BE393804A - - Google Patents

Description

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  "PERFECTIONNEMENTS A LA FABRICATION DES ALLIAGES 
D'ALUMINIUM" 
Cette invention a trait à un procédé perfectionné de fabriaation d'alliages d'aluminium et concerne en par- ticulier la préparation d'alliages par la réduction directe de certains composés oxygénés -- définis ci-après -- de métaux qu'on désire allier à l'aluminium. 



   On avait déjà proposé de préparer des alliages à base d'aluminium en mélangeant un oxyde du métal à allier avec de la limaille   dtaluminium   et en chauffant le mélange sur un bain fondu d'aluminium de façon que, lorsque la   ré-   

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   duation   de l'oxyde par la limaille d'aluminium s'effectue, le métal engendré s'allie à l'aluminium. 



   La demanderesse a maintenant découvert que si l'on chauffe l'oxyde métallique ou autre composé oxygéné du métal à allier à l'aluminium dans un bain fondu d'aluminium et au-dessous de-la surface de ce bain, le composé oxygéné se décompose ou se dissocie et le ou les métaux ou   métalloï-   des qu'il renferme s'allient à l'aluminium, l'oxyde d'alu- minium s'élevant et flottant à la surface du bain. 



   On a trouvé qu'il est ainsi possible de traiter divers composés oxygénés de métaux et de métalloïdes destinés à être alliés à l'aluminium et, en particulier, un grand nombre de minéraux qu'on trouve dans la nature. On n'est toutefois pas parvenu à préparer de cette façon des alliages à l'aide de sulfates et d'oxychlorures. Le terme "composé oxygéné" appliqué dans cette description doit par conséquent être considéré comme excluant les sulfates et les oxychlo-   rures.   



   La présente invention a par conséquent pour objet un procédé de fabrication d'alliages d'aluminium caractérisé par le fait qu'il consiste à chauffer dans un bain   d'alu-   minium, au-dessous de la surface de ce bain, un composé oxygéné - du type défini ci-dessus - d'un métal ou métalloî- de qui est capable de s'allier à l'aluminium. 



   Suivant un mode de réalisation préféré de   l'inven-   tion, on maintient le composé oxygéné au-dessous de la sur- face de l'aluminium en introduisant dans celui-ci des morceaux du dit composé saffisamment gros pour surmonter la tension superficielle de l'aluminium fondu (par exemple des morceaux dont les dimensions vont de 1 mm à 100   on).   



   On se rend- compte que lorsqu'on applique plusieurs composés oxygénés ou un composé de plusieurs métaux, tel 

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 que la dolomite, on obtient un alliage d'aluminium contenant plusieurs métaux   d'alliage,   
Si le composé oxygéné du métal à allier est un oxyde ou un carbonate, il se formera directement l'alliage correspondantconjointement avec de l'oxyde d'aluminium qui flottera à la surface du bain. 



   Par contre, si le composé oxygéné du métal à allier est un silicate, il se formera soit : (a) Un alliage d'aluminium et de silicium laissant le métal du silicate sous forme de l'oxyde conjointement avec l'oxyde d'aluminium, (b) Un alliage tertiaire contenant de l'aluminium et du silicium, selon la nature du silicate choisi. 



   On a trouvé dans la pratique que, dans la fabri- cation d'alliages de l'aluminium et de métaux alcalino- terreux par le- présent procédé, surtout lorsque le composé alcalino-terreux est un oxyde ou un carbonate, une proportion considérable du métal alcalino-terreux (jusqu'à 50 % environ) ne s'allie pas à l'aluminium et reste au contraire sous forme d'un laitier infusible dans le creuset, pot de fusion ou autre chambre de chauffage qui contient la charge à chauffera Par.

   conséquent, une autre caractéristique de l'invention consiste à récupérer la partie de l'aluminium qui constitue un laitier avec le métal d'alliage en fondant ce laitier avec un haloide alcalin ou un haloide double (par exemple le chlorure de sodium ou la   cryolite).   Lorsqu'un haloide alcalin est appliqué à cet effet, par exemple avec une scorie ou laitier de calcium et d'aluminium, la réaction qui a lieu est la suivante : 
2 CaoAl + NaCl = Ca.Cl2 + 2 Al + Na L'aluminium est ainsi récupéré de cette scorie sous forme 

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 d'un métal sensiblement pur et exempt de calcium.

