halogénure gazeux s'élève à travers la charge gra nuleuse qui se trouve dans la zone de réaction 13 et est transformé partiellement en sous-halogénure à la haut-- température qui est maintenue dans cette zone, ce qui s'accompagne d'une extraction d'alumi nium à partir de la charge d'alliage.
Le gaz s'écoule continuellement de bas en haut pour pénétrer dans la masse fraîche de la charge 18, et il s'échappe en passant par l'orifice de sortie 20 pour gagner le con- denseur 21.
Grâce à une notable chute de température (par exemple de l'ordre de 600,1 C) produite entre l'espace 19 et l'extrémité de sortie du condenseur, le sous- halogénure est décomposé pratiquement en totalité en aluminium métallique pur qui se dépose sur les surfaces du condenseur. Le gaz résultant, qui est maintenant essentiellement ramené en totalité à l'état d'halogénure original, par exemple de trichlorure d'aluminium, est évacué hors du condenseur par le canal de sortie 43.
Il doit être entendu que le pas sage du gaz à travers l'équipement peut être assuré par un système de pompage approprié (non repré senté) qui peut être disposé par exemple dans le conduit 43, de façon à aspirer le gaz à travers le convertisseur 10. On peut maintenir les conditions de pression désirées (en principe à une valeur infé rieure à la pression atmosphérique) dans le conver tisseur grâce à un réglage approprié et à des opéra tions de pompage prévues aux endroits requis du trajet suivi par l'écoulement du gaz, ou encore en prévoyant une pompe à vide dans le conduit 43 si l'on a besoin d'une pression très faible.
Au cours du fonctionnement, la matière chargée peut être constituée par des métaux alliés ou autre ment agrégés, ou encore mélangés inséparablement, comprenant en majeure partie (bien que non néces sairement) de l'aluminium, ainsi que d'autres métaux tels que du fer, du silicium et du titane, ainsi que des métaux supplémentaires de même que du carbone.
La composition ou le mélange est souvent tel, par exemple en particulier dans les alliages d'aluminium avec un ou plusieurs des autres éléments susnommés, qu'on obtienne un coefficient thermique de résisti vité négatif dans une notable gamme de températures élevées. Bien que l'invention soit applicable à des métaux contenant de l'aluminium et provenant d'au tres sources, il convient de noter qu'en règle géné rale tous les alliages ou les métaux bruts provenant de minerai d'aluminium et se prêtant à une distilla tion sous forme de sous-halogénure paraissent avoir un coefficient négatif de ce genre.
La limite supé rieure (s'il y en a une) de cette gamme de tempéra tures s'approche souvent au moins des températures de l'ordre général imposé par la réaction de con version.
L'invention est applicable en particulier à l'ex traction de l'aluminium en partant d'alliages ou de mélanges métalliques analogues produits par la ré duction électrothermique ou plus généralement par une autre réduction directe de la bauxite ou d'un autre minerai d'aluminium.
Pour mettre en pratique le procédé, on remplit initialement le convertisseur jusqu'au niveau supé rieur 44 de la zone 18, puis on envoie le courant de chauffage aux électrodes 14, 15. Il est préférable à cet égard de prévoir un préchauffage supplémentaire de la matière constituant la charge, avant ou lors de l'introduction, dès le début même de l'opération, de façon à porter la quantité initiale de la matière 17 qui se trouve dans la zone de réaction à une tem pérature uniforme.
On conçoit qu'outre un chauf fage spécial de la quantité initiale de la matière cons tituant la charge, il convient ordinairement de porter le convertisseur lui-même à une température de 3000c, C à 1200 C avant le début du travail, par exemple en y introduisant une charge de morceaux de graphite ou de coke à travers laquelle on fait passer le courant entre les électrodes 14 et 15.
Le convertisseur étant alors chauffé, ainsi que la quan tité initiale de la matière contenant l'aluminium, qui occupe la place décrite ci-devant, on déclenche le fonctionnement, de telle sorte que de la vapeur d'ha- logénure (trichlorure d'aluminium) pénètre par le canal 40 et s'élève à travers la charge 17, tandis que cette dernière est maintenue à la température de réaction désirée par le passage du courant.
