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Procédé de condensation de vapeurs métalliques.
L'invention concerne un procédé pour la condensation de vapeurs métalliques pures ou diluées dans du gaz.
On emploie jusqu'à présent, en général, la réfrigération des parois d'une chambre de condensation pour extraire de vapeurs métalliques les calories qu' il faut en dégager pour produire la liquéfaction . Le rendements concernant, le métal liquide réalisable par ce procédé, est limité par le fait que la condensation s'arrête l'orsque la quantité du métal liquéfié gagné des vapeurs a atteint là valeur à laquelle levapeurs métalliques restantes constituent un mélange saturé à la tempé- rature de la paroi refroidissante, et, en cherchant à réaliser une condensation aussi complète que possible, on arrive à la formation de poussières métalliques dont la transformation en métal homogène est difficile et onéreuse.
Les mêmes conditions existent', pratiquement dans le cas ou on fait passer le métal vaporeux, comme on a déjà proposé, en des rayons nômbeux minces par un bain liquide constitué par du même métal fondu et maintient en même temps la température du bain à une valeur dépassant aussi peu que possible le point de solidification de la fonte, étant donné que, suivant ce procédé,
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la. paroi refroidissante de la chambre de condensation est, pour ainsi dire, remplacée. par le métal liquide du. bain fondu. avec lequel les vapeurs métalliques sont mises en contact sur une grande surface d'extraction de chaleur, par suite de leur répartition en rayons.
Ce procédé exige en outre l'application d'une couche protectrice d'une substance liquide ou pulvérisée, non- oxydante ou neutre, à la surface du bain fondu pour éviter un échappement prématuré des rayons de vapeurs hors du bain.
Suivant l'invention, on réalise, pour la condensation de vapeurs métalliques pures ou diluées dans du gaz, le principe de là mise en contact de ces vapeurs avec une fonte métallique de façon telle qu'on emploie pour la fonte un métal autre que le métal à condenser et ayant un pouvoir dissolvant vis à vis de ce dernier ou un alliage métallique ayant des qualités égales et qu'on produit la mise en contact des vapeurs métalliques avec la fonte à une tempé- rature au moins égale au point de rosée de ces vapeurs.
Ce procédé est basé sur les considérations suivantes: D'après la loi connue de Raoult et de Henry, la tension de vapeur d'un. corps dissout est, à une température donnée, une fraction de la tension de vapeur de ce même corps à l'état pur, ce qui peut s'écrire : p = kP p = tension de vapeur du métal dissout P = tension de vapeur du métal pur k + coefficient positif, inférieur à l'unité.-
L'absorption des vapeurs métalliques par le métal ou l'alliage dissolvant, ne s'arrêtera, pour une température donnée , que lorsque l'équilibre entre la tension de vapeur
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du métal condensé et dissout dans l'alliage, et celle des vapeurs métalliques sera la même, ce qui peut s'écrire :
p# = # p\ = tension de vapeur du métal dissout # = tension de vapeur du métal dans l'enceinte de condensation,
Si donc, par un dispositif approprié, nous faisons en sorte que la tempé rature et la composition du métal ou de l'alliage fondu soient constants en chaque point de l'enceinte de condensation, on aura donc : # = kP ou # < P puisque k est 4 1
Ceci signifie que le métal à condenser passera à l'état liquide sans devoir passer, comme lors de l'utilisation d'une paroi pour l'évacuation des calories, par le point de rosée de la vapeur.
Le procédé de condensation suivant l'invention montre vis à vis des procédés usuels de condensation travaillant à paroi froide le grand avantage de permettre de condenser pratiquement la totalité du métal à traiter à l'état liquide parce qu'il n'y a pas du métal sous forme de poussière comme c'est le cas abso- lument général avec le système de condensation à paroi froide lorsqu'on cherche à obtenir la condensation de la totalité de la masse du métal à traiter. Comme il est bien connu pour le zinc par exemple, les poussières de métal, sont des causes de pertes et plus les vapeurs sont pauvres en métal, plus il y a des poussières lorsqu'on effectue la condensation suivant les procédés à paroi froide.
Un autre avantage du procédé suivant l'invention, consiste en ce qu'on peut condenser avec bon effet aussi des gaz à faible teneur de métal, par exemple de 10 à 15% de métal.