   Le calcium que contient la scorie réagit avec le chlorure de sodium pour donner du sodium pur dont une partie est utilisée pour réduire une fraction de l'oxyde d'aluminium présent et dont une autre partie se transforme directement en oxyde de sodium par combustion. Une bonne proportion de cet oxyde Na2O s'échappe sous forme de fumées de la partie supérieure du bain et peut être recueillie dans un sac à fumées, une autre fraction du dit oxyde se déposant dans un laitier secondaire principalement composé de chlorures de sodium et de calcium et de particules insolubles d'oxyde d'aluminium, de chaux, etc. On peut récupérer l'aluminium du laitier secondaire en traitant celui-ci par une solution de soude caustique qu'on peut obtenir en mouillant les fumées d'oxyde de sodium obtenues pendant la réaction par le sel. 



   Le laitier secondaire engendré dans la réaction par le sel contiendra aussi des nitrures qui, lorsqu'ils sont chauffés avec de la soude caustique, se décomposent en donnant naissance à de l'ammoniaque, qu'on peut recueillir à titre de sous-produit en faisant, simplement bouillir avec de l'eau le laitier secondaire comprenant les fumées de Na2O. 



   L'invention comprend par conséquent un procédé de fabrication d'alliages d'aluminium et de métaux alcalino- terreux qui comprend les opérations suivantes: (a) On chauffe dans un bain dtaluminium fondu, au- dessous de la surface de ce bain, un oxyde ou un carbonate alcalino-terreux, ce qui s'obtient par exemple en introduisant dans l'aluminium des morceaux du dit oxyde ou carbonate de grosseur suffisante pour surmonter la tension superficielle de l'aluminium fondu. 

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   (b) On fond avec du chlorure de sodium ou de la cryolite la scorie qui se forme. 



   (c) Après séparation de l'aluminium récupéré, on épuise la masse fondue avec de l'eau pour le but envisagé. 



   L'invention comprend en outre les alliages   d'alu-   minium, préparés par le procédé spécial précédemment décrit. 



   Dans la mise en pratique du présent procédé, il faut que la température soit comprise entre 6500 C, point de fusion de l'aluminium, et   1600    C, point de vaporisation de l'aluminium, c'est-à-dire que l'échelle de travail va appro- ximativement de 7000 à 1500  C. Entre ces limites, on peut ohoisir la température selon le point de fusion du métal ou des métaux qu'on désire allier à l'aluminium. A cet égard, le présent procédé se distingue du procédé bien connu à la termite dans lequel on mélange de l'aluminium en poudre avec des oxydes et des composés oxygénés comprenant ceux du métal qu'on veut réduire, la température requise étant créée par la chaleur .de la réaction et réglée par les pro- portions relatives appliquées de l'agent oxydant et de poudre d'aluminium. 



   On décrira maintenant l'invention en se référant à la préparation d'alliages particuliers. 



   Pour préparer un alliage de calcium et d'aluminium par exemple, on peut adopter le mode opératoire suivant: 
On fond d'abord de l'aluminium métallique, de préférence dans un four à creuset de graphite, et l'on chauffe alors ce métal jusqu'à ce que sa température ait atteint 1000 à   12009   C environ. On dépose alors sur la partie supérieure du bain d'aluminium fondu de la chaux calcinée (aussi pauvre en fer que possible) sous forme de morceaux allant ordinairement de quelques millimètres de 

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 diamètre à la grosseur d'une noix. A mesure que l'opération se poursuit, les morceaux de chaux s'enfoncent graduelle- ment dans le bain d'aluminium fondu.

   Par contre, si les morceaux étaient trop petits, par exemple si l'on se ser- vait de chaux en poudre, ces morceaux ne s'enfonceraient pas dans l'aluminium fondu et continueraient à flotter à la surface du bain et, même après plusieurs heures de contact, on ne trouveraitguère ou pas de calcium dans le métal 
Après plusieurs heures de contact, les morceaux d'oxyde de calcium se sont dissipés et l'on coule l'alliage, qui a atteint le pourcentage désiré, par exemple environ 10 % de Ca. Il reste toutefois dans la chambre de chauffage environ   50 %   des métaux sous forme d'une scorie ou laitier infusible d'alliage d'aluminium et de calcium, cet alliage étant même usuellement plus riche en calcium que l'aluminium fondu lui-même. 



