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ANTI-ROUILLE.
L'invention se rapporte à des procédés anti-rouille qui (permettent de recouvrir le fer, ou des articles compre- nant du fer, avec des couches de phosphates insolubles. Le fer et d'autres métaux forment une série de phosphates, les uns solubles, les autres insolubles. Traité convenablement le fer peut être revêtu d'une couche de phosphates insolu- bles,
COSLETT dans un brevet américain n 870.937 a indiqué clairement un procédé, ayant le même but, qui a été très lar- gement utilisé avec des modifications et perfectionnements.
L'invention se rapporte à un perfectionnement à l'aide
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duquel on produit une matière anti-rouille que l'on peut uti- liser sous forme de solution. L'invention comprend non seules- ment la production du produit perfectionné mais aussi une mé- thode d'utilisation? . Les objets de l'invention consistent principalement dans l'union de produits chimiques anti-rouille, faite de manière telle que le produit puisée être facilement ejr économiquement transporté et emmagasiné jusqu'au moment de l'emploi; ce qui permet de l'utiliser sans avoir recours à une main d'oeuvre spéciale ; son utilisation étant aussi économi- que que possiblerelativement aux produits chimiques employés;
le produit, de revêtement anti-rouille obtenu étant aussi cons- tant que possible quant à la qualité.
Il existe plusieurs phosphates de fer qui se forment dans des conditions différentes. Ces phosphates varient depuis les phosphates fortement acides, jusqu'au: phosphates basiques, ils diffèrent aussi selon la nature de l'acide phosphorique qui peut être de l'acide métaphosphorique, de l'acide ortho- phosphorique ou pyrophosphorique. Les phosphates insolubles ne se forment sur la surface du fer, dans une solution con- tenant de l'acide phosphorique, que quand se trouvent présents dans le bain une série de phosphates. D'études faites il résul- te que les composés d'un bain anti-rouille comprennent :un phosphate ferreux primaire et un phosphate ferreux secondaire.
Quand le phosphate primaire et l'acide libre sont pré- sents dans le bain, là où les surfaces du fer sont exposées, une partie du fer est attaquée et quelque phosphate secondaire est formé. Le phosphate secondaire est très légèrement solu- ble dans le bain anti-rouille. Le dépôt du ravalement sur le fer ne commence que quand le bain, tout au moins la partie de ce- lui-ci en contact avec le fer, est satué de phosphate secondais re, ceci n'exige qu'une petite fraction de 1% dans le bain or- dinaire.
Quand le phosphate primaire est dissous dans l'eau,
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une dissolution hydrolitique, ou hydrolyse, en résulte produisant quelque acide libre d'un phosphate secondaire suf- fisant pour saturer la solution. Part.! conséquent, quand on con sidère les matières à placer dans le bain pour réaliser l'an- ti-rouille, le phosphate secondaire peut être laissé de cô- té.
Les métaphosphates et pyrophosphates des métaux: anti- rouille ainsi que les orthophosphates ferrique sont pratique- ceux-ci ont été. introduits dans des bains anti-rouille ment insolubles dans des solutions anti-rouille/mais n'ont pas eu d'action anti-rouille, sauf quand il y a un certain réarangement des atomes, ayant pour effet de libérer de l'a- cide phosphorique dans la solution, cet acide phosphorique agit exactement comme s'il avait été introduit directement dans le bain, omme on le faisait dans le procédé de COSLETT dont on a parlé plus !haut.
Le phosphate 'ferreux primaire est suffisamment solu ble dans l'eau pour produire un bain anti-rouille, il se pré- sente seus une. forme excellente pour les applications et ce- ci pour des raisons qui seront données plus complètement dans la suite de la description.' Il existe d'autres phosphates similaires qui peuvent^etre utilisés comme on le signalera plus loin.
Le premier objet de l'invention consiste à produire un phosphate ferreux primaire , ou phosphates similaires d'au tres métaux. La production de phosphates ferreux sera premier rement décrite. Pour l'obtenir, de la limaille de fer, ou petites particules de fer, sont introduites dans une forte solution d'acide orthopho'sphorique. Le degré de concentra- tion de l'acide peut varier considérablement selon les condi. tions, mais pour dès raisons qui seront données plus loin on préfère une concentration de 60% à 75%.
