Procédé de fabrication de magnésium métallique à partir d'une matière contenant de l'oxyde de magnésium La présente invention a pour objet un procédé de fabrication de magnésium métallique à partir d'une matière contenant de l'oxyde de magnésium par réduction thermique. De nombreuses publica tions se rapportent à la préparation en laboratoire ou à l'échelle industrielle de magnésium métallique par addition de ferrosilicium à une matière contenant de l'oxyde de magnésium et par chauffage du mé lange sous pression réduite pour effectuer la réduc tion de la matière.
Les procédés de Pidgeon et de Bagley (température de réaction 1150-1250,) C) sont typiques pour la production sur une grande échelle. Le premier procédé présente une réaction exother mique avec diminution de volume et cycle court, tan dis que le second procédé présente une réaction en dothermique avec augmentation de volume et cycle long.
Le procédé de Pidgeon est plus familier parce qu'on peut employer comme source de chaleur un combustible bon marché tel que le gaz naturel ou l'huile lourde, et l'appareil est plus simple et a un fonctionnement sûr, bien que le rendement thermique de ce procédé soit inférieur à celui du procédé de Bagley. Cependant, le procédé de Pidgeon présente des inconvénients du fait qu'il nécessite l'emploi d'une cornue résistant à la chaleur, faite en un acier spécial exigeant des frais d'entretien élevés, que la capacité d'une cornue est extrêmement basse, etc.
Récemment, le procédé de Beaudean de la Pechiney Company a été développé en France. Ce procédé offre une plus grande capacité par cornue que celui de Pidgeon, et son cycle est plus court. Lorsque la matière contenant de l'oxyde de magnésium, formée par de la dolomite, est réduite avec du ferrosilicium, une scorie de 2Ca0 # SiO., est formée, dont le point de fusion est de 21300 C. Ce procédé comprend l'ad dition d'alumine au système de dolomite calcinée et de ferrosilicium, en vue d'abaisser le point de fusion de la scorie.
Le résidu ou scorie ainsi obtenu est formé de silicoaluminate de chaux, fondant à envi ron 1500 C. Dans le procédé de Beaudean, la tem pérature de réaction est de 1500-1600 C et les corps en réaction sont sous la forme de fluides pen dant tout le temps de la réaction, de sorte que la capacité par cornue est améliorée. Le résidu présente une bonne conductivité électrique, et ainsi de la chaleur suffisante pour maintenir la réaction de ré duction thermique peut être fournie par charge di recte avec du courant électrique.
Le ferrosilicium qui n'a pas réagi sous la forme de fluide peut être faci lement séparé de la scorie par suite de la différence de gravité. Cependant, le fait que le minerai auquel s'applique le procédé de Beaudean se limite à la do lomite contraint à fabriquer une scorie ayant un rap port moléculaire de CaO/SiO2 égal ou supérieur à 2. Pour obtenir une scorie ayant un point de fusion in férieur et une bonne conductivité électrique, de l'alu mine doit être ajoutée jusqu'à ce que le rapport moléculaire Al,03/Si02 dans la scorie soit égal ou supérieur à 0,3.
D'après les renseignements donnés par la Pechiney Company, il faut employer l'alumine à raison de 750 kg par tonne de magnésium métalli que, de sorte que le rapport moléculaire Al2O3/SiO2 dans la scorie est alors d'environ 0,6.
On admet que la réaction se déroule suivant l'équation chimique suivante 2 (CaO - MgO) -I- (Fe) Si -f- 0,6 A1203 --->- SiO2 - 0,6 A1203 - 2 CaO -I- 2 Mg (1) On voit d'après cette équation qu'une grande quantité de matières aptes à former des scories, telles que la chaux et l'alumine, doit être ajoutée à l'oxyde de magnésium et au ferrosilicium. 1 mole de chaux et 0,
3 mole d'alumine sont nécessaires en excédent pour produire 1 mole de magnésium métallique. 6 à 7 tonnes de matières calcinées sont utilisées pour obtenir 1 tonne de magnésium métallique, et la con sommation de courant électrique augmente inévita blement en proportion.
