<Desc/Clms Page number 1>
"Procédé pour L'extraction ou le raffinage de l'aluminium".
L'invention concerne un procédé pour l'extraction ou le raffinage de l'aluminium.
En réduisant des silicates d'aluminium ou d'autres matières premières renfermant des oxydes d'aluminium telles que l'argile, le kaolin, la bauxite, etc., par le carbone par la voie électro- thermique, on obtient des alliages qui renferment, en dehors d'une quantité importante d'aluminium, également des quantités importantes de silicium, de fer, de titane et d'autres éléments.
Jusqu'à présent, ces produits ont été essentiellement employés comme adjuvants dans la métallurgie, mais on s'est proposé également de s'en servir comme produits de départ pour la pré- paration de l'aluminium, par exemple par liquation du fer et du silicium. Cependant, on n'a pas obtenu des résultats satisfais santa de cette manière.
<Desc/Clms Page number 2>
Cependant, il existe des produits d'un genre analogue eux alliages précités d'Al-Si obtenus par réduction de silicates d'aluminium et analogues, également à l'état d'alliages de dé- chets ou de raclures d'alimunium, des alliages d'aluminium gé- néralement employés du type Al-Si et qui peuvent galement ren- fermer une série d'autres constituante d'alliages.
Jusqu'à présent, il a été difficile ou impossible de reffi- ner les alliages de raclures d'aluminium très fines, car ce métal est plus électropositif que les autres Éléments de l'al- liage employés. Le megnésium constitue ici une exception, mais ce métal peut être éliminé, à titre d'élément d'alliage, de l'aluminium par certains sels que l'on ajoute à l'état de fusion.
Jusqu'à présent, on ne connaît aucune méthode thermique satis- faisante pour 1. 'élimination des autres éléments usuels des al- liages tels que le cuivre, le nickel, le cobalt, le chrome, le manganèse, le titane, le fer et le silicium, le zinc, bien que l'on puisse réaliser un raffinage limité par liquation, mais ceci toutefois pas de manière à donner satisfaction.
Ainsi qu'il résulte de ce qui précède, il serait de la plus grande importance de mettre sur pied un procédé permet- tant aussi bien de transformer l'Al-Si pur produit thermique- ment et les alliages Al-Si-Fe, tels que l'alsimine en aluminium pur,que d'obtenir l'aluminium à partir des divers alliages de raclure se trouvant dans le commerce.
L'invention concerne un procédé qui permet de résoudre Ce, problème. Le procédé permet également d'extraire l'aluminium de façon simple et peu coûteuse à une pureté que l'on n'a pas atteinte jusqu'à présent dans la pratique.
Le procédé consiste à chauffer, à des températures élevées, les alliages d'aluminium qui renferment un pourcentage important, par exemple de silicium, de fer et d'autres éléments, avec un métal, notamment le plomb qui ne dissout pas l'aluminium mais dissout les autres composants de l'alliage, opération au cours
<Desc/Clms Page number 3>
de laquelle une partie notable de l'aluminium de l'alliage qui doit être raffiné, se dissout dans le plomb, tandis que les autres composants de l'alliage ne se dissolvent pas, après quoi l'on sépare l'alliage plomb-aluminium formé des consti- tuante de l'alliage qui ne se sont pas dissous et on le re- froidit de préférence lentement, à la uite de quoi l'aluminium dissous se 'sépare et est ensuite répare du plomb.
L'aluminium ainsi obtenu qui peut, le ces échéant, encore accuser une cer- taine teneur en silicium et autres matières, peut, si c'est nécessaire, être dissous à nouveau dans le plomb à des tem- pératures élevées et, après séparation et élimination du plomb, on obtient un aluminium beaucoup plus pur que celui obtenu en premier lieu. n opérant de cette manière, on peut arriver finalement à préparer un aluminium que l'on peut qualifier de superaluminium.
On a toutefois constaté que même après un seul traite- ment., on obtient ordinairement un aluminium d'un degré de pureté extraordinairement élevé,, notamment quand on observe certaines méthodes opératoires qui seront exposées en détail plus loin.
Le procédé est très simple et repose donc sur le fait que l'aluminium est dissous, à des températures élevées, plus facilement par le plomb que le silicium et les autres constituants des alliages et que l'aluminium dissous dans le plomb se sépare de ce plomb quand on refroidit celui-ci lentement à de basses températures.
