BE470893A

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Description

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procédé thermique pour la fabrication du sodium.

- :- oertains procédés ont été proposés pour la production de sodium par voie thermique. Ils consistant à évaporer le métal et à le condenser sur une paroi froide. Dans tous ces procédés, il y a dégagement simultané de gaz, qui réagissent avec la vapeur du métal et rendent l'emploi du vide impossible.

Nous avons trouvé un nouveau procédé de réduction thermique dans le vide, qui permet de produire du sodium à la température très basse de 750 900 C, en partant de chlorure de sodium, de silicium(, et de chaux. Il est bien connu que le silicium réduit la chaux vers 1200 C dans le vide,avec une formation de calcium.

Il est connu d'autre part que le calcium métallique réduit le chlorure de sodium dans une réaction d'équilibre. Nous avons trouvé;que les.deux opérations peuvent 'être combinées pour pro- duire du sodium et.que la température de réduction peut être abaissée à environ 850 C. A cette fin, il faut prévoir un large excès de chaux et opérer de manière à ce que la pression résiduel- le des gaz n'excède pas 250 microns De préférence, les briquettes du mélange auront des dimensions, suffisamment réduites pour per- mettre une évacuation rapide du sodium.

L'excès de chaux est nécessaire pour deux raisons d'abord pour alimenter la réaction primaire de formation du cal- cium; ensuite* pour que le mélange comprimé soit suffisamment po- reux pour laisser échapper le sodium,, tout en rendant difficile

la formation d'eutectique à base de chlorure de sodium, qui obtu- rerait les pores.

Les réactions primaires et secondaires du procédé peuvent être représentées par les équations suivantes
1. 2 CaO + Si = SiO2 + 2 Oa
2. 2 Oa + 4 NaOl = 2 CaCl2 + 4 Na
3. 2 CaO + SiO2 = SiO2 2 CaO ou par la réaction combinée:
4. 4 NaCl + 4 OaO + Si -= 3 NaCl2 + SiO2. 2 CaO + 4 Na.

En l'absence d'un excès de CaO, la réaction primaire 1 est ralentie par le chlorure de sodium présent dans le mélange. De même, la réaction 2 tend & traîner en longueur en raison de l' obstruction des pores par suite de la formation d'eutectique NaCl/CaCl2 formée pour éviter ces inconvénients, nous avons trouvé recommanda- ble d'ajouter un excès de chaux de l'ordre de deux ou trois fois. la quantité requise par l' équation 4.

La rapidité de la réaction et le rendement sont considérable- ment affectés par la température à laquelle on opère; théorique- ment,il semblerait nécessaire d'opérer au-dessus du point d'ébul- lition du sodium à la pression donnée,et en-dessous de celui des autres constituants du mélange. Cependant, nous avons trouvé que les meilleurs résultats sont obtenus en opérant à environ 85000 et dans un intervalle de température compris entre 750 et 900 C.

Au-dessus de 90000;, la chlorure de sodium tend à s'évaporer sous pression réduite. Au-dessous de 750 C, l'évaporation du sodium est trop lente*
La pression résiduelle des gaz affecte considérablement la vitesse de la réaction. A un millimètre de mercure à la tempéra- ture indiquée plus haut, l'évaporation est trop lente, mais à 250 microns,, une vitesse économique peut être atteinte.

La pression de briquettage ainsi que le diamètre des briquet- tes ont une influence marquée sur la durée de l'opération comme 11.sera montré ci-dessous.

Dans un exemple spécifique, les matériaux finement divisés et pulvérisés à 100 mailles par pouce carré turent intimement mélan- gés dans les proportions de l'équation 4 mais en employant trois fois la quantité de chaux requise.Le Mélange fut comprimé à la pression de 6 tonnes par pouce carré sous forme de briquettes ayant environ un pouce de diamètre. Ces briquettes turent chargées dans un creuset'de fer et la charge fut introduite dans une cornue verticale en fer. cette cornue fut chauffée à une température de 850 C, tandis qu'un vide de l'ordre de 60 microns fut établi* Au lieu de faire usage d'une cornue, on peut employer une chambre pourvue de chauffage intérieur, par exemple à l'électricité.. ce qui permet d'opérer avec une paroi froide.

La partie inférieure est pourvue d'un condenseur refroidi pour condenser les vapeurs de sodium dirigées vers le base La paroi du condenseur peut être maintenue au-dessus du point de fusion du sodium, si l'on désire recueillir le métal sous forme liquide, ce qui permet d'éviter la formation de produits pyrophoriques.

L'appareillage décrit ne fait pas partie de la présente inven- tion et le mode opératoire pourra être modifié de diverses mania- res en vue de la production du sodium suivant les réactions indi- quées.

Le temps nécessaire pour obtenir la réduction complète des bri- quettes de mélange varie avec la masse de la charge, la température et la pression résiduelle des gaz. En générale on obtient une réduo- tion de 75% en chargeant une tonne par 24 heures et en opérant à 850 C SOUS un vide intérieur à 250 microns. La récupération du so- dium contenu dans le condenseur cause quelques pertes, ainsi que la fusion en lingots, qui généralement se fait sous une atmosphère d'azote
Nous avons trouvé,, dans la pratique de ce procédé, qu'au lieu de Silicium:métallique,. différents alliages de silicium sont utilisables. En général, ces siliciures sont plus lents à réagir à la température de 850 C que nous recommandons.

