LU82561A1 - PROCESS AND PLANT FOR THE PRODUCTION OF REACTIVE METALS, ALLOYED OR NON-ALLOYED, BY REDUCTION OF THEIR HALIDES - Google Patents
PROCESS AND PLANT FOR THE PRODUCTION OF REACTIVE METALS, ALLOYED OR NON-ALLOYED, BY REDUCTION OF THEIR HALIDES Download PDFInfo
- Publication number
- LU82561A1 LU82561A1 LU82561A LU82561A LU82561A1 LU 82561 A1 LU82561 A1 LU 82561A1 LU 82561 A LU82561 A LU 82561A LU 82561 A LU82561 A LU 82561A LU 82561 A1 LU82561 A1 LU 82561A1
- Authority
- LU
- Luxembourg
- Prior art keywords
- metal
- reagents
- reaction
- produced
- reduction
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C1/00—Making non-ferrous alloys
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
- C22B5/00—General methods of reducing to metals
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
Description
2 i2 i
La présente invention est relative à un procédé pour la production, de préférence en continu, de métaux réactifs, alliés ou non, par réaction de leurs ha-logénures, notamment chlorures, avec un agent de réduction, à une température supérieure à la température de fusion du métal à élaborer.The present invention relates to a process for the production, preferably continuously, of reactive metals, alloyed or not, by reaction of their halides, in particular chlorides, with a reducing agent, at a temperature above the temperature of fusion of the metal to be produced.
Par métaux réactifs, il y a lieu d'enten-! dre, pour la présente invention, le titane, le zirconium, le hafnium, le tantale, le niobium, le molybdène, le tungstène, le vanadium, l'aluminium, le silicium, le cobalt, le nickel, le magnésium, le thorium, l'uranium, le [ béryllium et de chrome.By reactive metals, it should be understood! dre, for the present invention, titanium, zirconium, hafnium, tantalum, niobium, molybdenum, tungsten, vanadium, aluminum, silicon, cobalt, nickel, magnesium, thorium, uranium, [beryllium and chromium.
! | Les procédés connus pour préparer les mé taux susdits présentent généralement l'inconvénient, i: soit d'être discontinus, soit de nécessiter une étape de refusion du métal, soit d'être coûteux en énergie, soit I d’avoir des rendements métallurgiques très faibles.! | The known methods for preparing the aforementioned metals generally have the disadvantage, i: either of being discontinuous, or of requiring a step of remelting the metal, or of being costly in energy, or I of having very metallurgical yields weak.
Un des buts essentiels de la présente invention consiste à proposer un procédé gui permet de remédier à ces inconvénients.One of the essential aims of the present invention consists in proposing a method which makes it possible to remedy these drawbacks.
Il s'agit plus particulièrement d'un procédé gui permet d'obtenir les résultats suivants : - Les métaux se forment directement et en continu à l'état liguide, la chaleur nécessaire à la fusion de certains métaux, ou du moins une partie de celle-ci, est fournie : , par des réactions exothermiques, ce gui permet donc d'é conomiser une partie importante d'énergie, ; - Le métal est recueilli sous une forme dense, de préfé- f I rence dans une lingotière en cuivre refroidie.It is more particularly a process which allows the following results to be obtained: - Metals are formed directly and continuously in the liquid state, the heat necessary for the fusion of certain metals, or at least part of this is provided: by exothermic reactions, this mistletoe therefore makes it possible to save a large part of energy; - The metal is collected in a dense form, preferably in a cooled copper ingot mold.
! i A cet effet, le procédé suivant l'inven- i tion consiste à solidifier le métal élaboré tout en i maintenant dans la zone réactionnelle, où a lieu la, i \ • - « . 4 S 3 j j j réduction,, une couche de ce métal à l'état liquide, la température étant de plus supérieure à la température d'ébullition ou de sublimation des autres produits de réaction, à la pression où a lieu la réduction, ces autres produits de réaction étant évacués, sensiblement en continu, à· l'état gazeux.! To this end, the process according to the invention consists in solidifying the metal produced while maintaining i in the reaction zone, where the, i \ • - "takes place. 4 S 3 jjj reduction ,, a layer of this metal in the liquid state, the temperature being more than the boiling or sublimation temperature of the other reaction products, at the pressure where the reduction takes place, these others reaction products being evacuated, substantially continuously, in the gaseous state.
Avantageusement, il consiste à maintenir une couche de métal à élaborer à l'état liquide au-dessus du métal solidifié, ce dernier se présentant sous forme d'un lingot qui est extrait sensiblement en continu, au fur et à mesure de l'élaboration dudit métal.Advantageously, it consists in maintaining a layer of metal to be produced in the liquid state above the solidified metal, the latter being in the form of an ingot which is extracted substantially continuously, as the preparation takes place. of said metal.
Suivant une forme de réalisation particulière de l'invention, on introduit les réactifs dans la |i! zone réactionnelle susdite à l'état gazeux.According to a particular embodiment of the invention, the reagents are introduced into | i! The above reaction zone in the gaseous state.
Suivant une forme de réalisation préférentielle, on introduit les réactifs dans la zone réactionnelle suivant un courant tourbillonnaire de manière à permettre la coalescence des gouttelettes de métal liquides formées par la réaction dans ce courant et à les soumettre à une force centrifuge.According to a preferred embodiment, the reactants are introduced into the reaction zone according to a vortex current so as to allow the coalescence of the droplets of liquid metal formed by the reaction in this current and to subject them to a centrifugal force.
iî L'invention concerne également une instal- 1* lation pour la mise en oeuvre du procédé susdit.The invention also relates to an installation for the implementation of the above process.