On va expliquer l'invention en détail dans les lignes qui vont suivre.
Jusqu'à présent, l'on a admis que le plomb et l'aluminium ne forment pas un alliage. Quand on soumet ces deux métaux à fusion, il e forme deux couches; le plomb est en dessous et l'aluminium au-dessus, sans qu'il y ait formation d'alliage. hais des essais entrepris au cours de ses dernières années
<Desc/Clms Page number 4>
ont toutefois démontré qu'il existe pour ces deux métaux une solubilité réciproque qui croît avec la température* C'est ainsi que l'on sait à présent qu'il existe une solubilité du plomb dans l'aluminium qui croît régulièrement etqui at- teint notamment 30% à la température de 1.200 C. D'autre part, la solubilité de l'aluminium dans le plomb est relativement réduite.
Au point de fusion de l'aluminium, la solubilité est pratiquement nulle, tandis qu'à la température de 1.000 C, elle est de 1,5% et à la température de 1.200 C d'environ 2%. Tou- tefois, l'on a remarqué que la solubilité du silicium dans le plomb est encore beaucoup plus faible, et les essais de l'inventeur ont démontré que l'aluminium s'allie à des tem- péra tures élevées de préférence avec le plomb etque cet aluminium, quand on refroidit lentement au-dessous de son point de fueion, monte sur le bain de plomb d'où l'on peut le séparer par des procédés simples, tels qu'en écumant, et par des procédés analogues.
A titre d'exemple de réalisation de l'invention, on donne.- ra l'exemple suivant;
On fond dans un creuse,.- 500 grammes de plomb; on y ajoute 10 grammes de silumine eutectique contenant 12,8% de Si et l'on chauffe l'ensemble à la température de 1.000 C. Après avoir remué pendant 15 minutes on refroidit le mélange et l'on peu,', alors éliminer du plomb un morceau d'alliage non dissous qui s'est séparé. On refroidit alors lentement le plomb conte- nant l'aluminium dissous à une température inférieure à 650 C.
L'aluminium sfest séparé alors à l'état de scorie ; on l'a en- levé et analysé. En dehors de quantités peu importantes de plomb et de fer, cette scorie ne renferme que 0,21% seulement de silicium.
Lors du traitement ultérieur de l'aluminium ainsi ob- tenu, on a pu raffiner celui;.ci plus à fond encore, de manière à abaisser la teneur en silicium à quelques centièmes pour cent seulement.
<Desc/Clms Page number 5>
Au cours du travail/ultérieur entrepris par llinventeur, on a constaté qu'en observant certaines conditions opéra- toires, on peut obtenir de 1 aluminium en une seule passe opé- ratoire qui ne renferme que des quantités infimes de silicium, de fer et d'autres impuretés, de manière que ce produit puisse alors être considéré comme de l'aluminium chimiquement pur.
On a notamment constaté que quand on prend soin que l'al- liage de départ traité renferme des éléments qui se combinent avec le silicium et éventuellement aussi avec d'autres con- stituants de 1''alliage, ceux-ci sont fixés à l'état de sili- ciures et restent dans la partie non dissoute, de manière que le produit raffiné soit entièrement exempt de silicium ou d'éléments combinés à ce corps. Somme éléments de ce genre, on peut citer notamment le manganèse, le fer, le nickel, le cui- vre et le magnésium. Dans cette modalité de mise en pratique du procédé, on fait donc en sorte, en choisissant convenable- ment le produit de départ, que ce dernier ne renferme jamais que de faibles quantités de l'un ou de plusieurs de ces élé- ments.
Quand le produit de départ ne renferme aucun des élé- ments qui favorisent le raffinage, on ajoute à la charge de petites quantités de ceux-ci.
Quand, d'autre part, la matière de départ ne contient pas de silicium ou n'en contient que de faibles quantités, comme c'est le cas par exemple pour les alliages cuivre- aluminium, on mélange à la charge des alliages d'aluminium qui contiennent du silicium, par exemple de la silumine, ce qui permet de réaliser l'élimination intégrale de tous les élé- ments de l'alliage, tels que le cuivre, le manganèse,le nickel, le fer, le chrome, le titane, le magnésium, etc.
