Procédé de préparation d'aluminium pur à partir de ses alliages La présente invention concerne un procédé de préparation d'aluminium pur à partir de ses alliages, dans laquelle ledit alliage, finement divisé, est préa lablement mis en contact et mouillé avec du mer cure à haute température, l'aluminium qu'il contient étant ensuite extrait dans du mercure chaud.
Il est connu de récupérer l'aluminium à partir de ses amalgames, obtenus par traitement d'alliages d'aluminium par le mercure. Dans de tels procédés lesdits alliages sont, de préférence, prétraités par du mercure gazeux, puis introduits, sous pression, dans un extracteur, où ils sont mis en contact, à contre- courant, avec du mercure chaud. L'aluminium passe en solution dans le mercure, tandis que le résidu, non dissous, est séparé par décantation de la phase li quide mercure-aluminium ; l'aluminium purifié est alors précipité par refroidissement.
Lesdits procédés comportent un certain nombre d'inconvénients, les rendant difficilement utilisables. Tout d'abord, le résultat recherché par le prétraite- ment, à savoir le mouillage des particules d'alliage par le mercure, ne sera efficace que si le mercure est ensuite refroidi et liquéfié ; ceci implique, en consé quence, d'une part une dépense supplémentaire d'énergie de refroidissement, puis de chauffage lors de la phase d'extraction ultérieure et, d'autre part, l'emploi d'appareillages délicats.
En outre, ledit pré- traitement ne faisant que mouiller l'alliage, mais ne commençant pas l'extraction de l'aluminium contenu par le mercure, ces procédés nécessitent des temps opératoires longs, des appareillages conséquents et des quantités de mercure importantes.
Enfin, il sera nécessaire d'utiliser, lors de la phase d'extraction, et suivant la composition des alliages d'aluminium de départ, des hauteurs hydrostatiques extrêmes de l'ordre de 40 à 45 mètres, pour des températures dans l'extracteur de l'ordre de 560 C ; l'alliage li- quide est, dans ce but, transporté dans des tuyaute ries en tungstène, convenablement isolées et chauf fées.
Dans les procédés connus, la transmission de chaleur nécessite de grandes surfaces d'échanges et, par suite, des quantités importantes de mercure ; ceci implique, par ailleurs, les inconvénients majeurs de ralentir, voire limiter, la décantation des produits insolubles dans le mercure, et de provoquer des obs tructions dans les appareillages.
La présente invention se propose de supprimer partiellement ou en totalité, les inconvénients énoncés ci-dessus.
Elle a pour objet un procédé du genre susmen tionné, caractérisé en ce que l'on met en contact, à l'abri de l'air, lors de leur avancement continu, l'al liage d'aluminium liquide et du mercure liquide, ou un alliage de mercure à une température supérieure à 400o C, en ce que l'on obtient une phase liquide mercure-aluminium contenant des matières insolu bles, que l'on élimine lesdites matières insolubles, que l'on refroidit la phase purifiée mercure-alu- minium et fait cristalliser l'aluminium et sépare les cristaux d'aluminium du mercure liquide ou de l'al liage liquide de mercure.
Diverses formes d'exécution de l'invention seront maintenant décrites à titre d'exemple.
L'opération de prétraitement pourra être réalisée soit à la pression atmosphérique, soit sous des pres sions supérieures. Lorsque, d'une part, on travaille sous pression, l'alliage d'aluminium sera préalable ment placé dans un appareillage maintenu sous une pression adéquate d'un gaz neutre, tel que de l'argon par exemple ; ceci présente le grand avantage d'évi ter l'utilisation des hauteurs hydrostatiques extrêmes, nécessitées, selon les procédés connus, pour l'intro duction dudit alliage dans la zone de mise en con tact avec le mercure.
Le mercure liquide, ou l'un de ses alliages, sera également mis préalablement sous pression égale, par tout moyen connu en soi.
Il est, d'autre part, possible de ne placer initiale ment sous pression que l'un des deux liquides, le se cond se trouvant soit à la même pression que celle établie dans la zone de prétraitement, soit à une pres sion intermédiaire entre cette dernière et celle du premier liquide. Dans ce cas, l'appareillage sera cons truit de façon telle que le liquide sous pression en traînera l'autre liquide en se mélangeant intimement avec lui.
Selon un mode de réalisation préférentiel de l'in vention, on pulvérise simultanément, dans une même chambre, l'alliage d'aluminium liquide et le mercure liquide, ou l'un de ses alliages, de façon telle que les cônes de métaux atomisés, ainsi formés, s'interpé nètrent intimement ; un tel processus permet la for mation de particules très fines, et évite toute agglo mération.
On a trouvé, par ailleurs, que l'alliage d'alu minium liquide et le mercure ou l'alliage de mercure liquide pouvaient être introduits simultanément par les deux orifices d'entrée d'un injecteur ou d'une tuyère de mélange.
De plus, le rapport d'alliage d'aluminium au mer cure, ou son alliage, et leurs températures initiales pourront être réglés, au cours de la phase de prétrai- tement, en fonction du rapport mercure solvant à aluminium dissous et de la température, fixés dans la phase ultérieure d'extraction.
De cette façon, la quantité de chaleur, emmagasinée par l'alliage d'alu minium liquide, sera totalement utilisée pour chauf fer le mercure solvant ; si cette quantité de chaleur se révélait insuffisante, un apport supplémentaire de calories pourrait alors être fourni.
L'alliage d'aluminium, mélangé au mercure, sera alors directement dirigé, sans appareillage spécial, et à la température maxima désirée, dans la zone d'ex traction.
En conséquence, le procédé, objet de la présente invention, permet une économie très importante d'ap pareillage, dénergie et de mercure; en outre, le fait de pouvoir travailler avec de plus faibles quantités de mercure facilitera, dans de grandes mesures, la séparation ultérieure des particules insolubles.
Le mélange d'alliage d'aluminium et de mercure liquide, ou de l'un de ses alliages, aux environs de 5300 C, sera, par exemple, intimement mélangé et entrainé à travers un cylindre horizontal, au moyen d'une vis sans fin, ainsi qu'il sera décrit plus loin.
On a trouvé également que la phase d'extraction pourrait être réalisée ainsi qu'il est décrit plus loin et représenté sur la fig. 4. Un tel processus opéra toire éviterait tout appareillage mécanique subsi diaire ; il permettrait, en outre, de régler le temps de contact entre les particules d'alliage d'aluminium solide et le mercure liquide, pour l'extraction maxi mum de l'aluminium par le mercure, en fonction de la grosseur desdites particules. On pourrait, ainsi, aisément empêcher tout passage d'aluminium non dissous dans la phase suivante du procédé.
La phase liquide mercure-aluminium obtenue, qui pourra alors être partiellement purifiée des ma tières insolubles y contenues, par simple décantation, sera pulvérisée, à travers une tuyère d'atomisation réglable, dans une chambre d'expansion, consistant en un réservoir dans lequel est maintenue une cer taine tension de vapeur de mercure ; et ce, sans avoir recours à un appareillage de transport spécial.
Dans ladite chambre, la pression de vapeur du mercure est maintenue à une valeur telle que l'évaporation par tielle de la phase mercure-aluminium atomisée, pro voque une faible chute de la température jusqu'à une valeur légèrement inférieure au point de saturation de l'aluminium dans ladite phase. Il se produit alors une cristallisation de l'aluminium, qui entraîne en tièrement les matières insolubles et les fait rapide ment décanter ; la couche de matières solides ainsi formée est évacuée à travers des transporteurs cylin driques, équipés de vis, ainsi qu'il sera décrit plus loin.
On a mis au point, afin d'éviter tout risque d'obs truction desdits transporteurs, une disposition inclinée de ceux-ci. Leur extrémité, la plus éloignée du ré servoir de séparation, sera située plus bas que l'ex trémité s'y rattachant.
Elle a établi par ailleurs que, le niveau de la phase liquide mercure-aluminum, au fond dudit ré servoir de séparation, doit être maintenu sensible ment plus bas que le point de raccordement desdits transporteurs. Ceci, non seulement favorise l'élimina tion de tout risque de bouchage dans les transpor teurs, mais encore permet une décantation rapide et aisée de la phase liquide mercure-aluminium.
En outre la couche de matières solides, alu minium cristallisé - matières insolubles dans le mer cure, qui se forme en continu dans le réservoir de séparation et décante de la phase liquide aluminium- mercure, ainsi qu'il a été exposé plus haut, agit pré férentiellement comme un filtre eu égard à ladite phase liquide, qui la traverse continuellement ; ce qui favorise, encore, la décantation desdites matières so lides.