La présente invention constitue un perfectionne ment du procédé de Beaudean. Le présent inventeur a réussi à produire de manière efficace et économique du magnésium métallique, sans avoir besoin d'uti liser de si grandes quantités en excédent de matières aptes à former des scories que ne l'exige le procédé de Beaudean. Un but de la présente invention est de fournir un procédé de fabrication de magnésium métallique à partir de matières contenant de l'oxyde de magné sium, dans lequel une certaine quantité des oxydes nécessaires pour obtenir un poids unité du métal est réduite plus fortement qu'elle ne l'est dans le procédé de Beaudean, ce quia pour effet de dimi nuer les frais de fabrication.
Un autre but de la présente invention est de fa briquer du magnésium métallique sans ajouter d'alu mine qui constitue une des matières formant des scories dans le procédé de Beaudean. L'autre but de la présente invention est de produire du magnésium métallique à partir de la magnésie contenue dans l'eau de mer.
Le présent inventeur a maintenant trouvé qu'une scorie contenant 44-64 % en poids de SiO.,, 30-53 % en poids de CaO et 3-14 % en poids de MaO,
fond à une température inférieure à 1450 Cet présente à l'état fondu une meilleure conductivité électrique que la scorie de Beaudean. Les résistances électri ques intrinsèques à différentes températures de la scorie ayant la composition susmentionnée, sont don nées dans le tableau suivant
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Tableau <SEP> 1
<tb> i
<tb> Température <SEP> <B>Çâ</B><U>/ m@</U>
<tb> ( C) <SEP> Beaudean <SEP> I <SEP> Invention
<tb> 1310 <SEP> - <SEP> 6,5
<tb> 1340 <SEP> I <SEP> - <SEP> 5,3
<tb> 1350 <SEP> - <SEP> 4,6
<tb> 1400 <SEP> 800 <SEP> 1500 <SEP> 50 <SEP> 1600 <SEP> i <SEP> 4 <SEP> i <SEP> - Conformément au présent procédé, on opère de manière à réaliser l'équation chimique
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2 <SEP> Mg <SEP> 0 <SEP> ,'- <SEP> (Fe)
<SEP> Si <SEP> -I- <SEP> mCaO <SEP> -!- <SEP> nMgO
<tb> <U>-></U> <SEP> Si0. <SEP> - <SEP> mCaO <SEP> - <SEP> nMgO <SEP> -i- <SEP> 2 <SEP> Mg <SEP> (2) SiOz, mCaO et nM-O forment une scorie. Il résulte de l'équation ci-dessus qu'on emploie aussi peu que possible la matière formant des scories telle que la chaux et la magnésie et qu'en outre il n'est pas nécessaire d'employer de l'alumine chère.
La matière contenant du Mao dans la présente invention peut être la magnésie tirée de l'eau de mer. Cette magnésie est disponible en quantités illimitées et le présent procédé ne dépend pas de la distribu tion du minerai de dolomite. Comme le montre l'équation (2), le rapport moléculaire de CaO à Mao dans la charge est d'environ 0,26-0,56 et la dolomite est plutôt indésirable, parce qu'elle se compose prin cipalement de CaO - MaO. Plus faible est la quantité de CaO dans la matière contenant le MaO, mieux cela vaut.
Cependant, si l'on emploie de la dolomite, la magnésie tirée de l'eau de mer est ajoutée de manière que le rapport de CaO à Mao soit compris entre 0,26 et 0,56. Le ferrosilicium et la chaux qui sont des matières formant des scories sont de qualité ordinaire, et l'on peut se servir des produits en vente sur le marché.
Le présent procédé est mis en couvre dans un creuset en graphite à une température de 1500- 1600 C. La pression dans la zone de réaction est de préférence comprise entre 0,1 et 5,0 mm de Hg. Le chauffage de la charge ainsi que le maintien de la température de réaction sont obtenus en chargeant directement la charge ou scorie fondue avec du cou rant électrique.
D'après l'équation (2), 0,5 mole de CaO et 0,079 mole de Mao sont théoriquement né cessaires, comme matières forme-scorie, par mole de magnésium métallique produit pour former une scorie contenant 49 "/o de S10.,, 45_,8 "/o de CaO et 5,2 % de MaO.