On règle donc la teneur de la charge de départ en divers constituants, conformément aux conditions opératoires indi- quées plus haut, pour obtenir les résultats optima.
Dans le tableau qui suit, on donne quelques résultats
<Desc/Clms Page number 6>
d'analyses qui montrent aussi le résultat obtenu quand les éléments de raffinage mentionnés sont en présence.
EMI6.1
TFI:'G' t '9Itrlü DES ±>LLIAGE3 d' .ALUI\:r2TIUK:: (Un seul traitement).
EMI6.2
Alliage de départ: Temps Tem- AI i- minium raffiné.
Il en péri- ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ Genre analyse mins-turne te. C, bFe 3i jjCu j. ¯. i in ig zon 1 illumine 12,8 Si tra- ,:3 6; Fe 10 900 ces 2 ?(ne 2. A1-vu 0 5-A C 0,15% Si 15 " " (0,01 0,03 o , ±0; fie
EMI6.3
<tb> 3. <SEP> Al-Ou
<tb>
EMI6.4
Silumine 1:1 15 " <0,01 treces 4 A1....:rTi 2 ,05 Ni o ,1Dib i 15 fi n (p,01 tre-
EMI6.5
<tb> 0,25% <SEP> Fe <SEP> ces.
<tb>
<tb>
<tb>
5. <SEP> Al-Fe <SEP> 2,30% <SEP> Fe
<tb> 0,18% <SEP> Si <SEP> 15 <SEP> " <SEP> " <SEP> <0,01
<tb>
EMI6.6
..E1-x; bzz reg O,0 Si 15 " " (0 , 0i 0,1S
EMI6.7
<tb> 0,18% <SEP> Fe
<tb>
<tb> 7. <SEP> Mg-Al+ <SEP> tra-
<tb>
EMI6.8
Silumine 1: l 1 " <0,01 ce, 8. Al-Zn 6,20% Zn o ,18p Si 15 " "(0 ,u1. 0.,lys o ,181 Pe Al-Ln c , 93 Un -?.ill 0,(16-,, Si 15 t1 " <0,01 0,pu
EMI6.9
<tb> 0,39% <SEP> Fe
<tb>
EMI6.10
10. A1 :..- Silumine 1:1 15 " (0,01 tria-
EMI6.11
<tb> se-3.
<tb>
<tb> 11. <SEP> Duralumin <SEP> tra- <SEP> tra-
<tb>
EMI6.12
nium. 15 " " (0,01 p0: ce;. ces.
<Desc/Clms Page number 7>
EMI7.1
<tb> .;..alliage <SEP> de <SEP> départ: <SEP> Temps <SEP> Tem- <SEP> Aluminium <SEP> raffiné.
<tb>
EMI7.2
¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ en -1) 4, r a - minu- ture Genre Analyse tes. 'OC. :Ee . ,;Si ,;Ou gàli In l:c; 8 b . jlzn
EMI7.3
<tb> 12. <SEP> Allie <SEP> - <SEP> tra- <SEP> tra-
<tb>
EMI7.4
ge Y 15 900 ce!';.. <0.,O" 0,34 ces. 13. Allia- tre - .rage y"," 1:1 15 " Il <0,01 ces. ce
EMI7.5
<tb> Silumine.
<tb>
Si l'on considère l'essai , on voit que le produit final ne renferme que 0,3% de cuivre, e produit de départ était en l'occurrence un alliage cuivre-aluminium. Dans tressai 3 on s'et servi comme produit de départ du même alliage, mais en mélenge avec du silicium et, par suite de la présence de quan- tités plus élevées de silicium, les faibles quantités de cuivre de l'essai ± (0,03%) elles-mêmes sont à présent entière- ment diparues, de sorte que l'on n'a plus pu identifier que des traces de celui-ci.
Si l'on considère à présent l'essai 6, on voit qu'en par- 'tant de l'alliage Al-Mg pur à faible teneur en silicium, le
EMI7.6
produit final accusait une teneur de 0,13 de ..g. '%$'elle-ci est tombée à l'état de traces toutefois quand on stest servi de ce même alliage en même temps que de silicium (Esai 7).