De plus, ledit filtre présente la caractéristique im portante d'être incolmatable ; en effet, sans cesse re nouvelé, d'un côté, par un apport nouveau de ma tières fraîchement décantées, il est débarrassé, de l'autre, de son excédent en lesdites matières par les vis des transporteurs cylindriques.
Enfin, une autre caractéristique desdits transpor teurs consiste en ce qu'ils sont alimentés, ainsi qu'il est décrit plus loin, par l'extrémité opposée au réser voir de séparation, avec une faible quantité de mer cure liquide, pur, qui circule en contre-courant des- dites matières solides ; ce qui évite, de même, tout risque d'obstruction de l'appareillage.
La phase de séparation des matières insolubles, selon le processus décrit ci-dessus, peut-être réalisée soit en un seul stade, soit en plusieurs stades ; dans ce dernier cas, les conditions opératoires sont éta blies de façon que l'on ne cristallisera, à chaque stade du processus, qu'une quantité très faible d'aluminium, correspondant à une fraction définie de la quantité d'aluminium qui aurait été cristallisée si ledit proces sus avait été réalisé en un seul stade. Il sera possible, selon cette méthode, d'obtenir par exemple un taux de purification identique à celui obtenu avec un pro cessus ne comportant qu'un seul stade, tout en ne cristallisant qu'une quantité inférieure d'aluminium.
L'amalgame mercure-aluminium liquide obtenu, purifié des matières insolubles dans le mercure et, éventuellement, de certaines des impuretés qui ont pu passer en solution dans le mercure et ont été éliminées en même temps que les matières insolubles, est alors introduit dans la phase de récupération de l'aluminium pur, par refroidissement à une tempéra ture inférieure à 360o C.
Un mode de réalisation préférentiel de l'invention consiste dans la pulvérisation dudit amalgame dans une zone d'expansion, où règne une tension de va peur de mercure telle que la détente ainsi obtenue provoque un abaissement de la température jusqu'aux environs de 300 C, entraînant la cristallisation de la totalité de l'aluminium y contenu, en fines particules.
Il est également possible de refroidir ledit amal game par injection dans un réservoir contenant du mercure liquide, convenablement refroidi. On a, dans ce cas, établi que l'amalgame doit être injecté dans des conditions telles que son refroidissement et la cristallisation de l'aluminium se produisent au sein même du mercure froid et non contre les _parois du réservoir le contenant, afin d'éviter toute prise en masse des cristaux d'aluminium formés sur lesdites parois.
Le réglage de la température de la phase de ré cupération est établi en fonction du rapport dudit amalgame chaud au mercure froid. Ce dernier peut être préparé de toute façon connue en soi, par exem ple en injectant et vaporisant un hydrocarbure ayant un point d'ébullition convenable, à la pression vou lue; on a trouvé que les traces d'hydrocarbure, qui peuvent entrer dans la phase mercure-aluminium en même temps que le mercure froid, n'ont d'effet nocif à aucun stade du procédé, même dans la séparation par fusion de l'aluminium pur.
On obtient alors, par simple décantation, une phase inférieure de mercure liquide et une phase su périeure, contenant les cristaux d'aluminium et une certaine partie du mercure liquide. On peut séparer lesdits cristaux du mercure par tout moyen connu en soi et, par exemple, par centrifugation.
Toutefois, selon un mode de réalisation préféren tiel, on sépare les cristaux d'aluminium du mercure liquide par compression, obtenue par laminage du mélange entre des bandes à fines mailles, à course pa rallèle ; lesdites bandes peuvent être constituées de toute manière connue en soi.
Le cas échéant on peut, préalablement audit trai tement de séparation, soumettre le mélange, cristaux d'aluminium - mercure liquide, à un lavage par du mercure liquide pur ; ceci, ayant pour objet de rem placer le mercure initial, pouvant contenir certaines, impuretés dissoutes, par du mercure pur. Le mer cure initial, ainsi séparé, pourra être traité, par ail leurs, dans un but de purification et/ou de récupéra tion desdites impuretés.
On a établi, en outre, que l'aluminium peut être dissous sous une pression sensiblement plus basse, si on emploie des alliages du mercure au lieu de mer cure pur. Les matières, qui conviennent alors, com prennent le mercure contenant un faible pourcentage en poids de potassium, de sodium, de zinc, d'étain ou d'un autre métal facile à dissoudre dans le mer cure.
On a trouvé, ainsi qu'il a déjà été dit plus haut, que l'élimination d'un métal alcalin, de zinc, d'étain et/ou d'un métal similaire, soit de l'aluminium pur cristallisé, soit des matières insolubles, précédem ment séparées, peut être effectuée par lavage avec du mercure pur. Ceci sera exposé, plus loin, dans le cas du sodium.
D'autres précisions sur le procédé et l'appareil lage, objets de la présente invention, seront exposés ci-dessous avec références aux figures jointes, et dans quelques exemples de réalisations.
Les fig. 1 et 2 représentent des dispositifs géné raux d'appareillages de préparation de l'aluminium à partir de ses alliages, selon l'invention. La fig. 3 se rapporte à une réalisation spéciale d'introduction clé l'alliage d'aluminium dans l'appareil de séparation; la fig. 4, à une technique particulière d'extraction.
La fig. 1 représente une chambre fermée 1, rem plie d'argon sous pression, contenant un récipient 2 qui reçoit l'alliage d'aluminium. Une pompe centri fuge 3 est disposée pour refouler du mercure à une tuyère de mélange 4, à laquelle l'alliage d'aluminium arrive en descendant du récipient 2 par une con duite 5. A l'orifice du tuyau 5, le fond du récipient 2 est fermé en partie par un bouchon conique 6 qui peut être déplacé, vers le haut ou le bas, au moyen d'une tige 7 ; la quantité d'alliage d'aluminium, s'écoulant par le tuyau 5, peut ainsi être réglée. La conduite d'admission à la pompe 3 est indiquée par 8.
Dans cette conduite, un tube de niveau 9, en verre, est disposé pour permettre de maintenir le mercure à un niveau constant, en réglant la pompe. Après la tuyère de mélange 4, un cylindre 10 est placé, avec une vis de transport 11 qui met en mouvement le mélange qui entre. Le cylindre 10 s'ouvre dans un récipient de séparation 12, relié par une partie ré trécie 13,à un cylindre incliné 14 muni d'une vis de transport 15, et par un tube courbé 16,à un réci pient de séparation 17 qui sera décrit plus loin.
A partir du cylindre 14, une conduite verticale 18 fait une dérivation, à travers laquelle le mercure peut monter jusqu'à un autre cylindre incliné 19 muni d'une vis 20. Le cylindre 19 est entouré d'une en veloppe de chauffage 21 munie d'une sortie 22 et d'une entrée 23. Un condenseur 24 est disposé pour renvoyer le mercure à la colonne 18.
Le récipient 17, mentionné ci-dessus, est relié à un condenseur à mercure 25 placé au sommet du système, refroidi de façon appropriée. Au fond du récipient 17, une tuyère 26 est placée pour l'introduction de la phase mercure-aluminium atomisée. Lorsque le mélange mercure-aluminium se détend, il se produit un re froidissement et une petite quantité d'aluminium est déposée sous forme solide comme il est indiqué en 27, formant ainsi un filtre pour les particules qui tombent dans le récipient 17.
Près de l'ouverture in férieure 17, un autre cylindre incliné 28 est placé avec une vis de transport 29, qui envoie une certaine quantité de particules solides, en même temps qu'un peu de mercure occlus, par une conduite verticale 30, au cylindre incliné 31, disposé et équipé d'une manière semblable au cylindre 19. Le fond du ré cipient 17 a la forme d'une cuve conique 32, avec écoulement par un tuyau 33, qui mène, par une tuyère 34,à un cristalliseur 35, muni d'un conden- seur 36 pour les vapeurs de mercure.
Par atomisation et détente du mélange mercure-aluminium en 34, une chute de température jusqu'aux environs de 300,) C, est réalisée automatiquement dans le récipient 35 et l'aluminium cristallise à partir de la solution. A par tir du récipient 35, un cylindre 37, muni de la vis 38, transporte le mélange de mercure et d'aluminium dans une caisse sans air 39, maintenue à la pression atmosphérique ordinaire, où une séparation de mer cure et d'aluminium solide a lieu.
Dans cette caisse, un transporteur double 40, à fines mailles, est dis posé pour alimenter en pâte mercure-aluminium, par les rouleaux 41, un laminoir à cylindres 42, où la pâte est soumise à une pression. 43 désigne un élé vateur à godets qui envoie l'amalgame d'aluminium, qui est maintenant solide, dans un four de fusion 44. 45 est un autre condenseur de mercure et 46 est un joint liquide au fond du four 44.