   La demanderesse a découvert qu'une façon de traiter cette scorie consiste à la fondre au-dessous d'une couche de sel commun, dans un four chauffé au voisinage de 10000 C. 



   On constate que la scorie d'alliage de calcium et d'aluminium réagit directement avec le chlorure de sodium comme suit : 
2 Ca.Al + NaCl -   CaCl 2   + 2 Al + Na L'aluminium est ainsi séparé de cette scorie sousforme d'un métal exempt de calcium et sensiblement pur. Le calcium de la scorie réagit avec le chlorure de sodium en mettant le sodium en liberté. A cette température, ce sodium sera en partie utilisé pour réduire une fraction de l'aluminium oxydé : 
Al2O3 + 6 Na - 2 Al + 3 Na2O et sera en partie oxydé pour donner directement Na2O. 



   Une bonne proportion de cet oxyde Na20   s'échappe   

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 sous forme de fumées de la partie supérieure du bain et peut être recueillie dans un sac à fumées. On en trouve aussi une certaine quantité dans la scorie secondaire ré- sultant de la fusion aveo le sel. Cette scorie secondaire sera principalement composée de chlorures de sodium et de calcium et de particules insolubles d'oxyde d'aluminium, de chaux, etc. On peut la traiter par une solution de soude caustique pour en récupérer l'aluminium qu'elle contient, cette solution pouvant être obtenue en mouillant la fumée d'oxyde de sodium qui se dégage pendant la réaction par le sel. 



   On a en outre découvert que la scorie secondaire contient des nitrures (probablement de calcium) qui peu- vent être décelés par la présence de petites particules jaunes dispersées dans la masse. Lorsqu'on humecte d'eau une partie de cette scorie et chauffe la masse, il se dégage de grands volumes d'ammoniaque qui peuvent être re- cueilliso Ainsi, en épuisant la masse fondue après que l'aluminium récupéré en a été séparé, on obtient de la soude caustique qui dissout l'oxyde d'aluminium et met en liberté l'ammoniaque des nitrures engendrés avec l'azote de l'airo On peut réutiliser dans le procédé l'aluminate de sodium et vendre l'ammoniaque sous forme d'un sous- produit. 



   En remplaçant la chaux par de l'oxyde de baryum, on a obtenu un métal contenant   15 %   de Ba et une scorie métallique qui décompose l'eau et contient 21 % de baryum métallique. 



   En substituant l'oxyde de strontium à la chaux, on a obtenu un métal qui contenait   22 %   de Sr et une scorie métallique contenant 44   %   de Sr qui décomposait l'eau violemment. 

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   On peut obtenir similairement un alliage de béryllium et d'aluminium contenant, par exemple, 0,2 % de Be. 



   Dans ces cas aussi, on peut traiter la scorie par du sel pour récupérer l'aluminium à l'état métallique et le chlorure de baryum (ou les chlorures de strontium ou de béryllium) et l'ammoniaque à titre de sous-produits. 



   Il est aussi possible de traiter la scorie par d'autres fondants à base d'haloïdes alcalins tels que, par exemple, la cryolite. On peut alors ajouter la scorie à un bain fondu de cryolite et récupérer le métal,   l'alun   minium oxydé se dissolvant dans le bain et pouvant être récupéré par l'électrolyse. 



   En ajoutant de la magnésite calcinée sous forme de grains ou de morceaux à l'aluminium, on a obtenu un alliage de Mg-Al contenant jusqutà 1,5 % de Mg. 



   On a aussi découvert que, lorsqu'on traite un alliage de calcium et d'aluminium par du chlorure de magné- sium fondu, le magnésium s'allie à l'aluminium et le calcium donne un chlorure : 
MgCl2 + Ca - Mg + CaCl2 
On a aussi découvert que lorsqu'on fond une scorie d'alliage de calcium et d'aluminium avec du sel commun en présence d'oxyde de magnésium (magnésite calcinée), une partie du magnésium s'allie à l'aluminium. 



   On a en outre découvert que la présence d'oxyde de calcium en plus de l'oxyde de magnésium favorise l'incor- poration préférentielle du magnésium à l'aluminium et l'on envisage par conséquent l'application de dolomites (ou de dolomites calcinées) qui donnent un alliage de calcium- magnésium et d'aluminium, qu'on peut alors convertir en un alliage de Mg-Al en éliminant le Ca soit à l'aide de sel commun, soit à l'aide de Mg Cl2. 