EMI7.7
Dans .'eeai 9, le produit final renfermait 0,: i:n, mais même cette faible quentité est devenue une trace seulement quand on s'est servi du même produit de départ, mais accom- pagne de 'silicium (Essai 10), de manière à stimuler la for- mation de siliciure de manganèse.
Dans l'essai 12, où. le produit de départ était un alliage
EMI7.8
cuivre-nicke1-aluminium, le produit final renfermait 03.4> le cuivre, pourcentage qui est devenu une trace quand on a traité
EMI7.9
ce même alliage accompagné de silicium (35S@i 13). Dans fessai Il où. le produit de départ renfermait notamment du iôg et du Si, le magnésium du 11alliage original est resté à rétat de siliciure de magnésium.
<Desc/Clms Page number 8>
Quand, le magnésium de/1''alliage existe sans notables quan, tités de silicium à côté de lui, il passe dans le plomb. Il en est de même pour le zinc. Le zinc ne forme pas de siliciure, mais le raffinage peut alors se faire de façon satisfaisante, étant donné que l'on peut poursuivre le raffinage pendant long- temps avant que l'on n'obtienne d'un alliage ordinaire de raclures d'aluminium suffisamment de zincdissous dans le plomb pour que l'on doive extraire celui-ci par raffinage. Dans ce ces, ceci peut se faire en refroidissant à le température de 400 C, opération à la suite de laquelle la plus grande par- tie du zinc vient cristalliser à la surface.
Il résulte de ce qui a été exposé à l'origine que la solubilité de l'aluminium dons le plomb à la température de 1.000 C est de 1,5% environ. En appliquant un mode opéra- toire spécial on peut cependant obtenir une solubilité beau- coup plus élevée, étant donné que l'on a constaté notamment que dans la zone comprise entre le bain de plomb et la char- ge d'alliage d'aluminium qui flotte dessus, que l'on traite, il se forme une couche de plomb beaucoup plus riche en alu- minium que ce qui correspond à la solubilité ordinaire du plomb à la température ambiante.
Si, par conséquent, on éli- mine continuellement cette couche de plomb particulièrement riche en aluminium, on peut mettre à profit cette formation de couche,de manière à obtenir une augmentation du rendement de l'aluminium extrait d'une quantité donnée de plomb. La preuve qu'il en est réellement ainsi résulte du fait que l'in- venteur a obtenu, dans certains cas, 3% d'aluminium dissous à une température de 900 C environ, tandis que la solubilité à cette température est à proprement parler de 1% environ.
Il en résulte qu'il peut être avantageux de ne pas opérer en remuant fortement l'alliage plomb-aluminium, mais en amenant constamment l'alliage d'aluminium sur le b-ein de plomb et en éliminent en permanence la couche formée, parti ment-riche en aluminium, tandis que le restant du plom con-
<Desc/Clms Page number 9>
tient alors en permanence 1 à 2% d'aluminium en fonction de la solubilité à la température régnante.
Lans le dessin ci-joint, on a représenté de façon pure- ment schématique un dispositif pour la réalisation du procédé suivant l'invention.
Le référence 1 désigne un réservoir où s'effectue l'ex- traction de l'aluminium. Ce réservoir ou four est pourvu d'un couvercle Ç dans lequel ou sous lequel se trouve un dispositif de chauffage électrique 3, par exemple une résistance chauf- fante qui maintient la charge 4 et le plomo constamment à la température requise. Dans la partie inférieure du réservoir se trouve en permanence du plomb renferment environ 1 à 1,5% d'aluminium, pour le ces où l'on fait agir une température de 1.000 C environ.
Au-dessus, sur le bain de plomb, on fait arriver, à l'aide de dispositifs non représentée, l'alliage de raclure d'aluminium qui doit être raffiné,et en dessous de cet alliage il se forme une couche de plomb relativement mince qui est; particulièrement riche en aluminium. La forma- tion de cette couche riche en aluminium est favorisée en chauffant par en haut, car on porte ainsi la couche supérieure à une température particulièrement élevée.