Cette installation est caractérisée par le fait qu'elle comprend un dispositif pour introduire, à l'état gazeux, les réactifs participant à la réaction susdite dans la partie supérieure d'une lingotière re- froidie, et un dispositif pour l'évacuation, en continu, ë | des gaz provenant de la réduction.This installation is characterized by the fact that it comprises a device for introducing, in the gaseous state, the reagents participating in the aforementioned reaction into the upper part of a cooled ingot mold, and a device for evacuation, in continuous, ë | gases from the reduction.
4 Enfin 1'invention concerne encore le mé- ital élaboré par la mise en oeuvre du procédé et/ou au moyen de l'installation tels que décrits ci-dessus. / ! / 1 ^ •3 ! 4 4 t D'autres détails et particularités de l'invention ressortiront de la description donnée ci-après, à titre d'exemple non limitatif, avec référence aux dessins annexés, de quelques formes de réalisation particulières du procédé et de l'installation suivant l'invention.Finally, the invention also relates to the metal developed by the implementation of the method and / or by means of the installation as described above. /! / 1 ^ • 3! 4 4 t Other details and particularities of the invention will emerge from the description given below, by way of nonlimiting example, with reference to the appended drawings, of some particular embodiments of the process and of the following installation. the invention.
La figure 1 est une vue schématique d'une première forme de réalisation du procédé et de l'installation suivant l'invention.Figure 1 is a schematic view of a first embodiment of the method and the installation according to the invention.
1 La figure 2 est une représentation sché matique d'une deuxième forme de réalisation de ce procédé et de cette installation.1 Figure 2 is a diagrammatic representation of a second embodiment of this process and of this installation.
La figure 3 est une vue schématique en élévation et en coupe d'une troisième forme de réalisation du procédé et de l’installation suivant l'invention.FIG. 3 is a schematic view in elevation and in section of a third embodiment of the method and of the installation according to the invention.
La figure 4 est une coupe suivant la ligne IV-IV de la figure 3.Figure 4 is a section along line IV-IV of Figure 3.
! Dans les différentes figures, les mêmes | chiffres de référence désignent des éléments analogues | ou identiques.! In the different figures, the same | reference numbers designate similar elements | or identical.
! Suivant le procédé de l'invention, on ef- [ ; fectue la réduction d’un halogênure d’un métal à produire, ! notamment du chlorure de celui-ci, à une température su- | périeure au point de fusion du métal en voie d1élabora- ί tion.! According to the method of the invention, ef- [; performs the reduction of a halide of a metal to be produced,! in particular chloride thereof, at a temperature above- | below the melting point of the metal being produced.
. Plus particulièrement, la température de | réaction est maintenue également supérieure à la tempéra- ! ture d'ébullition ou de sublimation de toutes les sub- i stances autres que le métal présentes dans la zone ré- i actionnelle, à la pression à laquelle a lieu la réduction... More particularly, the temperature of | reaction is also maintained above the temperature! boiling or sublimation of all substances other than metal present in the reaction zone, at the pressure at which the reduction takes place.
i Ii i
Ces substances quittent, par conséquent, spontanément la / / i zone réactionnelle à l'état gazeux. /* · ! ^ / iThese substances therefore spontaneously leave the reaction zone in the gaseous state. / * ·! ^ / i
iSiS
ï . * Ί * I 5ï. * Ί * I 5
Le procédé suivant 1'invention permet, en particulier, de diminuer considérablement le prix de revient du titane, ce gui le rend accessible à de nombreuses applications dans toute l'industrie. Ce procédé s'applique également à la production en continu du zirconium, du hafnium, du tantale, du niobium, du molybdène, du tungstène, de l'aluminium, du silicium, du cobalt, du nickel, du magnésium, du thorium, de l'uranium, du béryllium et du chrome.The process according to the invention makes it possible, in particular, to considerably reduce the cost price of titanium, this mistletoe makes it accessible to numerous applications throughout the industry. This process also applies to the continuous production of zirconium, hafnium, tantalum, niobium, molybdenum, tungsten, aluminum, silicon, cobalt, nickel, magnesium, thorium, uranium, beryllium and chromium.
L'invention concerne, comme indiqué déjà ci-dessus, de plus, une installation pour la préparation,The invention relates, as already indicated above, in addition, an installation for the preparation,
Ien continu, de ces métaux réactifs par la réduction de leurs halogénures, notamment pour la mise en oeuvre du procédé susdit.Ien continuously, these reactive metals by the reduction of their halides, in particular for the implementation of the above process.
Cette installation constitue un appareillage fontionnel propre à un usage- à échelle industrielle à i très haute productivité.This installation constitutes a functional apparatus suitable for use on an industrial scale with very high productivity.
Les figures annexées permettent d'illustrer » l plus concrètement quelques formes de réalisation particu- ? lières du procédé et.de l'installation suivant l'inven- l tion pour la production de métaux réactifs par réduction de leurs halogénures.The appended figures make it possible to illustrate more concretely some particular embodiments. process and installation according to the invention for the production of reactive metals by reduction of their halides.
La forme de réalisation montrée schémati-! . quement à la figure 1 comprend une chambre fermée 1 ! située au-dessus d'ure lingotière 2 refroidie, notamment K par une circulation d'eau non représentée, un dispositif -i 3 pour introduire des réactifs participant à la réduction susdite dans la partie supérieure 2 * de la lingotière 2 | et un dispositif 4 pour l'évacuation en continu des gaz | provenant de la réduction.The embodiment shown diagrammatically! . only in Figure 1 includes a closed chamber 1! located above an ingot mold 2 cooled, in particular K by a circulation of water not shown, a device -i 3 for introducing reagents participating in the abovementioned reduction into the upper part 2 * of the ingot mold 2 | and a device 4 for the continuous evacuation of gases | from the reduction.
j Le dispositif 3 pour introduire les ré- I actifs dans la partie supérieure 2* de la lingotière com- I prend, pour l'halogénure du métal à élaborer, une pre- / l / -Ί i 6 i mière enceinte 5, située dans un four 6, reliée par l'intermédiaire d'une pompe volumétrique 7 à une deuxième en- i ceinte 8 prévue dans un autre four 9.j The device 3 for introducing the reagents into the upper part 2 * of the ingot mold includes, for the halide of the metal to be produced, a first- / l / -Ί i 6 i first enclosure 5, located in an oven 6, connected by means of a positive displacement pump 7 to a second enclosure 8 provided in another oven 9.
