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"PROCEDE DE FABRICATION DES ALLIAGES DE COLOM- BIUM ET PRODUITS EN RESULTANT ".
L'invention concerne un procédé permettant de fabriquer des alliages de colombium ou niobium à l'aide de matières contenant des oxydes de colombium.
Les minerais importants de columbium, par exemple les minerais de colombite, contiennent fréquemment des quantités sensibles de tantale, de titane et d'autres mé- taux. La séparation du colombium d'avec ses minerais et sa purification par des procédés chimiques connus sont difficiles et coûteuses. Ceci est spécialement le cas lors- qu'il s'agit de séparer le colombium d'avec le tantale, le titane'ou les deux.
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L'invention a pour objet un procédé simple et ef- ficace pour produire des alliages de colombium de faible teneur en carbone à l'aide des minerais et des composés oxydés du colombium.
Un autre objet de l'invention est un procédé simple et efficace pour réduire les minerais et composés oxydés du colombium de façon sélective ou préférentielle par rapport au tantale et au titane, afin que les rapports du colom- bium au tantale et au titane soient notablement beaucoup plus élevés dans le. produit d'alliage que dans la matière brute.
L'invention consiste essentiellement dans la réduc- tion des minerais ou composés oxydés du colombium par du si- licium ou des alliages de silicium, la proportion du sili- cium à la charge étant de préférence telle qu'il se produit une réduction sélective des composés de colombium par rap- port aux composés de tantale et de titane.
La demanderesse a découvert que pour que la ré- duction du colombium et le rendement en ce métal soient aussi bons qu'il est possible de l'obtenir conjointement avec une réduction fortement sélective ou préférentielle des composés de colombium par rapport au tantale et au titane, il est nécessaire de proportionner le silicium de la charge de telle manière qu'il y ait suffisamment de silicium pour donner un alliage contenant le colombium et le silicium dans un rapport compris entre environ 6 : et environ 12: 1.
De préférence, ce rapport est compris entre 7: 1 et 9 :1.
Si l'on applique la proportion de silicium la plus favorable, il est possible d'obtenir sous forme de métal plus des 75 % du colombium qui existait primitivement dans la
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charge, de même qu'il est possible de produire un alliage dans lequel les rapports du colombium au tantale et du co- lombium au titane sont beaucoup plus élevés que dans le minerai ou composé fondu. Si l'on applique des proportions de silicium plus grandes que la proportion la plus favora- ble, l'alliage résultant contiendra de plus grandes propor- tions de tantale et de titane ; et si l'on applique de plus faibles proportions de silicium, la quantité de colombium obtenue sera moindre.
Ce procédé peut avantageusement être réalisé dans un four électrique. On se sert de préférence de laitiers basiques; mais, sous certaines conditions, on pourrait se servir avec un certain succès de laitiers neutres ou acides.
L'agent réducteur à base de silicium appliqué peut avantageusement être soit le silicium métal, soit un allia- ge de silicium. Le ferro-silicium, le chrome-silicium, le ferro-chrome-silicium, le colombium-silicium et, en général, un alliage quelconque du silicium avec des métaux qu'on dé- sire ou dont la présence n'est pas nuisible dans le produit final peuvent être appliqués à titre d'agent réducteur.
La quantité de silicium nécessaire pour réduire le minerai ou composé de colombium peut être estimée ap- proximativement d'après les quantités théoriques exigées pour la:réduction des oxydes métalliques et des composés oxydés que contient ledit minerai ou composé. Il faut tenir compte de la quantité de silicium qui sera oxydée par l'oxy- gène contenu dans l'atmosphère du four, ainsi que, bien en- tendu, de la quantité de silicium qu'on désire obtenir dans l'alliage final. Les proportions précises qu'il conviendra d'adopter dans tout groupe donné de conditions peuvent être
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déterminées par des essais.
On peut ajouter du fer, du nickel, du chrome ou tout autre métal ou mélange de métaux au produit de la réductionpour produire un alliage de la composition dési- rée, que ce soit en effectuant la réduction en présence d'un bain de métal ou en ajoutant un ou plusieurs desdits métaux pendant ou après la réduction.
Exemple 1
On a fondu dans un four à arc électrique une charge contenant les matières suivantes :
EMI4.1
<tb> Colombite <SEP> 500 <SEP> kilos
<tb>
<tb> Silicium <SEP> métallique <SEP> (97% <SEP> Si) <SEP> 121, <SEP> 5 <SEP>
<tb>
<tb> Chaux <SEP> 812 <SEP> .