Conformément à l'invention, la masse en attente 18 de la charge de matière fraîche est soumise à un préchauffage par des moyens différents du passage du courant électrique à travers elle, de telle sorte qu'au fur et à mesure que des parties successives des cendent dans la zone de réaction, elles aient été por tées à une température propre à empêcher la locali sation du courant au sein de la masse principale 17.
C'est ainsi par exemple que, comme le montre la fig. 2, dans l'appareil par ailleurs semblable à celui que montre la fig. 1 (les mêmes organes portant des numéros de référence semblables) l'espace supérieur 19a renferme plusieurs éléments ou tiges de chauf fage électrique 45 s'étendant horizontalement selon un certain espacement en travers de cette région. Par rayonnement à partir de ces éléments, des quantités successives de charge fraîche (tombant de la vanne 27) et la masse 18 de la matière sont chauffées jus qu'à la haute température désirée, qui est en prin cipe la même que celle qui est maintenue au sein de la masse de réaction 17, avant de descendre pour faire partie de celle-ci.
Au lieu des éléments 45 visibles dans la fig. 2, on peut utiliser la réaction exothermique qui se pro duit quand le sous-halogénure gazeux provenant de la zone 13 est partiellement reconverti en halogénure normal et en aluminium métallique pour préchauffer la masse 18. C'est ainsi par exemple qu'on peut uti liser à cet effet l'appareil que montre la fig. 1.
Au moment où le gaz arrive à la limite supérieure de la zone de conversion, désignée par le point supérieur de la dimension 13a, il contient au moins une nota ble proportion de sous-halogénure, par exemple de monochlorure d'aluminium, et il a essentiellement la température de la zone de réaction.
Tandis que ce gaz traverse la masse 18 de charge n'ayant pas réagi et de charge n'ayant pas autrement subi de traitement, la température plus faible de celle-ci agit effectivement pour créer les conditions d'inversion de la conversion en sous-halogénure, par exemple dans la proportion d'un tiers environ de l'aluminium ori ginellement transformé dans la zone 13 en sous- halogénure.
La chaleur ainsi engendrée par l'inversion de la réaction sert à faire monter la température de la charge originellement froide 18 presque jusqu'à la température de la zone de réaction, surtout dans la partie inférieure de la matière qui n'a pas réagi. En même temps, le gaz demeure à l'état fortement chauffé, par exemple à une température qui n'est pas de plus de 40 à 501, C inférieure à sa température lors de son départ de la zone de réaction 13 quand cette dernière température est de l'ordre de 1000 à 1400 C environ.
Le gaz chauffé qui contient en core une notable proportion de sous-halogénure d'aluminium gagne alors le condenseur 21, dans le quel il se produit une inversion sensiblement com plète, ce qui provoque un dépôt d'aluminium à l'état purifié. Le gaz résultant, par exemple la totalité du gaz ramené à l'état de trichlorure d'aluminium, est évacué par le conduit 43, de manière à pouvoir être recueilli et utilisé à nouveau.
Des quantités supplémentaires de charge sont introduites à travers le dispositif 22, et la charge usée est en principe puisée continuellement à la base du four par le conduit 32. C'est ainsi que la totalité de la masse de charge fraîche 18 et de charge de réaction 17 se meut lentement de haut en bas à tra vers la cuve du convertisseur, ce qui fait arriver une charge fortement préchauffée dans la zone de con version 13.
Comme exemples spécifiques des diverses opé rations décrites ci-devant, des essais complets ont été faits sur des alliages (sous la forme granuleuse) dont la composition varie comme indiqué ci-après Aluminium 40 à 65 % Fer 20 à 45 % Silicium 2 à 20% Titane 2 à 6 % Carbone 3 à 6 % Des lits d'alliage granuleux de ce genre ont une résistivité à 20o C comprise dans la gamme approxi mative de 50 à 5000 ohms-centimètre.