Cette couche est illustrée dans le dessin par des lignes ponctuées. On élimine cette couche riche en aluminium en per- manence par l'ouverture de Soutirage 6 qui est munie d'un dispo- itif d'arrêt empêchant l'alliage d'aluminium de s'échapper en même temps. Le plomb riche en aluminium s'écoule dans un ré- servoir réfrigérant '7 dans lequel il ce refroidit assez len- tement à la température de 450 C environ et où s'effectue la séparation de l'aluminium dissous dans le plomb qui vient flotter à la 8urface du bain de plomb d'où l'on peut l'enlever à l'aide d'un dispositif convenable quelconque, par exemple d'écumage ou analogue.
Il peut être avantageux de disposer plusieurs réservoirs réfrigérants et de récupérer la chaleur
<Desc/Clms Page number 10>
dégagée lors du refroidissement pour divers usages.
Au fond du réservoir à plomb 7 est prévu un tuyau 8 et dans celui-ci est montée une pompe plomb 9 qui refoule en permanence le plomb séparé de l'aluminium clans un réservoir d'approvisionnement 10, d'où il est conduit en continu dans le four d'extraction 1. Lors du passage du plomb du réservoir 7 dans le réservoir 10, la température descend de manière que le plomb du réservoir 10 ait une température de 400 C en- viron*
L'inventeur se doit de mentionner que l'on peut employer comme agents d'extraction du plomb certaine alliages de plomb et d'autres corps.
La--la le procédé indique plus haut, les quantités d'aluminium qui se dissolvent dans le plomb sont relativement réduites par suite de la faible solubilité de l'aluminium dans le plomb aux températures à envisager.
En se servant d'alliages de plomb qui augmentent la solubilisé de l'aluminium, on peut par conséquent obtenir certaine avan- tages. l'alliage de départ qui doit être raffiné ou duquel on doit extraire l'aluminium peut, ainsi qu'il s'entend, être., soit un alliage préparé par réduction thermique du silicate d'aluminium et analogues et de carbone ou un alliage de ra- clures qui renferme les éléments d'alliages usuels mentionnés plue haut. On peut aussi partir avantageusement de l'aluminium électrolytique habituel et faire subir à celui-ci un traite- ment conforme à l'invention pour préparer du riuperaluuiriium.
L'aluminium qui se sépare par cristallisation renferme, après un seul traitement, toujours un peude plomb. La solu- bilité du plomb dans l'aluminium solide n'est toutefois que de 0,3% et l'on e constaté que l'on peut éliminer le plomb en excès par déformation plastique à la température tie 500 C en- viron, on refoulant le plomb en excés à l'état de fusion à la surface de manière à pouvoir l'éliminer. En soumettant à
<Desc/Clms Page number 11>
une nouvelle fusion l'on peut ramener la teneur en plomb à 0,2%. Cependant, une impureté de ce genre n'a aucune influence sur les propriétés électriques et les propriétés mécaniques
EMI11.1
de l'aluminium.
On 8 constate, au contraire, qu'une petite teneur en plomb augmente l a résistance la corrosion et jusqu'à un certain point les propriétés de laminage à froid du métal*
L'importance que présente l'extraction sur échelle in- dustrielle, à peu de frais, de 1 aluminium tout à fait pur,
EMI11.2
résulte de l'exposa qui suit: Aimi que l'on sait, on .e sert d'aluminium à 99,5% à fêtât trempé comme matière conductrice
EMI11.3
de l1électricité. Il possède elora un pouvoir conducteur égal à, 6±;57; de celui du cuivre, tandis que l'alumi1ium à 99t97;; de pureté possède un pouvoir conducteur égal à 64,6 de celui du cuivre.
Or, l'aluminium à 99.8 ài et O,2 doit avoir, conformément à ce qui vient d'être dit, 1e même pouvoir conducteur que la'1 utni.ium Q,9,.
On doit signaler dans cet ordre d'idées que l'on peut, par le procédé dénommé électrolyse à trois couches, raffiner l'aluminium électrolytique ordinaire à l'état d'aluminium
EMI11.4
pur (de 99,5 à 99,99% diAl). Dans ce procède, l'on ajoute du cuivre à.l'aluminium et cet alliage de cuivre constitue l'anode. Comme électrolyte on emploie généralement de la cryolithe en combinaison avec du fluorure de 'baryum afin de
EMI11.5
rendre le ain plus lourd que l'aluminium.