Le fonctionnement de l'appareil sera exposé en détails dans les exemples décrits plus loin.
La fig. 2 représente une réalisation un peu diffé rente de l'appareil. La pompe centrifuge, prévue pré cédemment, est désignée par 47. Les tuyères atomi- santes sont en 48. Une chambre 49 est remplie d'ar gon à la pression atmosphérique. Le récipient, à par tir duquel l'aluminium est introduit dans le circuit, est désigné par 50, l'obturateur pour le contrôle de l'écoulement de l'aluminium par 51. L'aluminium coule par un tuyau 52 vers une tuyère 53 où il est atomisé et mélangé avec le mercure provenant des tuyères 48.
Le mélange d'aluminium-mercure, ou son alliage, est introduit à travers le tuyau 54 dans le cylindre d'extraction 57 ; ledit mélange est porté à la température d'extraction par chauffage progressif le long de 54, par tout moyen connu et par exemple par passage in situ d'un courant électrique adéquat, représenté sur la figure par les bornes 55, 56. Le cylindre 57 est équipé d'une vis transporteuse 58.
Une enveloppe en caoutchouc 59, remplie à moitié d'argon, est connectée au moyen d'un con- denseur à mercure 60 à la chambre de mélange 49, y maintenant une pression atmosphérique d'argon. Après avoir passé dans le cylindre 57, les métaux ar rivent à la chambre d'atomisation 61 connectée au condenseur 62 à sa partie supérieure et à une chambre 63 à sa partie inférieure. Cette dernière est une chambre de refroidissement dont la température est maintenue à 300 C par introduction de mercure à 50,1 C par une tuyauterie 64. La vanne au fond de la chambre 63 est réglée de façon que le niveau du mercure au fond de la chambre 61 soit maintenu constant.
Un circuit dérivé 66 retourne du mercure à la tuyauterie 64.
Du récipient 61, un cylindre incliné 67 bifurque, aboutissant à une colonne montante 68 ; de là, à un autre cylindre incliné 69, équipé d'une enveloppe chauffante.
Le cylindre indiqué plus haut, 65, aboutit à un transporteur similaire à celui indiqué sur la fig. 1. Le fonctionnement de l'appareil sera exposé en détails au cours des exemples 2 et 4 ci-après. La fia. 3 représente une réalisation différente des dispositifs d'alimentation et de mélange. Un injecteur de mélange est visible en 70 et une pompe transmet tant le mercure en 71.
L'alliage d'aluminium est reçu du récipient 72 par la conduite 73. Ensuite le mélange d'alliage et le mercure sont envoyés, par la tuyauterie en acier 74, dans un cylindre 75 où l'alliage se dissout dans le mercure. Le fonctionnement de cette disposition mo difiée de l'appareil suivant l'invention est décrit plus en détail dans l'exemple 3.
La fig. 4 représente une réalisation différente du dispositif d'extraction. Le mélange, alliage d'alumi- mum-mercure, ou l'un de ses alliages, provenant de la phase de prétraitement, est introduit, à une tem pérature de l'ordre de 5300 C, par la canalisation 77 dans le réservoir, représenté en 78.
Ledit mélange est introduit en 79, dans le fond du cône supérieur du réservoir 78 et le mercure passe le lit de particules solides 80, constitué d'une part, par de l'aluminium, non encore dissous dans le mercure, et d'autre part, de matières insolubles, décantant préférablement dans la partie supérieure du cône, pleine de la phase li quide mercure-aluminium 81, qui est envoyée, à tra vers 82, aux phases de purification et de récupéra tion ultérieures.
Le mélange, introduit en 79, rencontrera tout d'abord les particules les plus grosses, puis viendra, ensuite, au contact des plus fines ; en plus du phé nomène de dissolution chimique de l'aluminium dans le mercure, s'ajoutera le phénomène physique d'abraison et dislocation des particules solides, qui fa vorisera, ipso fecto, ladite solution. Ce processus per met donc un épuisement systématique de l'alliage d'aluminium et évite aisément d'envoyer aux phases ultérieures du procédé de l'aluminium non encore dissous dans le mercure.
<I>Exemple 1</I> (avec référence à la fig. 1) Une quantité de 175 kg par minute d'une liqueur mère de cristallisation d'aluminium, qui revient de l'extracteur, est portée à une pression d'environ 15 atm par une pompe centrifuge 3 et introduite dans la chambre extérieure de la tuyère de mélange 4. Dans la partie centrale de la tuyère de mélange, il entre en même temps 5,8 kg par minute d'un alliage d'aluminium liquide contenant environ 60 % Al et 40 % Si à une température de 960-970 C. Cet al liage Al-Si est alimenté à partir d'un creuset chauffé 2, disposé dans une chambre pressurisée 1, sous en viron 14 atmosphères de pression d'argon.
L'écoule ment de l'alliage Al-Si est réglé par un bouchon co nique 6 à l'orifice du fond du creuset. Le réglage pré cis est fait à la main ou automatiquement, de telle façon que la température de la charge de mercure et de particules d'alliage Al-Si, qui passe continuelle ment de la tuyère de mélange à la section de dissolu tion de l'extracteur, soit maintenue constante appro ximativement à environ 530 C. Le débit de mercure à la pompe centrifuge 3, est maintenu constant.
Le mélange, qui est produit, d'une phase de mer cure et de particules d'alliage d'aluminium solide à environ 5300 C, s'écoule en courants parallèles et sans dispositif de transport supplémentaire dans la partie 10 de l'extracteur où a lieu la mise en solution. Cette section est sous une pression d'environ 12 atm et elle est munie d'une vis de transport 11 pour la pro pulsion. Après quelques minutes de séjour dans le dissolveur 10, isolé thermiquement, la plus grande partie de l'aluminium est dissoute dans le mercure.
Le mélange de la phase mercure-aluminium et du résidu passe maintenant dans le séparateur 12, dans lequel une certaine quantité de la matière non dis soute flotte à la surface de la phase mercure-alu- minium et est retirée par le cylindre incliné 14 et la vis de transport 15 à une extrémité et passe par la colonne montante 18, dans laquelle elle se sépare en flottant à la surface du mercure et, de cette façon sort de la zone sous pression dans la zone à pression atmosphérique ordinaire, puisque la colonne de mer cure, dans la colonne montante 18, contrebalance l'excédent de pression existant dans le cylindre de transport 14, le séparateur 12 et le dissolveur 10.
La surface supérieure du mercure est située dans le cylindre incliné 19 muni de la vis de transport 20, où le résidu est écumé à la surface du mercure, et chauffé par l'enveloppe 21. Le mercure vaporisé est condensé dans le condenseur à reflux 24 et renvoyé, sous forme liouide, à la surface du mercure. La phase mercure-aluminium, avec des restes de résidu fin, s'écoule par sa propre pression hors du séparateur 12 vers la tuyère d'atomisation 26 du séparateur 17, et elle est détendue en passant à travers la tuyère 26 à 6,5 atm, pression maintenue dans le récipient 17 par le condenseur de vapeur de mercure 25, refroidi de façon appropriée.
Le réglage de l'écoulement à travers la tuyère 26 est effectué automatiquement, de sorte que le niveau du mercure, dans la colonne montante 18, est main tenu approximativement constant. La matière se re froidissant à 495 C, par suite de la détente, le point de saturation. de l'aluminium se trouve dépassé ; une petite quantité d'aluminium précipite sous forme so lide, enveloppant les particules de résidu, ce qui les agglomère et les fait déposer facilement. Une couche 27, de particules solides, se forme au-dessus de la phase mercure=aluminium dans la cuve 32, agissant comme filtre vis-à-vis du mélange de la phase mer cure et des particules solides qui précipitent, à partir du récipient 17.
L'excédent de solides, enlevé par la vis de transport inclinée 29 et la colonne montante 30, est apporté jusqu'au niveau du mercure, de fa çon continue, alors que la phase mercure-aluminium homogène, purifiée à 495 C, coule goutte à goutte à travers le lit filtrant 27 et passe à la cristallisation d'aluminium principale. Cette dernière est effectuée par la tuyère d'atomisation 34, le cristalliseur 35 et le condenseur de vapeur de mercure 36, en mainte nant une pression de vapeur de mercure absolue d'environ 245 mm/mercure dans le cristalliseur 35. Par détente et vaporisation, une température d'envi ron 3000 C est établie automatiquement.