On a trouvé préférable de chauffer l'acide jusqu'à 100 C. environ, ou de'maintenir la solution acide entre cet-
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te température et celle du point d'ébullition qui est envi** ronde 115 C. pour une solution à 65% Les limailles sont introduites doucement pour éviter un bouillonnement excessif, on doit aussi agiter la solution jusqu'à ce que la limaille soit pratiquement dissoute. Le tempo nécessaire pour dissou- dre le fer dépend de la force de la solution, l'état du fer: la température et la profondeur du récipient , relativement à la profondeur de l'acide dans celui-ci.
Avec la concentra- tion et les températures données ci-dessus, une quantité sa- tisfaisante de fer peut être dissate dans la solution en une heure environ, s'il existe un espace suffisant dans le réci- @ poient pour permettre à la solution de mousser jusqu'à cinq fois le volume initial. S'il n'existe pas un espace suffisant pour accommoder la mousse, il faut plus de temps pour disou- dre le fer.
Quand le fer se dissout dans l'acide ,de l'hydrogène est libéré, et en même temps une certaine quantité de vapeur d'eau est émise. Cet hydrogène et la vapeur d'eau agissent pour empêcher tout contact trop intime entre l'air et la solu- tion:, Cette protection peut être augmentée en couvrant le récipient , laissant seulement une ouverture pour le passage @ de l'hydrogène et de la vapeur d'eau, en sorte que la surface de la solution se trouve protégea par la couche formée par les gaz, l'air étant ainsi exclu. Il n'est pas bon que l'air soit librement en contact avec la solution parce que le phos- plgate à une tendanne à l'oxydation et prend alors un état 'moins soluble.
La quantité de fer soluble dans une certaine quantité de solution peufetre variée de manière considérable selon les circonstances, mais la proportion d'une partie de fer pour environ dix parties en poids d'une solution à 65% d'a- cide phosphorique-:., a donné des résultats satisfaisants.
Après que la solution a été formée de la manière in- diquée ci-dessus,!' opération suivante consiste à la filtrer, Ceci peut âtre fait de toute manière convenable. On filtre pour enlever toutes les impuretés insolubles dans la solution, tel que du carbone qui est introduit d'ordinaire avec le fer,
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et les portions de fer restantes qui n'ont pas été dissou- tes. Du fer non dissous dans la matière anti-rouille dé- croit beaucoup sonrendement, car le bain anti-rouille agit sur ce fer, ce qui diminue sa force, il en résulte que l'on obtient unmoins bon rendement de la matière anti-rouille qaand du fer métallique est introduit dans celle-ci.
Après que la solution a été filtrée elle est versée dans un récipient de cristallisation'.Ce récipient peut com- porter un serpentin au travers duquel on fait passer soit de la vapeur ou de l'eau froide. Le phosphate ferreux se dissout plus rapidement dans une solution d'acide phosphorique à 50% que dans une solution plus concentrée, Comme l'objet de l'o- pération de cristallisation consiste à cristalliser autant que possible du phosphate ferreux primaire de la solution, il est bon d'avoir dans le récipient une assez forte solu- tion ;
si celle-ci, venant du filtre , est plus faible qu'on ne le désire, on peut éliminer l'eau en excès en faisant passer de la vapeur dans le serpentin, on chauffe ainsi la solution jusqu'à ce que soit atteint le degré de concentra- tion désiré. Cependant il est préférable d'ordinaire de conduire les opérations de manière à ce que la solution ait à peu près le degré de concentration voulu quand elle arrive au récipient de cristallisation.'
Pour précipiter les cristaux dans le récipient,on fait passer de l'eau froide dans le serpentin. Il est bon de con- duire la cristallisation assez lentement, car il se forme alors de plus gros cristaux , et de gros cristaux sont pré- férables comme on l'expliquera plus loin,
Les cristaux sont placés dans un séchoir centrifuge et énergiquement draimés.
La liqueur mère peut être renvoyée au récipient de diesolution.
Apres que les cristaux ont été enlevés de l'appareil centrifuge, on doit.les sécher rapidement et ceci avec le mi- nimum de contact avec des influences oxydantes, car les cris- taux humides, en présence de l'air, s'oxydent, ce qui rend insoluble une assez grande proportion de ceux-ci, Par con-
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séquent il ne doit pas rester de traces d'eau dans le pro- duit cristallisé, sauf l'eau de cristallisation.