Cette seconde enceinte communique par un tuyau d'injection 10 avec cette partie supérieure 2*.This second enclosure communicates by an injection pipe 10 with this upper part 2 *.
Une enceinte 11, également prévue dans un four 12 et destinée à contenir un métal réducteur, est j reliée, par l'intermédiaire d'une pompe volumétrique 13, I à une autre enceinte 14 du four 9. Cette enceinte 14 est, de son côté, reliée à la chambre fermée 1 . par un . tuyau d'injection 15.An enclosure 11, also provided in an oven 12 and intended to contain a reducing metal, is j connected, by means of a positive displacement pump 13, I to another enclosure 14 of the oven 9. This enclosure 14 is, in its side, connected to the closed chamber 1. by a . injection pipe 15.
La forme de réalisation de l'installation montrée à la figure 1 convient surtout pour la réduction d'halogénures métalliques se présentant à l'état liquide à pression voisine de la pression atmosphérique dans un domaine de température suffisamment étendu.The embodiment of the installation shown in FIG. 1 is especially suitable for the reduction of metal halides occurring in the liquid state at pressure close to atmospheric pressure in a sufficiently wide temperature range.
Dans ce cas, l'halogénure est maintenu à l'état liquide dans l’enceinte 5 par chauffage éventuel au moyen du four 6 et est pompé, au moyen de la pompe 7, dans l'enceinte 8 du four 9 où il est porté à*ébullition.In this case, the halide is kept in the liquid state in the enclosure 5 by possible heating by means of the oven 6 and is pumped, by means of the pump 7, into the enclosure 8 of the oven 9 where it is carried. to * boil.
Cet halogénure métallique gazeux est alors introduit dans la partie supérieure 2' par l'intermédiaire du tube d'injection 10.This gaseous metal halide is then introduced into the upper part 2 ′ via the injection tube 10.
Le métal réducteur contenu dans l'enceinte 11 est maintenu à une température supérieure d'environ 50°C à sa température de fusion grâce au four 12.The reducing metal contained in the enclosure 11 is maintained at a temperature approximately 50 ° C. higher than its melting point thanks to the furnace 12.
Ce métal réducteur fondu est transvasé ; au moyen de la pompe 13 à l'intérieur de l'enceinte 14 où il est également porté à ébullition.This molten reducing metal is transferred; by means of the pump 13 inside the enclosure 14 where it is also brought to a boil.
Le métal réducteur à l'état gazeux est alors introduit, de manière contrôlée,dans la zone réactionnelle de la chambre fermée 1j par l'intermédiaire du/ tuyau d'injection 15. //^ L/ - 7 i ! ?; *The reducing metal in the gaseous state is then introduced, in a controlled manner, into the reaction zone of the closed chamber 1j via the / injection pipe 15. // ^ L / - 7 i! ?; *
Le débit du métal réducteur gazeux est réglé par le débit du métal liquide au moyen de la pompe volumétrique 7 ou d'une régulation de puissance à l'étape de vaporisation, non représentée à la figure 1.The flow rate of the gaseous reducing metal is regulated by the flow rate of the liquid metal by means of the positive displacement pump 7 or of a power regulation in the vaporization step, not shown in FIG. 1.
Dans la zone réactionnelle située dans la partie 21 de la lingotière 2 , la température est supérieure à la température de fusion du métal à élaborer ainsi qu'à la température d'ébullition ou de sublimation de toutes les autres substances participant à la réaction.In the reaction zone located in part 21 of the ingot mold 2, the temperature is higher than the melting temperature of the metal to be produced as well as the boiling or sublimation temperature of all the other substances participating in the reaction.
«"
Le métal élaboré est recueilli dans la lingotière 2 qui est formée d'un cylindre en cuivre à double paroi refroidie.The metal produced is collected in the ingot mold 2 which is formed from a cooled double-walled copper cylinder.
La couche supérieure 16 du métal en contactThe upper layer 16 of the metal in contact
Iavec la zone réactionnelle reste à l'état liquide,tandis que le métal 17 situé autour et en dessous de cette couche est solidifié grâce audit refroidissement et forme un il I lingot qui est extrait en continu vers le bas,comme in- Û diqué par la flèche 18, par des moyens connus en soi, tels I que des galets actionnés, non représentés à la figure.I with the reaction zone remains in the liquid state, while the metal 17 situated around and below this layer is solidified by said cooling and forms an il I ingot which is continuously extracted downwards, as indicated by the arrow 18, by means known per se, such as actuated rollers, not shown in the figure.
| Toutes les substances, autres gue le métal, I guittent. la zone réactionnelle par le dispositif 4 formé| All substances, other than metal, I lick. the reaction zone by the device 4 formed
Ipar une cheminée d'évacuation. Ces gaz peuvent être éventuellement dirigés vers un condenseur, non représenté, pour récupérer les réactifs non consommés.Ipar by an evacuation chimney. These gases can optionally be directed to a condenser, not shown, to recover the unused reagents.
La chambre fermée 1 étant étanche, une atmosphère de gaz inerte, tel que argon ou hélium, peut, le cas échéant, être établie dans cette chambre par un f dispositif 19, contenant un tel gaz, qui est relié, par *! ^ l'intermédiaire d'un tube 20, à cette chambre 1.The closed chamber 1 being sealed, an atmosphere of inert gas, such as argon or helium, can, if necessary, be established in this chamber by a device 19, containing such a gas, which is connected, by *! ^ Via a tube 20, to this chamber 1.