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A titre d'exemple, nous allons décrire la condensation de vapeur de zinc au moyen de plomb ,fondu, Le plomb est en effet un dissolvant, du zinc dans des conditions bien définies de températures. Nous supposons applïcable sans correction, la loi de Raoult qui dit que la pression de vapeur de chaque composant d'une dissolution est égale à la pression de vapeur des composants à l'état pur, multipliée par le rapport du nombre de molécules du composant vis à vis du nombre total de molécules de la dissolution.
Ainsi un alliage de plomb et de zinc contenant :
5 molécules grammes de zinc
95 molécules grammes de plomb
EMI4.1
soit en poids 5 x 65 c¯¯ x 100 = 1.624- % de zinc 5 xgr;+95x207,. aura une tension de vapeur de zinc qui ne sera pour chaque tempéra bure que 5 = 0.05 fois celle du zinc pur à 5 + 95 cette même tempérabure.
Supposons que nous voulions condenser le zinc, par exemple, d'un mélange composé de 50% de vapeurs de zinc et 50% de CO à 1000 , ce mélange provenant d'un appareil quel- conque. Si nous condensons le zinc au contact d'une paroi froide que l'on maintient à une température constante par exemple de 800 , nous pouvons calculer le pourcentage du zinc, contenu dans la vapeur que nous condenserons. La condensation s'arrêtera quand nous aurons extrait de la phase gazeuse, une quantité de zinc telle que le mélange de CO et de vapeur de zinc restant soit un mélange saturé à 800 .
Or la, pression de vapeur du zinc pur à 800 est de 175 m/m de Hg. c'est-à-dire que 1 kilo de CO contiendra à, cette température 65 x 175 = 0,695 kilos de zinc
28 760-175
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comme le mélange initial en contenait par kilo de CO
65 x 380 = 2,321 kilos de zinc
65/28 760-380
380 m/m HG étant la tension partielle de la vapeur de zinc dans le mélange à traiter, nous avons condensé 2.321 - 0,695, x 100 = 70% du zinc
2,321
Si nous condensons maintenant le zinc, non plus au contact, d'une paroi, mais au contact de l'alliage plomb-zinc défini plus haut, maintenu à la même température de 800 et dont on maintient également constante la composition par un dispositif approprié,
la condensation s'arrêtera quand la pression de vapeur du mélange
CO vapeur de zinc restant sera égale à la pression de vapeur du zinc dans l'alliage .
Cette dernière est à 800 de :
0.05 x 175 m/m = 8,75 m/m de Hg.
Le mélange gazeux restant ne contiendra plus par kilo de CO que 65/28 x 8,75/760-8,75 = 0. 027 kilo de zinc
Nous aurons donc condensé :
2,321 - 0.027 x 100 = 98,84 % du zinc contenu.
2. 321
Le point de rosée d'un mélange de CO et de vapeur de zinc, contenant 0,027 kilos de zinc par kilo de CO est atteint pour une température de 606 . Nous voyons donc bien que tout le zinc condensé entre 70% et 98,84% l'a été nécessairement au-dessus du point de rosée du mélange CO-vapeur de zinc'
Pour mettre en pratique le procédé suivant l'invention, on peut employer tout appareil mettant en contact intime un liquide et un gaz, modifié au besoin pour supporter les tempé- ratures de régime, et dans lequel le liquide peut être renou- velé d'une façon périodique ou continue. Nous décrivons à titre exemplatif et non limitatif, un dispositif pouvant servir à la
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condensation de vapeurs de zinc au moyen de plomb fondu.
Le dessin montre ce dispositif en vue schématique,
Suivant le dessin, le plomb arrive en 1 sur le plateau 2, d'où il s'écoule par le tuyau de trop plein 3, sur le plateau 4. Le plateau 4 possède également un tuyau de trop plein 5 donnant sur le plateau suivant et ainsi de suite jusque sur le dernier plateau dont le trop plein 6 donne dans le réservoir inférieur 7. L'alliage Pb.zinc qui s'est formé au cours du trajet est évacué par 8.
Le mélange de CO + vapeurs de zinc arrive en 9 au bas de l'appareil. Le trop plein du dernier plateau plongeant dans le réservoir inférieur, le mélange est contraint de passer sous les bords du capuchon 10, qui plonge dans le métal fondu d'une quantité moindre que le tuyau de trop plein 6. Ce mécanisme se reproduisant de plateau à plateau, le mélange CO + vapeur de zinc qui s'appauvrit en zinc à chaque mise en contact avec le métal fondu, rencontra du plomb de moins en moins riche en zinc, et de plus en plus froid, ce qui est favorable et rationel. Le CO débarrassé complètement du zinc s'échappe en 11.