Les cristaux retiennent leur eau de cristallisation quand on ne les sè- che pas au-dessus de 60 C..Les cristaux sèches , comme in- diqué, n'absorbent pas l'humidité de l'air et par conséquent quand ils sont séchés complètement ils restent relativement stables quand on les expose à une atmosphère ordinaire. Cepen- dat il reste toujours quelque danger d'oxydation résultant de la présence d'humidité et d'air, par conséquent de gros cris- taux doivent être préférés aux petits car la surface exposée à l'oxydation, proportionnellement à la masse, est plus peti- te.
Les cristaux peuvent être chauffés pendant qu'on les sèche, afin de leur enlever leur eau de aristallisation, ceci si on le désire. Le produit anhydre est plus léger que les cristaux contenant l'eau, de cristallisation d'une quantité suiet à l'oxydation : mais le pro- égale à eau enievec 11 est ainsi plus sujet à 1 ' oxydation et comporte quelques autres désavantages. Par conséquent, quoi que la matière ,anhydre possède quelques avantages, les cris. taux avec leur eau de cristallisation, mais dont l'excès d'humidité a été enlevée, se présentent sous la forme pré- férée d'utlisation générale.
Comme on l'a dit plus haut , il est préférable d'uti- liser de 60% à 75% d'acide. Quand on utilise cette teneur d'a- cide et que le volume est mainte nu pratiquement constant jusqu'à ce que la cristallisation ait commencé, une bonne prod duotion de cristaux satisfaisante est ob@@nue. SI 50% d'acide est utilisé et que le volume soit maintenu pratiquement c@@s- tant jusqu'à ce que la cristallisation @it commencé, on n'a qu'une petite production de pauvres cristaux, ceci en partie parce que le phosphate ferreux pri@@ire est beaucoup plus so- luble dans l'acide de cette teneur que dans l'acide fort.
Si 85% d'acide est utilisé, il est difficile d'obtenir une cris- tallisation satisfaisante, La solution peut être amenée au degré de force voulu pendant la cristallisation, quand l'aoi-
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de utilisé au début d'à pas la force voulue, mais il est pré- férable d'utiliser de l'acide de force suffisantes' afin de n'a voir pas à corriger plus ou moins la solution, pour obtenir une bonne cristallisation.
Du phosphate de manganèse primaire peut être obtenu pratiquement de la même manière que le sel ferreux. Les modifi- cations les plus importances sont qu'il faut un peu plus de manganèse que de fer pour produire le même degré de saturation dans la solution, et qu'il n'est pas nécessaire de se prému- nir contre l'oxydation du phosphate de manganèse.
Il est quelquefois utile de 'se servir ensemble des sels de manganèse et de fer, et pour cela du ferro-manganèse peut être utilisé comme corps donnant lemanganèse désiré, le fer et le manganèse dans le ferro-manganèse étant transformés en phosphate par le même procédé .
Du phosphate de zinc primaire peut être obtenu de la même manière que les sels similaires de manganèse et fer, à l'exception cependant.qu'il faut une plus grande quantité de zinc que de fer pour produire le même degré de saturation dans la solution, et qu'il faut prendre plus de soin pendant l' opé.. ration de séchage, pour éviter de surchauffer les cristaux fondant au-dessous de 60 C.
Le phosphate ferreux primaire additionné à de l'eau produit une bonne solution anti-rouille ;sans addition d'autre matière.. Quand on commence les opérations dans un récipient danti-rouille, et quand ce sel est utilisé seul, il est prêtée rable de faire bouillir la solution pendant une héure environ, avant d'introduire les pièces à traiter,
Des proportions variées du sel peuvent être utilisées.
Un revêtement anti@rouille a été obtenu avec succès en utilisant aussi peu que 3k,17 de sel dans 667,57 litres d'eau , et au- tant que 31 le, 75 de sel dans la même quantité d'eau, Avec du fer absolument propre, environ 6k,80 de sel pour 567,57 litres d'eau donnent de bons résultats, mais on a trouvé qu'une plus grande quantité donne des résultats plus rapides sur du fer
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imparfaitement propre ; par conséquent 15 k, 85 ajoutés à 567,57 litres d'eau ont été choisis comme solution standard,
La force de la solution dans le bain anti-rouille dé- croît quand les pièces sont revêtues de phosphates insolu- bles.