\ / !] > 4 8\ /!]> 4 8
La figure 2 représente une deuxième forme de réalisation de l'installation suivant l’invention pour la préparation de métaux réactifs par réduction de leurs halogénures.FIG. 2 represents a second embodiment of the installation according to the invention for the preparation of reactive metals by reduction of their halides.
Cette forme de réalisation se distingue par rapport à celle montrée à la figure 1 par le fait que seulement une enceinte 5 est prévue dans le dispositif 3 pour introduire l'halogénure dans la partie supérieure 2' | de la lingotière.This embodiment differs from that shown in FIG. 1 by the fact that only one enclosure 5 is provided in the device 3 for introducing the halide into the upper part 2 '| of the mold.
Cette forme de réalisation convient particulièrement pour le cas où l'halogénure n'est pas liquide, comme pour le zirconium et le hafnium.This embodiment is particularly suitable for the case where the halide is not liquid, such as for zirconium and hafnium.
De tels halogénures sont amenés à l'état gazeux par sublimation en les chauffant au moyen du S four 6.Such halides are brought to the gaseous state by sublimation by heating them by means of the S furnace 6.
Le débit gazeux de ces halogénures vers laThe gas flow from these halides to the
Izone réactionnelle est imposé par la puissance dissipée par ce four.Reaction Izone is imposed by the power dissipated by this furnace.
Avantageusement, notamment pour les métaux peu réfractaires, tels que le titane, l'aluminium, le silicium, le zirconium, le thorium, le vanadium, le chrome, le cobalt, le magnésium, l'uranium et même le nickel, la réaction de réduction est conduite dans des conditions | telles que les calories p-.ur maintenir la zone réaction- ! nelle à la température susdite, c'est-à-dire supérieure ! à la température de fusion du métal à produire et à la f ! température d'ébullition ou de sublimation de toutes les [ i autres substances participant à la réaction, soient uni- | quement fournies par la réaction exothermique entre / I l'halogénure du métal à élaborer et le métal réducteur, i . · / ··/ tel qu'un métal alcalin ou alcalino-terreux. / ./ il /·Advantageously, in particular for metals which are not very refractory, such as titanium, aluminum, silicon, zirconium, thorium, vanadium, chromium, cobalt, magnesium, uranium and even nickel, the reaction of reduction is conducted under conditions | such as calories for maintaining the reaction zone! at the above temperature, that is to say higher! at the melting temperature of the metal to be produced and at f! boiling or sublimation temperature of all [i other substances participating in the reaction, be uni- | cally provided by the exothermic reaction between / I the halide of the metal to be produced and the reducing metal, i. · / ·· / such as an alkali or alkaline earth metal. / ./ he /·
ΐ Iΐ I
i I 9 !i I 9!
Pour les métaux moyennement réfractaires, on peut séparer le métal à élaborer par réduction simultanée de l'halogénure par un tel métal réducteur et par de l'hydrogène. Il s'agit notamment de métaux tels que le titane, le zirconium, le thorium, l'uranium, le hafnium, le chrome, le cobalt, le vanadium et éventuellement, dans certains cas, le nickel.For moderately refractory metals, the metal to be produced can be separated by simultaneous reduction of the halide by such a reducing metal and by hydrogen. These include metals such as titanium, zirconium, thorium, uranium, hafnium, chromium, cobalt, vanadium and possibly, in some cases, nickel.
Enfin, pour des métaux très réfractaires, tels que le tantale,le niobium, le molybdène, le tungstène et le hafnium, on élabore avantageusement le métalFinally, for very refractory metals, such as tantalum, niobium, molybdenum, tungsten and hafnium, the metal is advantageously produced.
Ipar réduction,à l'hydrogène,de l'halogénure correspondant.Ipar reduction, with hydrogen, of the corresponding halide.
Lorsqu'un chauffage extérieur à celui produit éventuellement par la réaction de réduction s'avère nécessaire, on peut avantageusement faire usage d'un ’ arc électrique, d'un chalumeau à plasma d'arc ou à plasma inductif, d'un four à image ou d'un faisceau laser, j Les figures 3 et 4 concernent une troisiè me forme de réalisation d'une partie essentielle du pro- ! ! cédé et de l'installation suivant l'invention qui présen- : te l'avantage de permettre d'obtenir un rendement de pro- 1 duction très important du métal à élaborer, j Ce procédé se caractérise par le fait qu'on introduit les réactifs à l'état gazeux dans la zone réac-I tionnelle, gui se situe u.-ns la partie supérieure 2' de la lingotière 2, suivant un courant tourbillonnaire. Ainsi, des fines gouttelettes de métal formées dans ce courant t j s'unissent par collision pour former des gouttes plus vo- j lumineuses. Ces dernières sont alors projetées sous l'ef fet de la force centrifuge,produite par ce mouvement tou^r-! billonnaire, hors du courant pour s'agglomérer sur / W"· / I / 1 i i i ' 1 10 ί t i les parois latérales de la lingotière et y- ruisselent par gravité pour rejoindre la couche 16 surnageant le lingot 17.When heating outside of that possibly produced by the reduction reaction proves necessary, it is advantageous to make use of an electric arc, an arc plasma or inductive plasma torch, a image or of a laser beam, j Figures 3 and 4 relate to a third embodiment of an essential part of the pro-! ! yielded and the installation according to the invention which presents: the advantage of making it possible to obtain a very high production yield of the metal to be produced, this process is characterized by the fact that the reactants in the gaseous state in the reaction zone, mistletoe is located u.-ns the upper part 2 ′ of the ingot mold 2, according to a vortex current. Thus, fine metal droplets formed in this current t j unite by collision to form more luminous drops. The latter are then projected under the effect of the centrifugal force produced by this movement always! billonnaire, out of the current to agglomerate on / W "· / I / 1 i i i '1 10 ί t i the side walls of the ingot mold and flow there by gravity to join the layer 16 supernatant ingot 17.