<tb>
<tb>
Quartzite <SEP> 12,5
<tb>
<tb> Déchets <SEP> de <SEP> ferro-colombium <SEP> 187
<tb>
<tb> ----------
<tb>
<tb> 1.633
<tb>
L'analyse de la colombite utilisée était la suivantes
EMI4.2
<tb> Cb2O5 <SEP> 55,66 <SEP> % <SEP> Cb <SEP> = <SEP> 38,96 <SEP> %
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Ta2O5 <SEP> .5,77 <SEP> Ta <SEP> = <SEP> 4,73
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> TiO2 <SEP> 5,32 <SEP> Ti <SEP> = <SEP> 3,19
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Fe3O4 <SEP> 23,27
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> MnO <SEP> 2,10
<tb>
Rapport Cb : Ta = 8 : 1
Il Cb : Ti = 12 1
Les déchets de ferro-colombium étaient composés d'un mélange de métal et de laitier contenant approximativement 13,9 % Cb.
La fusion a donné 231 kilos de ferro-colombium titrant :
EMI4.3
<tb> Cb <SEP> 55,57 <SEP> % <SEP> Rapport <SEP> Cb <SEP> : <SEP> Ta <SEP> = <SEP> 32 <SEP> : <SEP> 1
<tb> Ta <SEP> 1, <SEP> ?6 <SEP> " <SEP> Cb <SEP> : <SEP> Ti <SEP> = <SEP> 370 <SEP> : <SEP> 1
<tb> Fe <SEP> 32,61 <SEP> " <SEP> Cb <SEP> Si= <SEP> 8,3: <SEP> 1
<tb> Si <SEP> 6, <SEP> 68 <SEP>
<tb> Ti <SEP> 0,15
<tb> Mn <SEP> 1,82
<tb> C <SEP> 0,32
<tb>
<tb> 98,91 <SEP> % <SEP>
<tb>
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La séparation du métal propre d'avec le laitier a aussi produit 386 kilos d'un déchet assez maigre contenant approximativement 10,5 % Cb. Sur le colombium introduit dans la charge, 76,4 % ont été recueillis dans l'alliage pro- pre et le déchet.
Le laitier analysé titrait 5,20 % Cb2O5, 0,90 %
Ta2O5 et 2,46 % Ti O2, soit un rapport de 5 : 1 entre le colombium et le tantale et de 2,5 : 1 entre le colombium et le titane.
Exemple ? 2
Dans un autre exemple, on a utilisé une plus grande proportion de silicium et la sélectivité de la réduction du colombium par rapport au tantale et au titane a été moins ' favorable. La charge fundue dans un four à arc électrique était la suivante :
EMI5.1
<tb> Colombite <SEP> 617
<tb> Silicium <SEP> métal <SEP> (97,% <SEP> Si) <SEP> 263,5
<tb> Chaux <SEP> 1.190
<tb> , <SEP> Sable <SEP> siliceux <SEP> 7,5
<tb> @ <SEP> Déchet <SEP> de <SEP> ferro-colombium <SEP> 47
<tb>
<tb>
<tb> 2.12&
<tb>
L'analyse de la colombite était la suivante :
EMI5.2
<tb> Cb2O5 <SEP> 54,80 <SEP> % <SEP> Cb <SEP> = <SEP> 38,36 <SEP> %
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> TaQ <SEP> 5,36 <SEP> Ta <SEP> = <SEP> 4,39
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> TiO2 <SEP> 6,90 <SEP> Ti <SEP> = <SEP> 4,14
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> FeO <SEP> 3,61
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Fe3p4 <SEP> 18,09
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Mn0 <SEP> 3,04
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Rapport <SEP> Cb <SEP> Ta <SEP> , <SEP> 9 <SEP> 1
<tb>
<tb>
<tb> Cb <SEP> : <SEP> Ti <SEP> , <SEP> 9 <SEP> : <SEP> 1
<tb>
Le déchet de ferro-silicum contenait approximative- ment 54 % de colomoium.
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La fusion a donné 375 kilos d'alliage titrant
EMI6.1
<tb> Cb <SEP> 54,87 <SEP> %
<tb> Ta <SEP> 3,11
<tb> Ti <SEP> 0,75
<tb> Si <SEP> 11,65
<tb> C <SEP> 0, <SEP> 62 <SEP>
<tb> Reste, <SEP> principalement <SEP> du <SEP> fer.