La.ur.ninium pur se rassemble lors de l'électrolyse en haut sur l'électrolyte d'où l'on peut le séparer. Dans ce processus existe toutefois
EMI11.6
l'inconvénient que, lorsque 3e produit 1arriVée de l'aluminium- brut, on introduit Constamment du silicium et du fer dans l'alliage cuivre-aluminium et qu Ta in, i la teneur en ces ëlëmcnts est petit à petit tellement accrue que l'on doit finalement éliminer l'alliage de cuivre et le remplacer par un nouvel alliage. On doit donc soumettre le cuivre de l'alliage uagé
EMI11.7
à un raffinage pour .ren extraire pour que l'on pUisse q'en
<Desc/Clms Page number 12>
servir à nouveau.
Cette opération a pour conséquence de dé- placer les conditions de tension de l'électrolyse, dont le coût se trouve également augmente du fait du remplacement continuel du matériel anodique.
Par contre, on obtient en raffinant sur le plomb, un métal qui renforme 99,8% Al et 0,2% Pb Bans autres impuretés.
Si l'on veut raffiner l'aluminium jusqu'à la teneur de 99,99%, on peut le raffiner comme d'habitude sur le cuivre. Lorsque l'on ajoute de plus en plus d'aluminium, la teneur en plomb de l'anode augmente, main comme ce métal est pratiquement insoluble dans l'aluminium aussi bien que dans le cuivre, le plomb en excès descend en dessous de l'alliage de cuivre, d'où l'on peut le soustraire continuellement à l'électrolyse* On peut ainsi effectuer l'électrolyse pratiquement sans in- terrompre le travail dans des conditions de tension con- stantes sans remplacer le matériel anodique.
Ceci simplifie considérablement l'électrolyse à trois couches et on peut l'effectuer dans des conditions entièrement différentes, au point de vue économique, des conditions actuelles.
Il existe d'autres métaux que le plomb que l'on peut utiliser de façon analogue à ce dernier pour l'extraction.
Ge sont par exemple le bismuth, le cadmium et le thallium.
Le bismuth dissout Lies quantités relativement plus grandes d'aluminium que le plomo à des températures élevées et tel est également le ca du cadmium. Cependant, l'inventeur a constaté que provisoirement le plomb est préférable pour des raisons économiques.
On fera enfin remarquer qu'il peut paraîtra surprenant qu'un procédé d'extraction, qui repose ur une solubilité relativement si faible du métal qui doit être extrait dans l'agent d'extraction, puisse être effectué d'une manière donnant satisfaction au point de vue économique. Les calculs qui ont été faits indiquent toutefois que les frais, parti- culièrement quand le processus est effectué en continu, sont
<Desc/Clms Page number 13>
relativement faibles, ce qui doit être attribue en partie au fait que la chaleur spécifique du plomb est très faible.
Les dépenses d'énergie servent essentiellement à couvrir la perte de chaleur par uite du refroidissement nécessaire du corps de plomb qui e été chauffé, pour séparer l'aluminium de la température opératoire à la température de 450 C à la-
EMI13.1
quelle s'effectue la .rara ion.
L'inventeur a constaté à présent que l'on peut per- fectionner le procède dans une mesure appréciable en effec-
EMI13.2
tuait le processus de l'extraction aoua pression, étant donne que l'on accroît a inai le o.u'ili 6 de l'eluminiunl dans l'agent dextraction, le plomb par exemple. Une :;?re9:Jio:i.l d.e quelques atmosphères donne déjà, de b043 résultats. Dans le proc6dé conforme à l'invention, le réservoir où 3'aeeompiit l'extrsction est entièrement clos et 89t muni de dispositifs à ses appropriés pour l'introduction des matières-premières et l'évacuation de l'allisje plomDsluminitm1.
Revendications.
1. Procède pour l'extrection ou pour le raffinage de l'aluminium, caractérise par le fai que l'on chauffe à des températures élevées des alliages d'alumium en présence d'un métal, notamment le plomb qui dissout l'aluminium mais ne dissout pas les autres composants de l'alliage, après quoi on élimine du métal les composants de l'alliage qui ne
EMI13.3
00 dissolvent pas dans le métel et l'on refroidit le métal renfermant l'aluminium dissous de l'alliage de départ, l'a- luminium dissous étant ainsi réparé et ensuite élimine du métal,