Ceci présente le grand avantage d'obtenir une séparation très rapide, continue et également très poussée du métal élaboré hors des réactifs et produits de réaction gazeux.This has the great advantage of obtaining a very rapid, continuous and also very thorough separation of the metal produced from the reactants and gaseous reaction products.
Un moyen très simple pour créer ce mouve-* ment tourbillonnaire du courant gazeux dans la zone ré actionnelle est d'introduire les réactifs gazeux dans cette dernière suivant des directionsinclinées par rapport à la verticale de manière telle à former p.e. un courant circulaire, ou .en hélice.A very simple way to create this vortex movement of the gas stream in the reaction zone is to introduce the gas reactants into the latter in directions inclined relative to the vertical so as to form a circular current, or. in a helix.
Dans la forme de réalisation montrée aux | figures 3 et 4, chacun des deux réactifs est introduit ! , .In the embodiment shown in | Figures 3 and 4, each of the two reagents is introduced! ,.
! dans la partie supérieure 21 de la lingotière simultané- | ment en plusieurs endroits de manière à créer, d'une i part, un débit élevé des réactifs et, d'autre part, en [ un minimum de temps, un mélange et un contact aussi h intime que possible entre les différents réactifs.! in the upper part 21 of the simultaneous ingot mold | ment in several places so as to create, on the one hand, a high flow rate of the reagents and, on the other hand, in [minimum time, a mixture and as intimate contact as possible between the different reagents.
De plus, pour créer ce courant circulaire ou en hélice. Chacun des tubes 10 et 15 se termine dans la zone réactionnelle en forme de bras (p.e. deux)munis de bouches d'injection 10*. 10", 15',15" gui sont orientées ί suivant des directions situées dans des plans tangents à | des cylindres coaxiaux à la lingotière 2 et présentant des composantes horizontales orientées dans le même sens circulaire.In addition, to create this circular or helical current. Each of the tubes 10 and 15 ends in the reaction zone in the form of arms (e.g. two) provided with injection nozzles 10 *. 10 ", 15 ', 15" which are oriented ί in directions located in planes tangent to | coaxial cylinders with the mold 2 and having horizontal components oriented in the same circular direction.
I Ces bouches d'injection se situent dans ou légèrement en dessous d'un couvercle 21 qui ferme de maniè re étanche la partie supérieure 2' de la lingotière et qui 1 est muni d'un dispositif 4 destiné à permettre l'évacuation i / //I These injection ports are located in or slightly below a cover 21 which sealingly closes the upper part 2 ′ of the mold and which 1 is provided with a device 4 intended to allow evacuation i / //
! U! U
11 des produits de la réaction autre que le métal.11 of the reaction products other than metal.
Ci-après sont donnés quelques exemples pratiques de préparation de métaux réactifs suivant le procédé de l'invention.Below are given some practical examples of the preparation of reactive metals according to the process of the invention.
Exemple 1.Example 1.
Du titane a été produit par la réaction de chlorure de titane au moyen de sodium dans l'installation suivant la figure 1.Titanium was produced by the reaction of titanium chloride using sodium in the installation according to FIG. 1.
Le métal réducteur, formé donc par le % sodium, a été maintenu dans l'enceinte 11 à une température de l'ordre de 150°C, soit environ 50°C au-dessus du point de fusion, au moyen du four 12 qui est-.ide préférence constitué par un four électrique à résistance.The reducing metal, therefore formed by% sodium, was kept in the enclosure 11 at a temperature of the order of 150 ° C, or approximately 50 ° C above the melting point, by means of the oven 12 which is-.ide preferably consisting of an electric resistance oven.
| La température de toute là partie supérieu- i re 2' a été maintenue à une valeur supérieure à la tempé- ! rature d'ébullition des réactifs, notamment de l'ordre de 1.100°C.| The temperature of the whole upper part 2 ′ was maintained at a value greater than the temperature! boiling point of the reagents, in particular of the order of 1,100 ° C.
Les quantités relatives de sodium et de chlorure de titane introduites dans cette partie supé-! rieure 2' de la lingotière ont été réglées en agissant sur le débit des pompes volumétriques 7 et 13.The relative amounts of sodium and titanium chloride introduced into this upper part! 2 ′ of the mold were adjusted by acting on the flow rate of the positive displacement pumps 7 and 13.
Le chlorure de titane étant liquide à température ambiante, celui-ci ne nécessitait aucun chauf-I % fage dans l'enceinte 5, de sorte que le four 6 a pu être mis hors service.Titanium chloride being liquid at room temperature, it required no heating-I% fage in the enclosure 5, so that the oven 6 could be put out of service.
Avant d'injecter les réactifs, on a d'abord dégazé plusieurs fois la chambre 1 en la mettant i i sous vide et en assurant un balayage d'argon par le tube 20 à la pression atmosphérique ou légèrement supérieure à cette dernière.Before injecting the reagents, the chamber 1 was first degassed several times by placing it i i under vacuum and ensuring a sweep of argon by the tube 20 at atmospheric pressure or slightly higher than the latter.
| Le débit total des réactifs a été réglé t i de manière à assurer, dans la zone réactionnelle de la, /7, i s / / /| The total reagent flow was adjusted t i so as to ensure, in the reaction zone of the, / 7, i s / / /
JJ
j 4 12 partie supérieure 2' de la lingotière, une température supérieure à la température de fusion du métal (1688°C) soit de l'ordre de 1750°C.j 4 12 upper part 2 ′ of the ingot mold, a temperature higher than the melting temperature of the metal (1688 ° C.) or of the order of 1750 ° C.