<tb>
<tb>
Rapport <SEP> Cb <SEP> Ta <SEP> 18. <SEP> : <SEP> 1
<tb> Cb <SEP> t <SEP> Ti <SEP> 73 <SEP> 1
<tb> Cb <SEP> : <SEP> Si <SEP> 4,7: <SEP> 1
<tb>
La séparation du métal propre d'avec le laitier a aussi produit 76,5 kilos de déchet métallique contenant approximativement 39 % de colombium. Sur la quantité de colomoium introduite dans la charge, 90,2 % ont été recueil- lis dans les produits métalliques.
Le laitier analysé titrait 1,32 % Cb205, 0, 26 % Ta2O5 et 1,68 % TiO2, soit un rapport de 4 entre le colom- bium et le tantale et inférieur à 1 entre le colombium et le titane.
On remarquera que, dans cet exemple, dans lequel on a obtenu un alliage dont le rapport du colombium au sili- cium est 4,7, l'alliage contenait des proportions beau- coup plus grandes, tant de tantale que de titane, que dans le cas de l'exemple ? 1 dans lequel on avait obtenu un alliage de plus faible teneur en silicium et dont le rap- port du colombium au silicium était de 8,3. i
Exemple N 3
Ceci est un exemple de la production de ferro- colomoium en se servant d'un alliage de colombium-silicium comme agent réducteur.
On a fondu la charge suivante dans un four à arc électrique :
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EMI7.1
<tb> Colombite <SEP> Lot <SEP> N <SEP> 1 <SEP> 150 <SEP> kilos
<tb>
<tb> Colombite <SEP> Lot <SEP> N? <SEP> 2 <SEP> 300 <SEP> kilos
<tb>
<tb>
<tb> Colombium-silicium <SEP> 363 <SEP> kilos
<tb>
<tb>
<tb> Chaux <SEP> 375 <SEP> kilos
<tb>
Les analyses de ces matières étaient les suivantes:
EMI7.2
<tb> Lot <SEP> N <SEP> 1 <SEP> Lot <SEP> N <SEP> 2
<tb>
EMI7.3
Cb 2 0 60,3 / 24,97 % -
EMI7.4
<tb> Ta205 <SEP> ' <SEP> 6,43 <SEP> 1,75
<tb>
<tb> Fe304 <SEP> 18,84 <SEP> 33,30
<tb>
<tb> TiO2 <SEP> 5,17 <SEP> 29,84
<tb>
Analyse du colombium-silicium
EMI7.5
<tb> Cb <SEP> 34,59 <SEP> %
<tb>
<tb> Ta <SEP> 16,58
<tb>
<tb> Ti <SEP> 13,20
<tb>
<tb> Fe <SEP> 5,14
<tb>
<tb> Si <SEP> 21
<tb>
L'opération a donné 324 kilos d'alliage de ferro- colombium de la composition suivante :
EMI7.6
<tb> Colomoium <SEP> 50,53 <SEP> %
<tb>
<tb> Tantale <SEP> 5,36
<tb>
<tb>
<tb> Titane <SEP> 0,75
<tb>
<tb>
<tb> Silicium <SEP> 5,67
<tb>
<tb>
<tb> Carbone <SEP> 0,87
<tb>
EMI7.7
Rapports approximatifs Cb Ta = 10 : 1 Cb : Ti 73 : 1 Cb :
Si = 9,7 : 1
Ceci correspond à un rendement de 70,5 % du colombium dans l'alliage propre et l'on en a obtenu 2,9 % de plus dans la faible quantité de déchet résultant de ltopération. De plus, on a obtenu 994 kilos de laitier qui contenaient une quantité de colombium égale à 26,2 % de celle que contenaient primitivement les matières brutes.
Les laitiers résultant de cette phase du procé- dé contiennent usuellement des quantités importantes de colombium, de tantale et de titane. Il sera quelquefois désirable de récupérer ces métaux des laitiers. On pourra
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le faire en fondant les laitiers avec une quantité suffi- sante de silicium pour produire un alliage de colombium- silicium riche en silicium, ce produit pouvant alors être utilisé comme agent réducteur pour produire l'alliage moins riche en silicium, comme précédemment décrit.
Le présent procédé est généralement applicable à la fusion des minerais et composés de colombium contenant des proportions très variables de colombium par rapport au tantale et au titane et, bien que le rendement en colom- bium puisse dépendre jusqu'à un certain point de la riches- se du minerai ou composé en colombium, on constate qu'on @ obtiendra le maximum de rendement du colombium, accompagné d'une sélectivité élevée de la réduction du colombium par rapport au tantale et au titane lorsque l'agent réducteur à base de silicium aura été pruportionné de façon à produire un alliage contenant un rapport approximativement compris en- tre environ 7 et 9 parties de colombium pour une partie de silicium.
Toutes les proportions indiquées dans cette des- cription sont des proportions en poids.