La résistivité tombe rapidement à mesure que la température s'élève, jusqu'à une valeur approximative de 0,1 ohm- centimètre à une température de l000 à 1100 C, puis diminue plus lentement jusqu'à 0,05 à 0,1 ohm- centimètre à une température comprise entre 1400 et 1500,1 C.
En raison du coefficient thermique de résistivité fortement négatif, en particulier au cours d'une montée de température jusqu'à 1000 à 1100 C, et du fait que la température de la réaction désirée dans la zone 13 se trouve à ce niveau ou au- dessus de ce niveau, il est nécessaire de chauffer l'alliage jusqu'à ce point ou de préférence au-dessus de ce point avant qu'il ne descende dans la zone de passage du courant comprise entre les électrodes 14 et 15. Si l'alliage est notablement plus froid, il y a bien des chances pour qu'on ne puisse éviter la loca lisation du courant.
A titre d'exemple de fonctionnement utilisant l'appareil que montre la fig. 2, l'alliage (du type sus- indiqué) qui pénètre dans le convertisseur avec un débit horaire moyen de 0,054 m3 est préchauffé en 18 par des éléments résistants 45 en graphite, jus qu'à une température de 1050^ à 1250 C, avant de descendre dans la zone de chauffage par résistance directe 13.
Le trichlorure d'aluminium gazeux pré chauffé à 1000 -1300 C est envoyé à travers le convertisseur, par exemple à une vitesse horaire de 205 à 272 kg/heure, tandis que la chaleur est fournie à la charge 17 pour la maintenir à la température de réaction par passage de courant entre les électrodes 14 et 15, et tandis qu'on poursuit le préchauffage de la matière fraîche 18, qui est maintenue à un niveau 44 représentant au-dessus des électrodes 14 une hauteur qui peut être à peu près égale au dia mètre de la cuve du four.
Bien que, dans certains cas, des moyens puissent être employés pour assurer l'écoulement du gaz contenant le sous-halogénure d'aluminium à peu près au niveau de l'électrode 14, de façon qu'il ne traverse pas en principe la masse 18 et qu'il suffise de préchauffer cette dernière à peu près jusqu'à la limite supérieure de la gamme à coef ficient thermique de résistivité fortement négatif de l'alliage (si cette limite est inférieure à la tempéra ture de réaction principale) le préchauffage est effec tué au cours de l'opération qui suit approximative ment jusqu'à la température de la réaction dans la zone 13.
Il en résulte qu'il ne se produit pas ou peu de reconversion du monochlorure d'aluminium lors que le gaz passe à travers le lit 18 au cours de son écoulement vers le condenseur de décomposition 21, en vue de la récupération d'aluminium métallique pur comme cela est désiré.
Le chauffage par résistance dans la zone 13 est parfaitement uniforme et exempt des effets fâcheux dus à la localisation du courant. On réalise une en trée de puissance supérieure à 185 kW par m3, cor respondant à une extraction horaire approximative de 84 kg d'aluminium par m3. On constate que les températures obtenues autour de la circonférence de la colonne de charge mobile sont égales à 2,5 %. Ce qui indique l'intégralité du préchauffage, c'est que l'application de puissance nette des éléments 45 cor respond à environ 80 à 100 % de la quantité de chaleur de l'alliage à 1200 C.
Pour ce qui est du préchauffage par reconversion du sous-halogénure, on emploie de même des alliages comme décrit ci-devant et on introduit de la vapeur de trichlorure d'aluminium à travers le conduit 40 (fi-. 1). Si la masse 18 n'ayant pas réagi n'est pas autrement chauffée, on constate-que le gaz conte nant le sous-halogénure qui traverse cette masse, non seulement se dissocie ou se décompose partiellement comme il a été expliqué, mais que, ce faisant, il dé gage environ 2,2 kWh de chaleur par kg d'alumi nium ainsi condensé au sein de la charge.