Le débit horaire du chlorure de titane était de 2,6 m3 (4,4 tonnes) et de sodium de 2,7 tonnes. Ce rapport des réactifs a . assuré ainsi un excès de sodium de 25% ce gui a favorisé la réaction.The hourly throughput of titanium chloride was 2.6 m3 (4.4 tonnes) and sodium was 2.7 tonnes. This reagent report a. thus ensured a 25% excess of sodium which mistletoe favored the reaction.
La chaleur de réaction était suffisante pour maintenir, dans la zone réactionnelle, la température de 1750°C.The heat of reaction was sufficient to maintain the temperature of 1750 ° C in the reaction zone.
Le refroidissement de la lingotière 2, gui est donc constituée par un cylindre de cuivre, ou d'un de ses alliages, à double paroi à l'intérieur de laguelle circule un fluide réfrigérant, a été réglée de manière à maintenir une couche de métal produit à l'état liguide à la partie supérieure du lingot. La température de ce métal liguide a été maintenue supérieure de 15 à 30°C à son point de fusion.The cooling of the ingot mold 2, which is therefore constituted by a copper cylinder, or one of its alloys, with a double wall inside the laguelle circulating a coolant, has been adjusted so as to maintain a layer of metal liquid product at the top of the ingot. The temperature of this liquid metal was kept 15 to 30 ° C above its melting point.
Il a été possible d'élaborer ainsi une tonne de titane par heure sous forme d'un lingot homogène et massif pouvant être soumis directement au forgeage et au laminage.It was thus possible to produce one tonne of titanium per hour in the form of a homogeneous and solid ingot which can be subjected directly to forging and rolling.
Le rendement métallurgique était voisin de 90%.The metallurgical yield was close to 90%.
Au cours cette réduction, les fumées quittaient au fur et à mesure la zone réactionnelle. Elles contenaient du chlorure de sodium gazeux, des sous-chlorures de titane et un excès de sodium. Ces gaz ont été acheminés vers un condenseur dans leguel la réduction complète du métal a été achevée à basse température, formant ainsi des dendrites gui ont été réinjectées dans^ la couche liguide du métal formé au-dessus du lingot. / /·/ / / * .( !? !j i 13 i'i (During this reduction, the fumes gradually left the reaction zone. They contained gaseous sodium chloride, titanium subchlorides and excess sodium. These gases were conveyed to a condenser in which the complete reduction of the metal was completed at low temperature, thus forming dendrites which were reinjected into the liquid layer of the metal formed above the ingot. / / · / / / *. (!?! J i 13 i'i (
Les lingotières utilisées ont des diamètres compris entre 80 et 160 mm et des hauteurs comprises entre 200 et 400 mm.The ingot molds used have diameters between 80 and 160 mm and heights between 200 and 400 mm.
1 Lorsque les lingots présentent un diamètre de 150 mm ils sont extraits à une vitesse de l'ordre de 210 mm par minute, tandis que ceux qui présentent un diamètre de 100 mm sont extraits à une vitesse de 470 mm par minute, pour les débits indiqués ci-dessus.1 When the ingots have a diameter of 150 mm they are extracted at a speed of the order of 210 mm per minute, while those which have a diameter of 100 mm are extracted at a speed of 470 mm per minute, for the flow rates indicated above.
Exemple 2.Example 2.
Du titane a été produit par réduction simultanée de chlorure de titane au moyen de sodium et d'hydrogène.Titanium was produced by simultaneous reduction of titanium chloride using sodium and hydrogen.
I Les installations schématisées à- la figure I 1 et aux figures 3 et 4 ont été utilisées, complétée tou- ! tefois par un chalumeau à plasma d'hydrogène non repré- 'ï! * i J sente.I The installations shown diagrammatically in FIG. 1 1 and in FIGS. 3 and 4 have been used, always completed! however by a hydrogen plasma torch not shown! * i feel.
j 4,4 kg de titane de chlorure gazeux, 2,7kg ! •j de sodium gazeux et 1,2 m3 d'hydrogène par heure ont été | introduits dans la zone réactionnelle dans laquelle une | température comprise entre 2450 K et 3570 K et de préfé- s rence 3000 K a été maintenue.j 4.4 kg of titanium chloride gas, 2.7 kg! • d of gaseous sodium and 1.2 m3 of hydrogen per hour have been | introduced into the reaction zone in which a | temperature between 2450 K and 3570 K and preferably 3000 K has been maintained.
I L'excès d'hydrogène aâé recyclé.I Excess hydrogen has been recycled.
I Les conditions quant à la température des i . réactifs et de la zone réactionnelle -, ainsi que I la méthode d'injection étaient identiques à celles de I l'exemple 1.I The conditions regarding the temperature of i. reagents and the reaction zone -, as well as I the injection method were identical to those of I example 1.
I La quantité de titane produite par heure h| était de l'ordre de 1 kg.I The quantity of titanium produced per hour h | was around 1 kg.
I A cette échelle réduite, en raison des per- ! tes thermiques importantes, un chauffage d'appoint s'était :j avéré nécessaire.I On this reduced scale, due to the per-! your important thermics, an additional heating was: I proved necessary.
| Quoique ce chauffage d'appoint pouvait j i être réalisé soit par un arc électrique, soit par u^ // i I 14 i [ four à image, soit par un faisceau laser ou encore tout autre dispositif adéquat, une solution efficace était l'utilisation d'un chalumeau à plasma d'hydrogène.| Although this auxiliary heating could be carried out either by an electric arc, or by an image furnace, by a laser beam or by any other suitable device, an effective solution was the use a hydrogen plasma torch.
En effet, le gaz plasmagène est un réducteur du chlorure de titane et il a été ainsi possible de réduire simultanément le chlorure de titane par le sodium et l'hydrogène.Indeed, the plasma gas is a titanium chloride reducer and it was thus possible to simultaneously reduce the titanium chloride by sodium and hydrogen.
