CH380957A - Procédé d'obtention d'aluminium pur à partir de métal granuleux contenant de l'aluminium - Google Patents

Procédé d'obtention d'aluminium pur à partir de métal granuleux contenant de l'aluminium

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CH380957A
CH380957A CH7426259A CH7426259A CH380957A CH 380957 A CH380957 A CH 380957A CH 7426259 A CH7426259 A CH 7426259A CH 7426259 A CH7426259 A CH 7426259A CH 380957 A CH380957 A CH 380957A
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aluminum
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Hutchison Johnston Alan
William Southam Frederick
Frederick Phillips Nor William
Otto Bohner Hans
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Aluminium Lab Ltd
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    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22BPRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B21/00Obtaining aluminium
    • C22B21/0038Obtaining aluminium by other processes
    • C22B21/0046Obtaining aluminium by other processes from aluminium halides

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Description


  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.

Claims (1)

  1. REVENDICATION Procédé d'obtention d'aluminium pur à partir d'un métal granuleux contenant de l'aluminium, par contact avec un halogénure d'aluminium gazeux à une température élevée pour produire un sous-halo- génure d'aluminium, lequel par refroidissement se décompose en libérant de l'aluminium, caractérisé en ce que l'on chauffe ce métal dans une zone de réac tion dans laquelle il est mis en contact avec l'halogé- nure d'aluminium,
    la température de réaction étant maintenue en faisant passer un courant électrique à travers le lit de métal granuleux dans cette zone de réaction, et en ce que l'on préchauffe 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 température correspondant sensiblement à la limite supérieure de l'intervalle des températures pour lesquelles les coefficients thermi ques de résistivité du métal sont négatifs. SOUS-REVENDICATIONS 1.
    Procédé suivant la revendication, caractérisé en ce que le métal contenant l'aluminium est astreint à progresser à travers une zone de réaction pourvue à ses extrémités opposées d'électrodes espacées, une charge fraîche de la matière étant préchauffée au contact du métal en traitement dans la zone de réac tion. 2.
    Procédé suivant la sous-revendication 1, ca ractérisé en ce que le métal contenant l'aluminium est traité dans un convertisseur vertical muni d'élec trodes annulaires espacées verticalement disposées de façon à délimiter les surfaces supérieure et infé rieure d'une zone de réaction à travers laquelle on fait monter l'halogénure d'aluminium gazeux, une masse de ce métal supporté,- dans le convertisseur s'étendant au-dessus de l'électrode supérieure afin de former une zone de préchauffage située au-dessus de la masse de métal qui se trouve dans la zone de réaction. 3.
    Procédé suivant la revendication ou les sous revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le métal contenant l'aluminium est préchauffé par un sys tème de préchauffage externe tel que des éléments chauffants électriques. 4. Procédé suivant la revendication ou les sous- revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le métal contenant l'aluminium est préchauffé par contact avec le sous-halogénure d'aluminium formé, lequel se décompose partiellement.
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