Gomme il est dit ci-dessus, quand on fait bouillir du phosphate ferreux primaire dans de l'eau il en résulte une production d'un peu de phosphate secondaire et d'un peu d'a- cide libre. L'acidité du bain a été trouvée comme étant une bonne indication de la force de la solution utilisée comme anti-rouille, et par conséquent c'est un moyen $Or qui per- met de'déterminer la quantité de sel à ajouter en tout moment pour ramener la force de la solution à la nomale.
L'acidité du bain peut être exprimée en joints, les pointa étant le nombre de centimètres cubes de liqueur titrée normale, au dixième, alcaline nécessaire pour neutraliser dix centimètres cubes de la solution anti-rouille, le phénolphta. léine étant pris comme indicateur.
On a trouvé que 0 k,453 de sel pour 567,57 litres d'eau ajoute à peu près un point à l'acidité de la solution, quand on l'essaye à l'aide de l'opération indiquée. Quand 15 3c,86 de sel sont ajoutés à 567,57 litres d'eau, pour mettre en train le récipient, la solution donnera environ 35 points d'a.. cidité. On peut ajouter du sel en tout temps pourramaner la solution à la force normale ; maisdansles opérations ordinaires quand on désire traiter les pièces d'une manière continue pendant la journée de travail, il est utile d'ajouter le soir la quantité de sel indiquée comme nécessaire pour l'ac- dité du bain . Par exemple si le bain indique 28 points d'aci- dité à la fin 'de la journée, 3k,17 sont ajoutés à 567,57 li- tres de la solution.
On chauffe pendant la nuit pour que le bain reste chaud, mais sans bouillir. Cette méthode d'ajou- ter le soir la quantité de sel nécoGGaire et de maintenir le bain chaud, sans bouillir, a été trouva-pratiquement ef- ficace pour ramener- la force de la solution. Si l'opération
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de revêtement d'anti-rouille est continue pendant 24 heu- res, le renforcement peut être réalisé en tout temps conve.. bable. ,
On peut utiliser les phosphates secondaires de manga- nèse et de zinc, soit seuls, soit en proportions variées des deux, ou avec le phosphate ferreux primaire et ceci d'u- ne manière pratiquement semblable à celle décrite pour le sel ferreux seul.
L'utilisation d'un mélange de sels ferreux et manganeux ne fait pas changeramatériellement la quantité de sels nécessaire pour produire une acidité donnée du bain; mais une quantité matériellement plus grande de travail de recouvrement d'anti-rouille, dans ce bain, est nécessaire, comparé au bain de sel ferreux seul, pour abaisser l'acidi- té d'une quantité donnée, le revêtement étant un peu plus doux et résistant mieux à la rouille.
Les métaux qui peuvent être utilisés d'une manière sa- tisfaisante , comme anti-rouille, sont limités par un cer- tain nombre de facteurs. Ils doivent former des phosphates si milaires en nature et solubilité aux phosphates ferreux, et ils ne doivent pas être au-dessous du fer dans la série dés tensions. Des métaux dans la série des tensions du manganèse au fer inclus, répondent à ces conditions. Le cadmium est trop coûteux pour être utilisé comme élément principal dans une matière anti-rouille, quoique du cadmium se trouve assez fréquemment dans le zinc commercial, il peut donc se trou- ver en quelque quantité dans le sel commercial, Jusqu'ici, il a été d'usage de fournir l'acide phos- phorique dans des bombonnes, à ceux qui traitent à l'anti- rouille.
La préparation de cristaux, ou poudre, décrite ci-des- sus,; et la livraison de ces matières au lieu d'une solution acide aux industriels offre un certain nombre avantages. Par- mi ceux-ci sont: la préparation de la matière anti-rouille sous contrôle sérieux, facilité de transport et d'emmagasinage de la matière, et quant à l'usage , facilitée économie, bon rendement et absence de danger.
La matière sèche peut être utilisée en proportions
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très variables-, et sans soins particuliers quant aux manipula- tions, on obtient ce@@ndant un plus grand- revêtement pour une quantité donnée d'acide, @iasi qu'une meilleure qualité du dit revêtement, comparé au cas usuel d'utilisation de la solution acide, sauf danses cas exceptionnels et sous le contrôle d'experts dans l'utilisation de la solution.
Le procédé décrit ci-dessus donne de bons résultats ,mais on doit comprendre que des modifications évidentes, quoiquelles ne soient pas spécifiquement mentionnées, peuvent être faites tout en restant dans l'esprit de l'invention.