C'est pour cette raison que les alliagea à haute teneur en silicium sont préféra- bles pour obtenir une réduction satisfaisante au point de vue

commercial, car ce n'est que le silicium libre dans les alliages à haute teneur en silicium qui réagit rapidement selon l'équation 4*
Nous avons trouvé également que la magnésie peut remplacer la chaux selon l'équation suivante : 5. 4 NaCl + MgO + 2 CaO + Si - 2 CaCl2 + SiO2. 2 MgO + 4 Na..

Ceci permet d'utiliser des dolomies de composition variable en substitution a la chaux dans l'équation No 4, ce qui se tra- duit aussi par des économies appréciables.

Inefficacité du procédé dépend,d'autre part, de la quantité de gaz contenue dans la charge, spécialement de l'humidité et du gaz carbonique résiduaire. En chauffant préalablement la charge en vue de la dégazer à une température inférieure à 850 C, on peut éliminer ces gaz avant de passer à un vide de moins de 260 microns à une température voisine de 850 C.

De nombreuses modifications du mode opératoire sont possibles qui tombent toutes dans les limites des revendications suivantes.

Claims

REVENDICATIONS ET RESUME.

1. Méthode pour produire du sodium métallique sous forme de vapeur, selon laquelle on chauffe un mélange de chlorure de so- dium, de silicium et d'oxyde de métal alcalino-terreux à tempé- rature élevée, dans le vide, en vue de condenser la vapeur' 2. Méthode pour produire du sodium métallique sous forme de vapeur en vue de sa condensation ultérieure telle que revendi- quée sous 1, caractérisée en ce que la température est maintenue aU-dessus du point de vaporisation du sodium à la pression donnée,. mais en-dessous de celui de n'importe quel autre constituant de la charge.

8. Méthode pour produire du sodium métallique sous forme de vapeur, en vue de sa condensation ultérieure,caractérisée en ce qu'un mélange de chlorure de sodium, de silicium et d'oxyde de métal alcalino-terreux, dans la proportion de quatre molécules de chlorure de sodium pour chaque molécule de silicium et quatre à douze molécules d'oxyde de métal alcalino-terreux pour chaque molécule de silicium, est briqueté sous forme de briquettes po,-.. <Desc/Clms Page number 5> reuses, chauffées dans un vide en-dessous de 250 microns de pres- sion résiduelle, à une température voisine de 850 C.

4. Méthode de production de sodium métallique telle que re- vendiquée sous 1,; 2 ou 3, caractérisée en ce que le chauffage d'un mélange de chlorure de sodium, de;Silicium et d'un oxyde alcalino-terreux se fait à une température comprise entre 750 et 900 C dans un bon vide, pour évaporer le sodium de la charge sous forme métallique, et pour le condenser sur une paroi froide.

6. Méthodeselon la revendication 4, caractérisée en ce que le mélange est constitué de chlorure de sodium, de silicium et, d'oxyde de métal alcalino-terreux dans la proportion de 4 molé- cules de chlorure et de 4 à 12 molécules d'oxyde pour chaque mo--- lécule de siliciums. ce mélange étant comprimé sous forme de bri- quettes poreuses, de 25mm. de diamètre environ et chauffé à la température indiquée.

6. Méthode selon la revendication 4 ou 6, caractérisée en ce que l'oxyde de métal alcalino-terreux est de l'oxyde de calcium le mélange étant chauffé à une température voisine de 850 C et une pression inférieure à 250 microns.

7. Méthode pour produire du sodium métallique, caractérisée en ce qu'on réalise un mélange de chlorure de sodium, d'oxyde de calcium et de silicium métallique, le tout finement divisée ce mélange contenant quatre molécules de chlorure de sodium et quatre à douze molécules d'oxyde de métal alcalino-terreux pour chaque molécule de silicium et étant comprimé en vue d'obtenir des briquettes poreuses de moins de 26mm de diamètre,lesquelles sont chauffées dans un vide au-dessous de 250 microns à une tem- pérature voisine de 860 0 durant un temps suffisant pour la ré- duction du chlorure de sodium et l'évaporation de la vapeur de sodium formée,

qui est collectée et condensée sur une paroi main- tenue à une température voisine de 100 C.

8. Méthode pour produire du sodium métallique qui comporte la formation d'un mélange de chlorure de sodium, de silicium et d un oxyde de métal alcalino-terreux et le chauffage de ce mélange à une température élevée,, voisine de la température requise pour <Desc/Clms Page number 6> obtenir l'évaporation du sodium à la pression résiduelle donnée, durant un temps suffisant pour réaliser la réduction de la majeure partie du chlorure de sodium et évaporer le sodium en vue de le condenser sur une paroi froide.

9. Méthode telle que revendiquée dans la revendication 8, caractérisée en ce que les proportions du mélange sont conformes à l'équation : 4 NaCl + 4 CaO + Si = 2 CaCl2 + SiO2. 2 OaO + 4 Na, l'oxyde de métal alcalino-terreux étant en large excès sur la quantité requise selon cette équation* 10. Méthode telle que revendiquée dans la revendication 8, caractérisée en ce qu'on opère à une pression résiduelle infé- rieure à 260 microns le mélange comprenant quatre molécules de chlorure de sodium et quatre à douze molécules d'oxyde de métal alcalino-terreux pour chaque molécule de silicium* il.

Méthode telle que revendiquée dans la revendication 8, caractérisée en ce que l'oxyde de magnésium, en proportion de deux molécules,approximativement, pour chaque molécule de si- licium présent dans le mélange, est ajouté en substitution d'un nombre équivalent de molécules d'oxyde de calcium.

Bruxelles, le 30 janvier 1947. pp. Société dite: société Générale Métallurgique de Hoboken,