Les con ditions de conversion dans la zone de réaction 13 peuvent être avantageusement telles que 90 % de l'aluminium contenu dans l'alliage originel, plus la totalité de celui qui se dépose dans la zone 18, soient convertis en monochlorure d'aluminium. Si la partie supérieure du convertisseur est convenablement iso lée, moyennant l'emploi d'un matériau réfractaire 11, 12 possédant de bonnes propriétés d'isolation thér- mique, il n'y a pas plus d'un tiers environ du con tenu en aluminium du gaz qui se condense dans la masse d'alliage 18 au-dessus de l'électrode supé rieure 14.
La température du gaz qui quitte le con vertisseur en traversant l'espace 19 ne sera que fai blement inférieure à celle à laquelle il a quitté la région des électrodes. En même temps, grâce à la production de chaleur au cours de la réaction in verse, l'alliage qui pénètre dans la région des élec trodes à partir du fond de la masse 18 est abondam ment préchauffé.
De façon générale, le préchauffage par réaction inverse dans la charge non traitée est de préférence assuré soit jusqu'à une température représentant la limite supérieure de la gamme dans laquelle la ma tière a un coefficient thermique de résistivité négatif, soit jusqu'à la température de réaction désirée dans la zone de conversion, suivant la valeur qui est la plus faible. Autrement dit, si le coefficient thermique né gatif a une valeur élevée, située au-delà de la tempé rature de réaction désirée, le préchauffage doit être effectué sensiblement jusqu'à cette température de réaction.
Mais si le coefficient négatif devient rela tivement faible à quelque température plus basse (par exemple comme dans. certains alliages spécifi ques mentionnés ci-devant) le chauffage par réaction inverse a simplement besoin d'être assuré jusqu'à la valeur limite supérieure du coefficient négatif, bien qu'il puisse être utilement porté jusqu'à un point plus voisin de celui de la réaction.
Une température de préchauffage désirée peut être aisément obtenue, par cette méthode de reconversion, par un réglage appro prié des facteurs caractéristiques comme les taux relatifs de distillation et d'addition des alliages et la géométrie et les pertes thermiques de la partie supé rieure du convertisseur.
C'est ainsi, par exemple, que le convertisseur à cuve que montre la fig. 1 peut comporter une cham bre interne ayant un diamètre égal à 60 cm et une distance verticale comprise entre les électrodes 14 et 15 égale à trois mètres environ. L'alliage est intro duit par le sas 22 à un débit horaire approximative ment égal à 0,054 m3. Le trichlorure d'aluminium gazeux préchauffé (qui peut avoir par exemple une température voisine de 10000 C est introduit par le conduit 40 à un débit horaire de 450 kg environ.
Si la matière constituant la charge contient environ 50 % d'aluminium, la production finale d'aluminium purifié dans le condenseur 21 est d'environ 45 kg par heure. Un exemple d'un alliage se prêtant à une pareille production a la composition suivante: alu minium 5 3 % ,fer 29 %, silicium 6 %, titane 3 % , carbone 4 %, oxydes et impuretés secondaires 5 %.
Au cours du fonctionnement, si l'on admet que la pression du gaz qui s'échappe par le canal 20 est égale à une atmosphère environ, les températures de l'alliage et du gaz dans le voisinage du bord supé rieur de l'électrode 14 sont toutes deux approxima tivement égales à 1290 C. Le gaz qui s'échappe hors du convertisseur est refroidi jusqu'aux environs de 12650 C en chauffant le lit n'ayant pas réagi de la masse d'alliage granuleux 18, celle-ci étant amenée à une température approximative de 1290 C dans la partie la plus basse, c'est-à-dire la plus voisine de la zone 13.
En pareilles circonstances, il y a en- viron un tiers de l'aluminium distillé sous la forme de monochlorure dans la zone de conversion qui est éliminé du gaz par suite de la réaction de condensa tion inverse. Dans un four ayant ces dimensions approximatives, si l'on admet que les conditions opé ratoires sont celles qui viennent d'être indiquées, la profondeur dans le sens vertical de la masse 18 de la charge qui n'a pas réagi peut varier entre 30 et 60 cm, le niveau. supérieur 44 ne se trouvant pas ainsi à plus de 60 cm au-dessus de l'électrode 14.