La réduction par le sodium est exothermique alors que la réduction par l'hydrogène est endothermique; par conséquent, le fait de réaliser les deux réactions simultanément a comme effet que, s'il advient que la température de réaction varie, une des deux réactions sera toujours favorisée et le rendement métallurgique global sera donc supérieur au rendement de chacune des deux réactions prises séparément, i Exemple 3.The reduction by sodium is exothermic while the reduction by hydrogen is endothermic; consequently, the fact of carrying out the two reactions simultaneously has the effect that, if it happens that the reaction temperature varies, one of the two reactions will always be favored and the overall metallurgical yield will therefore be greater than the yield of each of the two reactions taken separately, i Example 3.
| Du zirconium a été produit par réduction du f ! tétrachlorure de zirconium au moyen de sodium.| Zirconium was produced by reduction of f! zirconium tetrachloride using sodium.
[ ! Etant donné que le tétrachlorure de zirco nium n'est pas liquide, une installation du type montré i à la figure 2 a est utilisée.[! Since the zirconia tetrachloride is not liquid, an installation of the type shown i in FIG. 2 a is used.
! Le tétrachlorure de zirconium sublime en | effet à pression atmosphérique à 331°C.! Zirconium tetrachloride sublime in | effect at atmospheric pressure at 331 ° C.
Le sodium a été porté à ébullition dans ; l'enceinte 14 par le four 9 avant d'être injecté, au moyen i [ du tube 15, dans la partie supérieure 2' de la lingotière 2, tandis que le tétrachlorure de zirconium a été sublimé dans 1'enceinte 5 par chauffage au moyen du four 6.Sodium was brought to a boil in; the enclosure 14 by the oven 9 before being injected, by means of the tube 15, into the upper part 2 ′ of the ingot mold 2, while the zirconium tetrachloride has been sublimated in the enclosure 5 by heating with medium oven 6.
Le débit gazeux de cet halogénure a été imposé par la puissance dissipée par ce four 6.The gas flow rate of this halide was imposed by the power dissipated by this furnace 6.
On a ainsi préparé 9 kg de zirconium par heure par la réduction de 23 kg de tétrachlorure de zir~ !1 15 j .9 kg of zirconium per hour were thus prepared by the reduction of 23 kg of zir tetrachloride ~! 1 15 d.
conium avec 5 kg de sodium.conium with 5 kg of sodium.
Le rapport des réactifs a assuré un excès j de sodium de 25%.The reagent ratio ensured a 25% excess of sodium.
Les autres conditions étaient identiques ' à celles des exemples précédents, si ce n'est que le débit des réactifs étaient tel à assurer dans la zone réactionnelle une température supérieure à la température de fu-! sion du zirconium (1860°C), de l'ordre de 1900°C.The other conditions were identical to those of the preceding examples, except that the flow rate of the reactants was such as to ensure in the reaction zone a temperature higher than the temperature of fu! zirconium ion (1860 ° C), of the order of 1900 ° C.
; . Exemple 4.; . Example 4.
Du tantale a été préparé par réduction de chlorure de tantale au moyen d'hydrogène.Tantalum was prepared by reduction of tantalum chloride using hydrogen.
Etant donné qu'il s'agit d'un métal très réfractaire, l'élaboration de ce métal à l'état liquide exige. des températures supérieures à 3000°C.Since it is a very refractory metal, the development of this metal in the liquid state requires. temperatures above 3000 ° C.
Généralement, la réduction métallothermi-Generally, metallothermic reduction
Ique du chlorure ne fournit pas assez de calories pour atteindre cette température; de plus, la réaction exothermique a un rendement métallurgique très faible aux températures très élevées.Ich chloride does not provide enough calories to reach this temperature; moreover, the exothermic reaction has a very low metallurgical yield at very high temperatures.
C'est ainsi que, dans le présent cas, une I torche de plasma d'hydrogène s'était avéré particulière ment appropriée pour l'apport de ces calories.Thus, in the present case, a hydrogen plasma torch had proved particularly suitable for the supply of these calories.
En effet, il a été constaté, d'une part, que la température élevée nécessaire à la fusion du métal a été facilement atteinte et, d'autre part, que la ré-I duction par l'hydrogène a été favorisée par la températu- % re élevée, cette réduction étant une réaction endother- f migue.Indeed, it was found, on the one hand, that the high temperature necessary for the melting of the metal was easily reached and, on the other hand, that the re-I duction by hydrogen was favored by the temperature. -% re high, this reduction being an endothermic reaction migrates.
« I Le tantale étant liquide entre 3000°C et ; il 5000°C, la température dans la zone réactionnelle a été / ,1 maintenue voisine de 4000°C. /."I Tantalum being liquid between 3000 ° C and; at 5000 ° C, the temperature in the reaction zone was /, 1 kept close to 4000 ° C. /.
if 1 ' ‘if 1 '‘
J JNOT A WORD
il 16 il !|it 16 it!
Par ailleurs, le chlorure de tantale fondant à environ 220°C, il était en principe possible d'imposer le débit au moyen d’une pompe volumétrique.In addition, the tantalum chloride melting at around 220 ° C, it was in principle possible to impose the flow rate by means of a positive displacement pump.
Toutefois, le domaine de température où le pentachlorure de tantale est liquide étant restreint (environ 20°C), il a été préférable d'imposer le débit gazeux de ce chlorure par la puissance dissipée par le four 6, suivant la forme de réalisation montrée à la figure 2 et tel qu'exposé dans l'exemple 3 susdit.However, the temperature range where the tantalum pentachloride is liquid being restricted (approximately 20 ° C), it was preferable to impose the gas flow rate of this chloride by the power dissipated by the oven 6, according to the embodiment shown in Figure 2 and as set out in Example 3 above.