Ceci fait cristalliser l'aluminium dissous, jusqu'à une teneur résiduelle de quelques dixièmes pour cent. Des cris taux s'agglomèrent et sont évacués, par le bas du cristalliseur 35, à l'aide d'une vis de transport placée dans le cylindre barométrique incliné 37, dans la caisse sans air 39, sous la pression atmosphérique ordinaire. La phase mercure et l'aluminium solide se séparent ici.
Le mercure retourne par 8 au traitement préalable de l'alliage d'aluminium frais dans la pompe centrifuge 3, la pâte mercure-aluminium qui a environ 90,% Hg et 10 % Al est ramassée par la bande transporteuse double 40,à mailles fines, où une certaine quantité du mercure est exprimée par les rouleaux à ressorts 41.
La masse friable, enrichie à environ 20 % d'aluminium est chargée dans un la- minoir 42 et amenée par laminage à 60-65 % d'alu- minium. Un élévateur à godets 43 charge l'amalgame d'aluminium, qui est maintenant très dur, dans le four de fusion 44, où il est chauffé à 700-750 C, le mercure est séparé, par distillation dans un courant d'argon,
à la pression ordinaire, et précipité dans le condenseur de vapeurs de mercure 45. L'aluminium liquide, exempt de mercure, sort du four par le joint liquide 46, d'une façon continue, et contient au moins 99,99 % d'Al pur. Tout l'équipement est isolé ther- miquement vers l'extérieur.
<I>Exemple 2</I> (avec référence à la fig. 2) Une quantité de 175 kg par minute de mercure à environ 290 C, provenant de la cristallisation d'alu minium principale, est injectée, à l'aide de la pompe centrifuge 47 et des tuyères d'atomisation 48, dans la. chambre 49 remplie d'argon à la pression ordinaire.
En même temps, environ 3,8 kg par minute d'un al liage d'aluminium liquide à environ 7000 C, conte nant 95 a/o ('Al, le reste étant Cu, Fe, Si, Sn, Zn, et autres, sont injectés par une tuyère d'atomisation 53, dans la même chambre, sous la pression d'une co lonne de métal liquide 52, de 8 m de hauteur, de telle faon que les cônes de dispersion du mercure compénètrent le cône de dispersion de l'alliage d'alu minium. Le bas de la chambre 49 est à environ 12 mètres au-dessus du dissolveur 57, la partie la plus chaude du système d'extraction attenant.
Les fines particules, mouillées par le mercure et solidifiées, d'alliage d'aluminium à environ 3600 C, tombent, en même temps que le mercure, dans la chambre d'ato- misation 49, et, en parallèle avec un courant de mer cure, coulent à travers la canalisation descendante 54, vers le dissolveur 57.
La chambre d'atomisation 49 communique avec le ballon de caoutchouc 59, de ca pacité environ 5 mètres cubes au maximum, à moitié rempli d'argon, et reste à la pression atmosphérique pratiquement constante, le ballon de caoutchouc 59 agissant comme un matelas et compensant toute con traction et expansion des gaz dans la chambre d'ato- misation 49. Le condenseur à reflux de vapeur de mercure, 60, refroidi par l'eau, intercalé entre la chambre 49 et le ballon de caoutchouc 59, empêche la vapeur de mercure chaude d'entrer dans le ballon.
La charge de mercure et de particules d'alliage d'alu minium est chauffée de 360 < 1 à 5300 C sur le trajet de la chambre d'atomisation 49 au dissolveur 57, par exemple à l'aide d'un chauffage électrique de la con duite 56, et passe ensuite, maintenu en mouvement continuel par la vis transporteuse 58, à travers le dis- solveur 57 et est envoyée directement dans la cham bre d'atomisation 61, où elle se détend à 6,5 atm de pression et se refroidit à 4950 C.
En même temps, comme décrit dans l'exemple 1, un faible degré de cristallisation de l'aluminium fait précipiter tout le résidu, qui est ensuite déchargé.
La phase mercure-aluminium est ensuite injectée dans la chambre de refroidissement 63, de telle ma nière qu'elle s'écoule à peu près au centre de la masse plus froide de mercure à 3000 C, sans toucher d'abord les parois, afin d'éviter toute formation de cristallisation sur celles-ci. La température de 300o C, dans la chambre du mercure refroidi 63, est main tenue constante par une introduction continuelle de 140 kg par minute de mercure refroidi à 500 C, par la conduite 64. La vanne du récipient 63 est réglée de façon que le niveau du mercure liquide, dans la partie conique du récipient 61, reste approximative ment constant et inférieur à celui de l'entrée du sé parateur 67.
Par refroidissement à 300 C, la masse principale de l'aluminium dissous se sépare par cristallisation et elle est écumée à partir de la phase mercure, par la vis transporteuse 65, lavée avec un peu de mercure pur provenant de l'un des condenseurs de vapeur de mercure et, comme décrit dans l'exemple 1, séparée mécaniquement et thermiquement du mercure.
La majeure partie de la phase mercure, provenant de la cristallisation de l'aluminium, retourne automatique ment du récipient 63 à la pompe centrifuge à alu minium, alors qu'une quantité de 140 kg/min est dé- rivée par la conduite 66 pour être refroidie à 50a C, par exemple par contact direct avec un hydrocarbure liquide bouillant à 50c, C. Le mercure refroidi re tourne à 50o C au cristalliseur 63. Dans un circuit auxiliaire 64-66, les métaux Pb, Sn, Zn et autres sont séparés continuellement par refroidissement d'une partie du liquide circulant dans ledit circuit, ou par tout autre moyen connu en soi, et évacués sé parément.
L'aluminium liquide pur contient 99,99 % Al, et il peut être raffiné à 99,
999 % A1 si la phase mer- cure-aluminium est soumise à une précristallisation supplémentaire. L'analyse montre que la fraction de cuivre dissous a été précipitée dans le précristallisat. Tout l'équipement est isolé thermiquement.
<I>Exemple 3</I> (avec référence à la fig. 3) Une quantité de<B>175</B> kg par minute de liqueur mère de mercure venant de la cristallisation de l'alu minium pur et qui revient de l'extracteur à environ 2900 C, est portée à une pression d'environ 20 atm, par la pompe centrifuge 71, et introduite dans la chambre extérieure de l'injecteur de mélange 70.
En même temps, par la conduite de tungstène 73, 5,8 kg/min d'un alliage d'aluminium liquide, conte- nant environ 60 % A1 et 40,% Si, entrent dans la partie centrale de la tuyère de mélange 70, à une température de 900-970 C, en provenance du creu set 72 placé à 4 mètres au-dessus de l'injecteur de mélange 70 et sont portés à une pression totale de la charge résultant du mélange, égale à 12 atm,
à l'aide de la pompe à mercure 71, agissant comme moyen de propulsion. La température de la charge à la sortie de l'injecteur est d'environ 530 C. Elle passe sous la pression d'injection au dissolveur 75 par la conduite d'acier 74.
La dissolution de l'aluminium dans le mercure et le traitement qui suit ont lieu comme cela a été ex posé précédemment dans l'exemple 1. L'équipement est isolé thermiquement.
<I>Exemple 4</I> (avec référence à la fig. 2) 175 kg par minute de mercure à environ 290o C et 3,7 kg par minute d'un alliage liquide à 90 0/0 d'aluminium et 10 % de béryllium à 11000 C, pro- venant d'un creuset chauffé, placé à une hauteur d'environ 4 mètres, sont mutuellement atomisés, comme il est décrit dans l'exemple 2, dans une chambre 49 remplie d'argon et,
tout en étant chauf fés progressivement d'environ 360 à 5300 C, sont conduits, par la conduite 56, au dissolveur 57 placé à un niveau inférieur, suffisamment long pour assu rer une durée de séjour d'environ 1,5 fois la durée dans l'exemple 2, afin de réaliser une dissolution pra tiquement complète du composant aluminium. Par précristallisation d'une petite fraction de l'aluminium dans le récipient 61, des particules non dissoutes de béryllium sont précipitées et évacuées par la vis transporteuse 67. comme décrit dans l'exemple 2. Pour laver le béryllium en contre-courant, du mer cure pur est, dans ce cas, introduit à environ 3500 C, provenant du sommet de la colonne montante 68.
La poudre de béryllium est écumée, sur le mercure, dans le cylindre à vis transporteuse incliné 69, et séparée de la plus grande partie du mercure adhérent par chauffage à 450,1 C, à l'aide d'une enveloppe de chauffage. Dans une deuxième zone de chauffage, en l'absence d'air, on obtient un béryllium exempt de mercure et contenant seulement quelques faibles quantités d'aluminium. La phase mercure-aluminium liquide, séparée du résidu non dissous dans la précris- tallisation, est soumise à la cristallisation principale dans le récipient 63.