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   Pour préparer les alliages alcalino-terreux à l'aide de silicates, le procédé suivant l'invention offre un moyen facile de préparer des alliages alcalino-terreux avec de l'aluminium et du silicium en partant de minerais   qu'il   avait été difficile d'utiliser jusqu'à ce jour à cet effet. 



   Si, par exemple, on ajoute du silicate double de béryllium et d'aluminium de la façon précédemment décrite à un bain fondu d'aluminium à une température de 1000 à   11000   C environ, le silicate s'incorpore au métal tandis que les oxydes de béryllium et d'aluminium sont mis en liberté et constituent une scorie qu'on peut transformer en béryllium métallique ou en aluminium métallique par des procédés déjà connus. 



   On peut préparer directement un alliage de   magnésium.   aluminium-silicium en ajoutant un silicate de magnésium à ,un bain d'aluminium de la manière précédemment décrite au sujet de la chaux. 



   Si l'on soumet au présent procédé un silicate d'aluminium, par exemple du kaolin ou d'autres argiles compo- sées principalement de silicate d'aluminium, on obtient un alliage d'aluminium et de silicium et la scorie résultante est essentiellement composée d'oxyde d'aluminium pur. 



  D'autres silicates d'aluminium, tels que l'andalusite, la leuoite, la sillimanite et les diverses formes de feldspath, peuvent être appliqués à titre de matière première. De cette façon, le procédé suivant l'invention offre un moyen facile de produire de l'oxyde d'aluminium pur en partant de silicates complexes en une seule opération réalisée dans un four au lieu du procédé humide incommode ordinaire- ment appliqué. Dans chaque cas, on obtient un alliage d'aluminium et de silicium de grande qualité et un oxyde   dtaluminium   sensiblement pur dont on peut se servir à titre 

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   de   matière première pour fabriquer l'aluminium métallique. 



   En outre, les alliages de   manganèse-aluminium-   silicium peuvent être produits directement par le présent procédé par l'application de silicates de manganèse à titre de matière première, et l'on peut produire similairement d'autres alliages de silicium et d'aluminium par   ltappli-   cation, à titre de matière première, dans le procédé suivant l'invention, du silicate métallique correspondant.

Claims (1)

1. ¯RESUME¯ 1. Procédé de fabrication d'alliages d'aluminium, ce procédé étant caractérisé par le fait qu'on chauffe dans un bain fondu d'aluminium, au-dessous de la surface de ce bain, un composé oxygéné (non compris les sulfates et les oxychlorures) d'un métal ou métalloïde susceptible de s'allier à l'aluminium.

   Ce procédé peut, en outre, être caractérisé par les points suivants : a) Le composé oxygéné est introduit au-dessous de la surface de l'aluminium sous forme de morceaux du dit composé de grosseur suffisante pour surmonter la tension superficielle de l'aluminium fondu (par exemple de morceaux dont la grosseur varie de 1 mm à 100 mm). b) Le composé oxygéné est soit un oxyde ou un carbonate alcalino-terreux, auquel cas on obtient un allia- ge d'un métal alcalino-terreux avec l'aluminium, soit un silicate, auquel cas on obtient un alliage de silicium et d'aluminium.. c) On récupère la partie de l'aluminium qui forme un laitier ou scorie avec le métal d'alliage en fondant ce laitier avec un haloide alcalin ou un haloïde double (par exemple le chlorure de sodium ou-lacryolite).

   d) On laisse refroidir la masse fondue de laitier et d'haloïde alcalin et, après avoir séparé l'aluminium <Desc/Clms Page number 11> récupéré, on épuise cette masse à l'aide d'eau. e) Suivant un mode de réalisation de ce procédé en vue de la préparation d'alliages d'aluminium et de métaux alcalino-terreux, on effectue successivement les trois opé- rations suivantes :

   On chauffe dans un bain d'aluminium fon- du, au-dessous de la surface de ce bain,'un oxyde ou un carbonate alcalino-terreux, par exemple en introduisant dans l'aluminium des morceaux du dit oxyde ou carbonate suffi- samment gros pour surmonter la tension superficielle de l'aluminium fondu ; on fond avec du chlorure de sodium ou de la cryolite le laitier résultant de l'opération de chauffage; on épuise à l'aide d'eau la masse fondue, après avoir séparé l'aluminium récupéré.

   2. A titre de produits industriels nouveaux, les alliages d'aluminium obtenus par la mise en pratique de ce procédé.