Pratiquement, le Mao qui n'a pas réagi suffit pour fournir une quantité telle que 0,079 mole de MaO. On voit, d'après les équations (1) et (2), que 0,5 mole de CuO et 0,3 mole de A1 ,0.; ne sont pas nécessaires pour le présent procédé.
Les quantités théoriques de charge par tonne de magnésium métal lique sont 3,30 t dans le présent procédé et 6 t dans le procédé de Beaudean, en supposant qu'on em- ploie du ferrosilicium de qualité 75 %. C'est-à-dire que la quantité d'une charge dans le présent procédé est d'environ 55 % de celle <RTI
ID="0002.0077"> du procédé Beaudean. Par suite, le coût de production dans le présent pro cédé est considérablement abaissé. Ceci constitue la particularité la plus favorable du présent procédé. Lorsqu'on emploie de la dolomite comme matière contenant de l'oxyde de magnésium dans l'équation (2), de l'oxyde de magnésium tiré de l'eau de mer y est ajouté, puis une certaine quantité de CaO peut être ajoutée suivant l'équation (2).
La pureté du magnésium métallique produit par le présent procédé est d'environ 99,9 "/o et l'impureté Fe s'élève approximativement à 0,002 01/0- Pour faciliter la compréhension de l'invention aux hommes du métier, les exemples suivants sont donnés ci-après Exemple Suivant les équations (1) et (2) respectivement, de la magnésie pulvérisée (qualité 95,1 0/0), du ferro- silicium pulvérisé (qualité 76,7 0/0), de la chaux (qua- lité 98,2 %)
et de l'alumine (qualité 99,9 %) furent mélangés ensemble et agglomérés en briquettes. Le mélange fut effectué en admettant que le rendement de la réaction entre la magnésie et le ferrosilicium était de 80 %. Dans le cas de (2), une fois la réac tion en train, il n'est pas nécessaire d'ajouter du MgO à celui introduit pour amorcer la réaction, car le MgO restant dans la scorie suffit pour entretenir la réaction.
Lorsque m vaut 1 et n 0,158 dans l'équa- tion (2), la composition de la scorie ainsi produite est: SiO., 49 %, CaO 45,8 % et MgO 5,2 0/0.
Les briquettes furent introduites respectivement dans des creusets de graphite et chauffées pendant 60 minutes sous une pression réduite de 0,5-3 mm Hg. Pendant les 30 premières minutes, les briquettes furent chauffées à l500 C et pendant les 30 der nières minutes à 16000 C. Les deux briquettes furent complètement fondues à 1500-15400 C. Le magné sium métallique fut obtenu dans un cylindre de con densation monté sur le creuset de graphite.
Les ré sultats sont donnés dans le tableau 2
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Tableau <SEP> 2
<tb> Charge <SEP> <B>Mgo</B>
<tb> Mg <SEP> Charge/ <SEP> , <SEP> rendement
<tb> Mg0 <SEP> Fe-Si <SEP> CaO <SEP> I <SEP> A1_03 <SEP> Total <SEP> obtenu <SEP> Mg <SEP> obtenu <SEP> : <SEP> de <SEP> la
<tb> réaction <SEP> /o
<tb> Procédé
<tb> de <SEP> Beaudean <SEP> 106 <SEP> 45,8 <SEP> 114,2 <SEP> i <SEP> 61,8 <SEP> i <SEP> 327,8 <SEP> 55,2 <SEP> 5,94 <SEP> 91,3
<tb> Présent <SEP> procédé <SEP> 106 <SEP> 4.5,8 <SEP> 57,1 <SEP> - <SEP> 208,9 <SEP> 55,0 <SEP> 3,80 <SEP> 90,5 D'après ce tableau, on voit que les matières de charge par magnésium métallique produit dans le présent procédé sont considérablement plus faibles que dans le procédé de Beaudean, c'est-à-dire qu'el les atteignent le 64 0l0 de ces dernières.
Les quantités des charges de magnésie et de ferrosilicium dans les deux procédés sont pratiquement les mêmes. Le pré sent procédé ne requiert pas d'alumine et seulement la moitié de la quantité de chaux requise par le pro cédé de Beaudean. Les quantités de magnésium pro duit sont sensiblement les mêmes.