L'aluminium cristallisé est enlevé par la vis trans porteuse inclinée 65, le condensai de mercure pur, alimenté par la conduite 76 servant à laver les cris taux d'aluminium en contre-courant. Les stades dé crits dans l'exemple 1 suivent et il en résulte de l'alu- minimum liquide pur, exempt de mercure.
<I>Exemple S</I> 180 kg par minute d'un alliage Na-Hg liquide, avec environ 10 % de Na en poids, alimentent à en- viron 4001, C, par une pompe centrifuge, la chambre extérieure d'un injecteur de mélange.
En même temps, la partie centrale est alimentée uniformément par un creuset, placé à 4 mètres au-dessus de la tuyère de mélange, avec 5 kg par minute d'un alliage Al-Si liquide contenant 60 A1 et 40 fl/o Si à 960 970 C. La charge qui en résulte entre dans le dissol- veur à vis à environ 520,1 C et elle le quitte après une période de 5 minutes.
La charge est alors soumise, d'abord à une précristallisation à environ 4901, C, et ensuite à la cristallisation principale à environ 3500 C, dans chaque cas avec inj _ction de mercure froid, comme décrit pour la cristallisation principale dans l'exemple 2.
Dans la précristallisation, la matière non dissoute, du silicium extrêmement fin, est précipitée.
Dans la cristallisation principale à 350 C, la masse principale de l'aluminium précipité, est lavée pour enlever toute liqueur porteuse de sodium, avec du mercure chaud pur à 350,, C en contre-courant, en employant un appareil indiqué dans la fig. 2 en 63.
Il n'est pas nécessaire d'avoir des colonnes de mercure aussi hautes dans cette modification, puisque des pressions atteignant tout au plus 2 atm environ existent seulement dans les parties les plus chaudes du système. de mercure, à une température supérieure à 4000 C, en ce que l'on obtient une phase liquide mercure- aluminium contenant des matières insolubles, que l'on élimine lesdites matières insolubles, que l'on re froidit la phase purifiée mercure-aluminium et faix cristalliser l'aluminium et sépare les cristaux d'alu minium du mercure liquide ou de l'alliage liquide de mercure.
SOUS-REVENDICATIONS 1. Procédé selon la revendication, caractérisé en ce que l'on introduit, en atmosphère d'argon, d'une part l'alliage d'aluminium liquide, et, d'autre part, le mercure liquide, ou l'un de ses alliages, par les deux entrées d'un injecteur mélangeur ou d'une tuyère mé langeuse et en ce que les températures initiales dudit alliage et du mercure, ou son alliage sont réglées de façon telle que la température qui s'établit au cours du mélange soit sensiblement voisine de celle à la quelle on réalise la cristallisation de l'aluminium.
2. Procédé de préparation selon la revendication, caractérisé en ce que le mélange d'alliage d'alumi nium et de mercure, ou l'un de ses alliages est dis persé et tombe, à une température de l'ordre de 5300 C, sur un lit de particules solides, constitué par de l'aluminium cristallisé et par lesdites matières in solubles dans le mercure, en ce que lesdites particules se concentrent dans la partie supérieure du lit co nique et que la phase liquide mercure-aluminium passe à travers ce lit et dissout l'aluminium qu'il con tient.
3. Procédé selon la revendication, caractérisé en ce que la phase liquide mercure-aluminium contenant des matières insolubles est pulvérisée dans une atmo sphère de mercure gazeux saturé dont la pression est maintenue à une valeur telle que l'évaporation par tielle de la phase mercure-aluminium provoque une faible chute de la température, laquelle entraîne une cristallisation de petites quantités d'aluminium, sur les surfaces des impuretés solides présentes dans la phase liquide mercure-aluminium qui forment une couche filtrante de matières solides pulvérulentes qui est continuellement évacuée au moyen d'une vis oblique,
et en ce que l'on introduit l'amalgame mer cure-aluminium liquide purifié des matières inso lubles dans la phase de récupération de l'aluminium pur.
4. Procédé selon la revendication et la sous-re- vendication 3, caractérisé en ce que l'on récupère l'aluminium par refroidissement de la phase mercure- aluminium, aux environs de 300 C et extrait des cristaux d'aluminium de la phase mercure liquide par compression continue entre des bandes à courses pa rallèles, faites en un tissu à mailles fines.
Process for preparing pure aluminum from its alloys The present invention relates to a process for preparing pure aluminum from its alloys, in which said alloy, finely divided, is previously contacted and wetted with curing sea. at high temperature, the aluminum it contains then being extracted into hot mercury.
It is known to recover aluminum from its amalgams, obtained by treatment of aluminum alloys with mercury. In such processes, said alloys are preferably pretreated with gaseous mercury, then introduced, under pressure, into an extractor, where they are brought into contact, countercurrently, with hot mercury. The aluminum goes into solution in the mercury, while the residue, not dissolved, is separated by decantation of the liquid mercury-aluminum phase; the purified aluminum is then precipitated by cooling.
Said methods have a certain number of drawbacks, making them difficult to use. First of all, the result sought by the pretreatment, namely the wetting of the alloy particles with the mercury, will only be effective if the mercury is subsequently cooled and liquefied; this implies, consequently, on the one hand an additional expenditure of cooling energy, then of heating during the subsequent extraction phase and, on the other hand, the use of delicate equipment.
In addition, said pretreatment only wetting the alloy, but not starting the extraction of the aluminum contained by the mercury, these processes require long operating times, substantial equipment and large quantities of mercury.
Finally, it will be necessary to use, during the extraction phase, and depending on the composition of the starting aluminum alloys, extreme hydrostatic heights of the order of 40 to 45 meters, for temperatures in the extractor. of the order of 560 C; the liquid alloy is, for this purpose, transported in tungsten pipes, suitably insulated and heated.
In the known processes, the heat transmission requires large exchange surfaces and, consequently, large amounts of mercury; this implies, moreover, the major drawbacks of slowing down, or even limiting, the settling of products insoluble in mercury, and of causing obstructions in the equipment.
The present invention proposes to partially or completely eliminate the drawbacks stated above.
It relates to a process of the aforementioned type, characterized in that the alloying of liquid aluminum and liquid mercury is brought into contact, away from air, during their continuous advancement, or an alloy of mercury at a temperature above 400o C, in that a mercury-aluminum liquid phase containing insoluble matter is obtained, that said insoluble matter is removed, that the purified mercury phase is cooled -aluminum and crystallizes aluminum and separates the aluminum crystals from liquid mercury or liquid mercury alloy.
Various embodiments of the invention will now be described by way of example.
The pretreatment operation can be carried out either at atmospheric pressure or under higher pressures. When, on the one hand, one works under pressure, the aluminum alloy will be previously placed in an apparatus maintained under an adequate pressure of a neutral gas, such as argon for example; this has the great advantage of avoiding the use of the extreme hydrostatic heights required, according to known methods, for the introduction of said alloy into the zone of contact with the mercury.
Liquid mercury, or one of its alloys, will also be put under equal pressure beforehand, by any means known per se.
On the other hand, it is possible to initially place under pressure only one of the two liquids, the cond being either at the same pressure as that established in the pre-treatment zone, or at an intermediate pressure between the latter and that of the first liquid. In this case, the apparatus will be constructed in such a way that the pressurized liquid will drag out the other liquid, mixing intimately with it.
According to a preferred embodiment of the invention, the liquid aluminum alloy and the liquid mercury, or one of its alloys, are sprayed simultaneously in the same chamber, such that the atomized metal cones , thus formed, interweave intimately; such a process allows the formation of very fine particles, and avoids any agglomeration.
It has been found, moreover, that the alloy of liquid aluminum and the mercury or the alloy of liquid mercury could be introduced simultaneously through the two inlet orifices of an injector or a mixing nozzle.
In addition, the ratio of aluminum alloy to sea cure, or its alloy, and their initial temperatures can be adjusted, during the pretreatment phase, as a function of the mercury solvent to dissolved aluminum ratio and the temperature. , fixed in the subsequent extraction phase.
In this way, the quantity of heat, stored by the liquid aluminum alloy, will be totally used to heat the mercury solvent; if this amount of heat was found to be insufficient, then an additional supply of calories could be provided.
The aluminum alloy, mixed with mercury, will then be directed directly, without special equipment, and at the maximum desired temperature, into the extraction zone.