Ces conditions de réaction ont permis d'élaborer ainsi 1 kg de tantale par heure en réduisant 2,1 kg de pentachlorure de tantale par 1,2 m3 d'hydrogène, ce gui a assuré un excès important de réducteur (le rapport molaire H2/TaCl5 = 10).These reaction conditions have thus made it possible to produce 1 kg of tantalum per hour by reducing 2.1 kg of tantalum pentachloride per 1.2 m3 of hydrogen, this mistletoe has ensured a significant excess of reducing agent (the molar ratio H2 / TaCl5 = 10).
IL'excès d'hydrogène a été recyclé pour la réduction.The excess hydrogen has been recycled for reduction.
Le métal a été solidifié dans la lingotiè-re en cuivre refroidie, comme dans les exemples précédents .The metal was solidified in the cooled copper mold, as in the previous examples.
i 3 Comme il résulte de ce qui précède, il est essentiel que les réactifs soient introduits à l'état gazeux directement dans la partie supérieure de la lin-gotière et, p.e., non dans une chambre de réaction ♦ 1 ' séparée.i 3 As follows from the above, it is essential that the reagents are introduced in the gaseous state directly into the upper part of the flue-line and, eg, not in a separate reaction chamber ♦ 1 '.
i II est bien entendu que l'invention n'est | pas limitée aux formes de réalisation décrites ci-dessus et que bien des variantes peuvent être envisagées sans sortir du cadre du présent brevet.i It is understood that the invention is not | not limited to the embodiments described above and that many variants can be envisaged without departing from the scope of this patent.
j C'est ainsi que ces métaux réactifs peuvent être préparés pur ou alliés à d'autres éléments réactifs ; ou non,tels que des alliages Titane-Aluminium-Vanadium/.j This is how these reactive metals can be prepared pure or alloyed with other reactive elements; or not, such as Titanium-Aluminum-Vanadium / alloys.
s [Jf I ^ *s [Jf I ^ *
Claims (19)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
LU82561A LU82561A1 (en) | 1980-06-26 | 1980-06-26 | PROCESS AND PLANT FOR THE PRODUCTION OF REACTIVE METALS, ALLOYED OR NON-ALLOYED, BY REDUCTION OF THEIR HALIDES |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
LU82561A LU82561A1 (en) | 1980-06-26 | 1980-06-26 | PROCESS AND PLANT FOR THE PRODUCTION OF REACTIVE METALS, ALLOYED OR NON-ALLOYED, BY REDUCTION OF THEIR HALIDES |
LU82561 | 1980-06-26 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
LU82561A1 true LU82561A1 (en) | 1982-01-20 |
Family
ID=19729426
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
LU82561A LU82561A1 (en) | 1980-06-26 | 1980-06-26 | PROCESS AND PLANT FOR THE PRODUCTION OF REACTIVE METALS, ALLOYED OR NON-ALLOYED, BY REDUCTION OF THEIR HALIDES |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
LU (1) | LU82561A1 (en) |
-
1980
- 1980-06-26 LU LU82561A patent/LU82561A1/en unknown
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CH648062A5 (en) | PROCESS AND PLANT FOR THE PREPARATION OF METALS. | |
EP0048713B1 (en) | Process for manufacturing metal pellets, product obtained thereby and device for implementing such process | |
FR2587725A1 (en) | PROCESS FOR PRODUCING ZIRCONIUM OR HAFNIUM | |
FR2554129A1 (en) | Process for recovering purified reduced metal by redox reaction | |
FR2602503A1 (en) | PROCESS AND APPARATUS FOR PURIFYING SILICON | |
EP0077282A1 (en) | Installation for the continuous treatment of liquid metals or liquid metal alloys in the form of magnesium or aluminium | |
CH676681A5 (en) | ||
FR2998497A1 (en) | Manufacturing e.g. intermetallic part, comprises providing a material in form of powder particles, depositing a first layer of powder of the material on support, and scanning an area of first layer by a beam to heat the powder | |
EP2419380A1 (en) | Method and apparatus for purifying a silicon feedstock | |
EP1517855B1 (en) | Method for calcium nitride synthesis | |
EP0216398A1 (en) | Process for preparing refined tantalum or niobium | |
FR2587364A1 (en) | PROCESS FOR THE METAL REDUCTION OF ZIRCONIUM CHLORIDE, HAFNIUM OR TITANIUM USING ZINC OR TIN AS SEALING ELEMENT | |
FR2548937A1 (en) | PROCESS AND APPARATUS FOR MANUFACTURING POWDER ALLOY | |
EP3320129A1 (en) | Method allowing the removal of oxides present on the surface of nodules of a metal powder before using same in an industrial method | |
LU82561A1 (en) | PROCESS AND PLANT FOR THE PRODUCTION OF REACTIVE METALS, ALLOYED OR NON-ALLOYED, BY REDUCTION OF THEIR HALIDES | |
EP0009433A1 (en) | Process and apparatus for producing metallic powder starting from a molten metal or alloy | |
CA2207122A1 (en) | Silica powder doping device | |
EP3489196A1 (en) | Method and device for supplying a liquid silicon melt with solid silicon particles | |
FR2587365A1 (en) | PROCESS FOR REDUCING THE METAL STATE OF ZIRCONIUM CHLORIDE, HAFNIUM OR TITANIUM WITH THE USE OF MAGNESIUM AS A SEALING ELEMENT | |
EP3052444B1 (en) | Process for deoxidizing silicon | |
EP0125173A1 (en) | Process for producing solid metal particles from a molten metal | |
FR2607492A1 (en) | PROCESS AND APPARATUS FOR THE PRODUCTION OF HIGHLY SOLIDIFIED CERAMIC ALLOY POWDERS | |
BE519656A (en) | ||
EP0125964B1 (en) | Process and apparatus for cooling a material and application to the manufacture of refractory materials by tempering | |
FR2561131A1 (en) | METHOD AND APPARATUS FOR ISOTOPIC ENRICHMENT |