Consequently, the method, object of the present invention, allows a very significant saving in apparatus, energy and mercury; furthermore, being able to work with smaller quantities of mercury will facilitate, to a great extent, the subsequent separation of insoluble particles.
The mixture of aluminum alloy and liquid mercury, or one of its alloys, at around 5300 C, will be, for example, intimately mixed and driven through a horizontal cylinder, by means of a screwless screw. end, as will be described later.
It has also been found that the extraction phase could be carried out as described below and shown in FIG. 4. Such an operative process would avoid any secondary mechanical equipment; it would also make it possible to adjust the contact time between the solid aluminum alloy particles and the liquid mercury, for the maximum extraction of the aluminum by the mercury, as a function of the size of said particles. In this way, any passage of undissolved aluminum could easily be prevented in the next phase of the process.
The mercury-aluminum liquid phase obtained, which can then be partially purified from the insoluble matter contained therein, by simple decantation, will be sprayed, through an adjustable atomization nozzle, into an expansion chamber, consisting of a tank in which a certain vapor pressure of mercury is maintained; and this without having to use special transport equipment.
In said chamber, the vapor pressure of the mercury is maintained at a value such that the partial evaporation of the atomized mercury-aluminum phase causes a slight drop in temperature to a value slightly below the saturation point of aluminum in said phase. A crystallization of the aluminum then takes place, which completely entrains the insoluble matters and causes them to settle rapidly; the layer of solids thus formed is discharged through cylindrical conveyors, equipped with screws, as will be described later.
In order to avoid any risk of obstruction of said conveyors, an inclined arrangement of the latter has been developed. Their end, furthest from the separation tank, will be located lower than the end attached to it.
It has also established that the level of the liquid mercury-aluminum phase at the bottom of said separation tank must be kept appreciably lower than the point of connection of said transporters. This not only promotes the elimination of any risk of clogging in the conveyors, but also allows rapid and easy settling of the liquid mercury-aluminum phase.
In addition, the layer of solids, crystallized aluminum - matter insoluble in the sea cure, which forms continuously in the separation tank and settles the liquid aluminum-mercury phase, as explained above, acts preferably as a filter with regard to said liquid phase, which continuously passes through it; which further promotes the settling of said solid matter.
In addition, said filter has the important characteristic of being non-clogging; in fact, constantly being renewed, on the one hand, by a new supply of freshly settled matter, it is freed, on the other hand, of its excess in said matter by the screws of the cylindrical conveyors.
Finally, another characteristic of said conveyors consists in that they are supplied, as is described below, by the end opposite the separation tank, with a small quantity of pure, liquid sea curing which circulates. against the current of said solids; which also avoids any risk of obstruction of the equipment.
The phase of separation of insoluble materials, according to the process described above, can be carried out either in a single stage or in several stages; in the latter case, the operating conditions are established so that at each stage of the process, only a very small quantity of aluminum will be crystallized, corresponding to a defined fraction of the quantity of aluminum which would have been crystallized if said process had been carried out in a single stage. It will be possible, according to this method, to obtain, for example, a purification rate identical to that obtained with a process comprising only one stage, while crystallizing only a smaller quantity of aluminum.
The liquid mercury-aluminum amalgam obtained, purified of the matters insoluble in the mercury and, optionally, of some of the impurities which may have gone into solution in the mercury and were removed at the same time as the insoluble matters, is then introduced into the recovery phase of pure aluminum, by cooling to a temperature below 360o C.
A preferred embodiment of the invention consists in the spraying of said amalgam in an expansion zone, where there is a voltage of ga fear of mercury such that the expansion thus obtained causes a drop in temperature to around 300 ° C. , causing all of the aluminum contained therein to crystallize into fine particles.
It is also possible to cool said amal game by injection into a tank containing liquid mercury, suitably cooled. In this case, it has been established that the amalgam must be injected under conditions such that its cooling and the crystallization of the aluminum occur within the cold mercury itself and not against the walls of the reservoir containing it, in order to avoid any caking of the aluminum crystals formed on said walls.
The temperature control of the recovery phase is established as a function of the ratio of said hot amalgam to cold mercury. The latter can be prepared in any manner known per se, for example by injecting and vaporizing a hydrocarbon having a suitable boiling point, at the desired pressure; traces of hydrocarbon, which can enter the mercury-aluminum phase together with cold mercury, have been found to have no harmful effect at any stage of the process, even in the fusion separation of aluminum pure.
We then obtain, by simple decantation, a lower phase of liquid mercury and an upper phase, containing the aluminum crystals and a certain part of the liquid mercury. Said crystals can be separated from the mercury by any means known per se and, for example, by centrifugation.
However, according to a preferred embodiment, the aluminum crystals are separated from the liquid mercury by compression, obtained by rolling the mixture between fine mesh bands, with parallel stroke; said bands may be formed in any manner known per se.
If necessary, it is possible, prior to said separation treatment, to subject the mixture, aluminum crystals - liquid mercury, to washing with pure liquid mercury; the purpose of this is to replace the initial mercury, which may contain certain dissolved impurities, by pure mercury. The initial sea cure, thus separated, can be treated, with garlic, for the purpose of purification and / or recovery of said impurities.
It has been established, moreover, that aluminum can be dissolved under a significantly lower pressure, if mercury alloys are employed instead of pure cured sea. Materials which are suitable then include mercury containing a small percentage by weight of potassium, sodium, zinc, tin or some other metal easily dissolved in curing sea.
It has been found, as has already been said above, that the removal of an alkali metal, zinc, tin and / or a similar metal, either from pure crystallized aluminum, or from Insoluble matter, previously separated, can be effected by washing with pure mercury. This will be explained later in the case of sodium.
Further details on the process and the apparatus, objects of the present invention, will be set out below with reference to the accompanying figures, and in some examples of embodiments.
Figs. 1 and 2 show general devices of equipment for preparing aluminum from its alloys, according to the invention. Fig. 3 relates to a special embodiment of key introduction of the aluminum alloy into the separation apparatus; fig. 4, to a particular extraction technique.
Fig. 1 shows a closed chamber 1, filled with argon under pressure, containing a vessel 2 which receives the aluminum alloy. A centrifugal pump 3 is arranged to deliver mercury to a mixing nozzle 4, to which the aluminum alloy comes down from the container 2 through a pipe 5. At the orifice of the pipe 5, the bottom of the container 2 is partially closed by a conical plug 6 which can be moved, upwards or downwards, by means of a rod 7; the amount of aluminum alloy flowing through pipe 5 can thus be regulated. The inlet line to pump 3 is indicated by 8.
In this pipe, a level tube 9, made of glass, is arranged to allow the mercury to be maintained at a constant level, by adjusting the pump. After the mixing nozzle 4, a cylinder 10 is placed, with a transport screw 11 which sets the incoming mixture in motion. The cylinder 10 opens into a separation vessel 12, connected by a narrowed part 13, to an inclined cylinder 14 provided with a transport screw 15, and through a curved tube 16, to a separation vessel 17 which will be described later.
From the cylinder 14, a vertical pipe 18 makes a bypass, through which the mercury can rise to another inclined cylinder 19 provided with a screw 20. The cylinder 19 is surrounded by a heating jacket 21 provided. an outlet 22 and an inlet 23. A condenser 24 is arranged to return the mercury to column 18.
The vessel 17, mentioned above, is connected to a mercury condenser 25 placed at the top of the system, suitably cooled. At the bottom of the container 17, a nozzle 26 is placed for the introduction of the atomized mercury-aluminum phase. As the mercury-aluminum mixture expands, cooling occurs and a small amount of aluminum is deposited in solid form as indicated at 27, thus forming a filter for the particles which fall into vessel 17.
Near the lower opening 17, another inclined cylinder 28 is placed with a transport screw 29, which sends a certain quantity of solid particles, together with a little occluded mercury, through a vertical pipe 30, to the inclined cylinder 31, arranged and equipped in a manner similar to cylinder 19. The bottom of receptacle 17 has the shape of a conical vessel 32, with flow through a pipe 33, which leads, through a nozzle 34, to a crystallizer 35, provided with a condenser 36 for the mercury vapors.
By atomization and expansion of the mercury-aluminum mixture at 34, a temperature drop down to around 300 ° C. is produced automatically in the vessel 35 and the aluminum crystallizes from the solution. From the container 35, a cylinder 37, provided with the screw 38, transports the mixture of mercury and aluminum in an airless box 39, maintained at ordinary atmospheric pressure, where a separation of sea curing and aluminum solid takes place.
In this box, a double conveyor 40, fine mesh, is arranged to supply mercury-aluminum paste, through the rollers 41, a roller mill 42, where the paste is subjected to pressure. 43 denotes a bucket elevator that sends the aluminum amalgam, which is now solid, to a melting furnace 44. 45 is another mercury condenser and 46 is a liquid seal at the bottom of furnace 44.
The operation of the apparatus will be explained in detail in the examples described below.
Fig. 2 represents a slightly different embodiment of the apparatus. The centrifugal pump, previously provided, is designated 47. The atomizing nozzles are at 48. A chamber 49 is filled with argon at atmospheric pressure. The receptacle, from which the aluminum is introduced into the circuit, is designated by 50, the shutter for controlling the flow of aluminum by 51. The aluminum flows through a pipe 52 to a nozzle 53. where it is atomized and mixed with the mercury from the nozzles 48.
The aluminum-mercury mixture, or its alloy, is introduced through the pipe 54 into the extraction cylinder 57; said mixture is brought to the extraction temperature by gradual heating along 54, by any known means and for example by passing in situ a suitable electric current, shown in the figure by the terminals 55, 56. The cylinder 57 is equipped with a conveyor screw 58.
A rubber casing 59, half filled with argon, is connected by means of a mercury condenser 60 to the mixing chamber 49, maintaining there an atmospheric pressure of argon. After passing through cylinder 57, the metals arrive at atomization chamber 61 connected to condenser 62 at its upper part and to a chamber 63 at its lower part. The latter is a cooling chamber, the temperature of which is maintained at 300 C by introducing mercury at 50.1 C through a pipe 64. The valve at the bottom of the chamber 63 is adjusted so that the level of mercury at the bottom of the chamber 61 is kept constant.
A bypass circuit 66 returns mercury to the piping 64.
From the container 61, an inclined cylinder 67 branches off, terminating in a riser 68; from there to another inclined cylinder 69, equipped with a heating jacket.
The cylinder shown above, 65, results in a conveyor similar to that shown in fig. 1. The operation of the apparatus will be explained in detail during Examples 2 and 4 below. The fia. 3 shows a different embodiment of the feed and mixing devices. A mixture injector is visible at 70 and a pump transmits both mercury at 71.
The aluminum alloy is received from the vessel 72 through the line 73. Then the alloy mixture and the mercury are sent, through the steel piping 74, to a cylinder 75 where the alloy dissolves in the mercury. The operation of this modified arrangement of the apparatus according to the invention is described in more detail in Example 3.
Fig. 4 shows a different embodiment of the extraction device. The mixture, an aluminum-mercury alloy, or one of its alloys, coming from the pretreatment phase, is introduced, at a temperature of the order of 5300 ° C., through line 77 into the tank, represented in 78.
Said mixture is introduced at 79, in the bottom of the upper cone of the reservoir 78 and the mercury passes the bed of solid particles 80, consisting on the one hand of aluminum, not yet dissolved in the mercury, and on the other Part of insoluble matter, preferably settling in the upper part of the cone, full of the mercury-aluminum liquid phase 81, which is sent, through 82, to the subsequent purification and recovery phases.
The mixture, introduced at 79, will first encounter the largest particles, then will come into contact with the finest; in addition to the phenomenon of chemical dissolution of aluminum in mercury, there will be added the physical phenomenon of abrasion and dislocation of solid particles, which will favor, ipso fecto, said solution. This process therefore allows systematic exhaustion of the aluminum alloy and easily avoids sending aluminum not yet dissolved in mercury to the subsequent phases of the process.
<I> Example 1 </I> (with reference to fig. 1) A quantity of 175 kg per minute of a mother liquor for crystallization of aluminum, which returns from the extractor, is brought to a pressure of about 15 atm by a centrifugal pump 3 and introduced into the outer chamber of the mixing nozzle 4. In the central part of the mixing nozzle, at the same time 5.8 kg per minute of a liquid aluminum alloy enters containing about 60% Al and 40% Si at a temperature of 960-970 C. This Al-Si alloy is fed from a heated crucible 2, placed in a pressurized chamber 1, under about 14 atmospheres of pressure d 'argon.
The flow of the Al-Si alloy is regulated by a conical plug 6 at the orifice in the bottom of the crucible. The fine adjustment is done manually or automatically, so that the temperature of the mercury and Al-Si alloy particle charge, which continuously passes from the mixing nozzle to the dissolving section of the 'extractor, is kept constant approximately at about 530 C. The mercury flow rate to the centrifugal pump 3 is kept constant.
The mixture, which is produced, of a curing sea phase and solid aluminum alloy particles at about 5300 C, flows in parallel streams and without additional transport device in part 10 of the extractor where solution takes place. This section is under a pressure of about 12 atm and it is provided with a transport screw 11 for the propulsion. After a few minutes of residence in the dissolver 10, thermally insulated, most of the aluminum is dissolved in the mercury.
The mixture of the mercury-aluminum phase and the residue now passes through the separator 12, in which a certain amount of the undissolved material floats on the surface of the mercury-aluminum phase and is removed by the inclined cylinder 14 and the conveying screw 15 at one end and passes through the riser 18, in which it separates by floating on the surface of the mercury and, in this way, exits the pressure zone into the zone at ordinary atmospheric pressure, since the column de mer cure, in the riser 18, counterbalances the excess pressure existing in the transport cylinder 14, the separator 12 and the dissolver 10.
The upper surface of the mercury is located in the inclined cylinder 19 provided with the transport screw 20, where the residue is skimmed off the surface of the mercury, and heated by the jacket 21. The vaporized mercury is condensed in the reflux condenser 24 and returned, in liquid form, to the surface of the mercury. The mercury-aluminum phase, with remnants of fine residue, flows by its own pressure out of the separator 12 to the atomization nozzle 26 of the separator 17, and is expanded by passing through the nozzle 26 to 6.5. atm, pressure maintained in vessel 17 by mercury vapor condenser 25, suitably cooled.
The adjustment of the flow through the nozzle 26 is effected automatically, so that the level of mercury in the riser 18 is kept approximately constant. The material cools to 495 C, as a result of expansion, the point of saturation. aluminum is exceeded; a small amount of aluminum precipitates in solid form, enveloping the residue particles, which agglomerates them and causes them to settle easily. A layer 27, of solid particles, forms above the mercury = aluminum phase in the tank 32, acting as a filter against the mixture of the sea-cure phase and the solid particles which precipitate, from the container. 17.
The excess solids, removed by the inclined conveying screw 29 and the riser 30, are brought up to the mercury level in a continuous fashion, while the homogeneous mercury-aluminum phase, purified at 495 C, drips down. drop through filter bed 27 and proceed to the main aluminum crystallization. The latter is carried out by the atomization nozzle 34, the crystallizer 35 and the mercury vapor condenser 36, while maintaining an absolute mercury vapor pressure of about 245 mm / mercury in the crystallizer 35. By expansion and vaporization , a temperature of around 3000 C is automatically set.
This crystallizes the dissolved aluminum, to a residual content of a few tenths percent. Rate cries agglomerate and are evacuated, through the bottom of the crystallizer 35, by means of a transport screw placed in the inclined barometric cylinder 37, in the airless box 39, under ordinary atmospheric pressure. The mercury phase and the solid aluminum separate here.
The mercury returns by 8 to the pretreatment of the fresh aluminum alloy in the centrifugal pump 3, the mercury-aluminum paste which has about 90% Hg and 10% Al is picked up by the double conveyor belt 40, with fine mesh , where a certain amount of the mercury is expressed by the spring rollers 41.
The friable mass, enriched with about 20% aluminum is loaded into a mill 42 and brought by rolling to 60-65% aluminum. A bucket elevator 43 loads the aluminum amalgam, which is now very hard, into the melting furnace 44, where it is heated to 700-750 C, the mercury is separated, by distillation in a stream of argon,
at ordinary pressure, and precipitated in the mercury vapor condenser 45. The liquid aluminum, free of mercury, leaves the furnace through the liquid seal 46 in a continuous fashion and contains at least 99.99% of Pure al. All equipment is thermally insulated to the outside.
<I> Example 2 </I> (with reference to fig. 2) A quantity of 175 kg per minute of mercury at about 290 C, originating from the main aluminum crystallization, is injected, using the centrifugal pump 47 and atomization nozzles 48, in the. chamber 49 filled with argon at ordinary pressure.
At the same time, about 3.8 kg per minute of a liquid aluminum alloy at about 7000 C, containing 95 a / o ('Al, the remainder being Cu, Fe, Si, Sn, Zn, and the like. , are injected by an atomization nozzle 53, in the same chamber, under the pressure of a column of liquid metal 52, 8 m high, in such a way that the cones of dispersion of the mercury penetrate the cone of dispersion Aluminum alloy The bottom of chamber 49 is about 12 meters above dissolver 57, the hottest part of the adjoining extraction system.
The fine particles, wetted by mercury and solidified, of aluminum alloy at about 3600 C, fall, together with the mercury, into the atomization chamber 49, and, in parallel with a sea current cure, flow through the down pipe 54, to the dissolver 57.
The atomization chamber 49 communicates with the rubber balloon 59, with a capacity of about 5 cubic meters at most, half-filled with argon, and remains at nearly constant atmospheric pressure, the rubber balloon 59 acting as a mattress and compensating for any contraction and expansion of the gases in the atomization chamber 49. The water-cooled mercury vapor reflux condenser, 60, interposed between the chamber 49 and the rubber balloon 59, prevents the vapor of hot mercury to enter the flask.
The charge of mercury and aluminum alloy particles is heated from 360 <1 at 5300 C on the path from the atomization chamber 49 to the dissolver 57, for example by means of an electric heater of the conduit 56, and then passes, kept in continuous motion by the conveyor screw 58, through the dissolver 57 and is sent directly into the atomization chamber 61, where it expands to 6.5 atm of pressure and cools to 4950 C.
At the same time, as described in Example 1, a low degree of crystallization of the aluminum precipitates all of the residue, which is then discharged.
The mercury-aluminum phase is then injected into the cooling chamber 63, in such a way that it flows approximately at the center of the colder mass of mercury at 3000 C, without first touching the walls, in order to to avoid any formation of crystallization on them. The temperature of 300o C, in the cooled mercury chamber 63, is kept constant by a continuous introduction of 140 kg per minute of mercury cooled to 500 C, through line 64. The valve of the vessel 63 is adjusted so that the level of liquid mercury, in the conical part of the container 61, remains approximately constant and lower than that of the inlet of the separator 67.
By cooling to 300 C, the main mass of the dissolved aluminum separates by crystallization and it is skimmed from the mercury phase, by the conveyor screw 65, washed with a little pure mercury coming from one of the condensers of mercury vapor and, as described in Example 1, mechanically and thermally separated from the mercury.
The major part of the mercury phase, originating from the crystallization of the aluminum, returns automatically from the receptacle 63 to the centrifugal aluminum pump, while a quantity of 140 kg / min is diverted through the line 66 for be cooled to 50a C, for example by direct contact with a liquid hydrocarbon boiling at 50c, C. The cooled mercury turns to 50o C at the crystallizer 63. In an auxiliary circuit 64-66, the metals Pb, Sn, Zn and others are separated continuously by cooling a portion of the liquid circulating in said circuit, or by any other means known per se, and removed separately.
Pure liquid aluminum contains 99.99% Al, and it can be refined to 99,
999% A1 if the mercury-aluminum phase is subjected to additional precrystallization. Analysis shows that the dissolved copper fraction was precipitated in the precrystallize. All equipment is thermally insulated.
<I> Example 3 </I> (with reference to fig. 3) A quantity of <B> 175 </B> kg per minute of mother liquor of mercury coming from the crystallization of pure aluminum and which returns extractor at about 2900 C, is brought to a pressure of about 20 atm, by the centrifugal pump 71, and introduced into the outer chamber of the mixture injector 70.
At the same time, through the tungsten line 73, 5.8 kg / min of a liquid aluminum alloy, containing about 60% A1 and 40,% Si, enter the central part of the mixing nozzle 70 , at a temperature of 900-970 C, from the hollow set 72 placed 4 meters above the mixing injector 70 and are brought to a total pressure of the charge resulting from the mixture, equal to 12 atm,
using the mercury pump 71, acting as a means of propulsion. The temperature of the charge at the outlet of the injector is about 530 C. It passes under the injection pressure at the dissolver 75 through the steel pipe 74.
The dissolution of the aluminum in the mercury and the treatment which follows take place as was explained previously in Example 1. The equipment is thermally insulated.
<I> Example 4 </I> (with reference to fig. 2) 175 kg per minute of mercury at approximately 290o C and 3.7 kg per minute of a liquid alloy of 90 0/0 aluminum and 10 % of beryllium at 11000 C, coming from a heated crucible, placed at a height of about 4 meters, are mutually atomized, as described in Example 2, in a chamber 49 filled with argon and,
while being heated gradually from about 360 to 5300 C, are conducted, through line 56, to the dissolver 57 placed at a lower level, long enough to ensure a residence time of about 1.5 times the time in Example 2, in order to achieve practically complete dissolution of the aluminum component. By precrystallization of a small fraction of the aluminum in vessel 61, undissolved particles of beryllium are precipitated and removed through conveyor screw 67. as described in Example 2. To wash the beryllium backcurrently, Pure sea cure is, in this case, introduced at about 3500 C, coming from the top of the riser 68.
The beryllium powder is skimmed off the mercury in the inclined screw conveyor cylinder 69, and separated from most of the adherent mercury by heating to 450.1 C, using a heating jacket. In a second heating zone, in the absence of air, a beryllium free from mercury and containing only a few small quantities of aluminum is obtained. The liquid mercury-aluminum phase, separated from the undissolved residue in the pre-crystallization, is subjected to the main crystallization in vessel 63.
The crystallized aluminum is removed by the inclined conveying screw 65, the condensate of pure mercury, fed by the pipe 76 serving to wash the cries of aluminum in countercurrent. The steps described in Example 1 follow and pure liquid aluminum free from mercury results.
<I> Example S </I> 180 kg per minute of a liquid Na-Hg alloy, with about 10% Na by weight, feed at about 4001, C, by a centrifugal pump, the outer chamber of a mixing injector.
At the same time, the central part is fed evenly by a crucible, placed 4 meters above the mixing nozzle, with 5 kg per minute of a liquid Al-Si alloy containing 60 A1 and 40 fl / o Si at 960 970 C. The resulting charge enters the screw dissolver at about 520.1 C and leaves it after a period of 5 minutes.
The feed is then subjected, first to pre-crystallization at about 4901 ° C., and then to the main crystallization at about 3500 ° C, in each case with injection of cold mercury, as described for the main crystallization in Example 2. .
In pre-crystallization, the undissolved material, extremely fine silicon, is precipitated.
In the main crystallization at 350 C, the main mass of the precipitated aluminum, is washed to remove any sodium carrier liquor, with pure hot mercury at 350, C in countercurrent, using an apparatus shown in fig. . 2 in 63.
It is not necessary to have such tall mercury columns in this modification, since pressures of at most about 2 atm exist only in the hottest parts of the system. of mercury, at a temperature above 4000 C, in that a liquid mercury-aluminum phase containing insoluble materials is obtained, that said insoluble materials are removed, that the purified mercury-aluminum phase is cooled and how to crystallize the aluminum and separate the crystals of aluminum from the liquid mercury or the liquid alloy of mercury.
SUB-CLAIMS 1. Method according to claim, characterized in that one introduces, in an argon atmosphere, on the one hand the liquid aluminum alloy, and, on the other hand, liquid mercury, or l 'one of its alloys, through the two inlets of an injector mixer or a mixing nozzle and in that the initial temperatures of said alloy and of the mercury, or its alloy are regulated such that the temperature which is established during mixing is substantially close to that at which the crystallization of aluminum is carried out.
2. Preparation process according to claim, characterized in that the mixture of aluminum alloy and mercury, or one of its alloys is dispersed and falls at a temperature of the order of 5300 C, on a bed of solid particles, consisting of crystallized aluminum and said materials insoluble in mercury, in that said particles are concentrated in the upper part of the conical bed and that the liquid mercury-aluminum phase passes through this reads and dissolves the aluminum it contains.
3. Method according to claim, characterized in that the mercury-aluminum liquid phase containing insoluble materials is sprayed into an atmosphere of saturated gaseous mercury, the pressure of which is maintained at a value such that the partial evaporation of the mercury phase. -aluminum causes a slight drop in temperature, which results in crystallization of small amounts of aluminum, on the surfaces of the solid impurities present in the mercury-aluminum liquid phase which form a filtering layer of powdery solids which is continuously removed by means of an oblique screw,
and in that the purified liquid sea-aluminum amalgam purified from insoluble matters is introduced into the pure aluminum recovery phase.
4. Method according to claim and sub-claim 3, characterized in that the aluminum is recovered by cooling the mercury-aluminum phase to around 300 ° C. and aluminum crystals are extracted from the phase. liquid mercury by continuous compression between parallel running belts made of a fine mesh fabric.